基于IL@UiO-66纳米填料的复合聚合物电解质设计及其锂离子传导机制研究

【编辑推荐】本研究通过分子工程策略将离子液体（IL）封装于金属有机框架（UiO-66），开发出新型聚环氧乙烷（PEO）基复合聚合物电解质（CPE）。最优体系[BMIM][TFSI]@UiO-66在60°C下实现1.02×10-3 S cm-1的高离子电导率，较纯PEO-LiTFSI提升3个数量级。结合DFT计算揭示了IL@MOF通过调控PEO链段运动（-O配位）和双相传导机制（IL辅助跳跃/PEO动力学）协同增强锂离子传输的分子机制，为固态锂电池电解质设计提供新范式。

　　

亮点

本研究创新性地将[BMIM][TFSI]离子液体封装于UiO-66纳米孔道中，构建了具有双相传导机制的复合电解质体系。冷冻电镜显示IL@UiO-66使PEO结晶度降低42%，而变温红外光谱证实

迁移能垒降至0.28 eV。

沃伯格扩散行为分析

图1a的奈奎斯特图谱显示，复合电解质呈现典型的压缩半圆弧与斜线尾迹，采用常相位元件(CPE)模型拟合得到电荷转移电阻仅18 Ω。低频区斜率为0.92，接近理想沃伯格扩散(理论值1.0)，表明IL@UiO-66有效促进了锂离子界面传输。

结论

通过系统优化LiTFSI含量(0.5 g)、IL负载量(53 wt%)和MOF掺杂量(0.07 g)，[BMIM][TFSI]@UiO-66/PEO体系在60°C获得1.02×10^-3 S cm^-1的超高电导率。DFT计算表明，UiO-66的Zr₆簇通过螯合效应稳定TFSI^-阴离子，而IL的[BMIM]⁺阳离子与PEO醚氧原子形成氢键网络，协同实现锂离子的"纳米通道跳跃-聚合物链段协同"双模传输。

第二个结论

热分析显示该体系在300°C仍保持稳定，且锂离子迁移数达0.48。这种分子级设计的IL@MOF填料策略，为开发高安全性的全固态锂电池提供了新材料平台。