分子工程化IL@UiO-66纳米填料增强聚环氧乙烷基复合聚合物电解质的锂离子传导机制研究

本文创新性地将离子液体（IL）封装于金属有机框架（UiO-66）构建IL@UiO-66纳米填料，通过系统优化LiTFSI盐含量（0.5 g）、IL@MOF负载量（0.07 g）及IL:MOF比例（53%），使PEO基电解质在60°C下离子电导率提升至1.02×10-3 S cm-1。结合FESEM、EIS和DFT计算，揭示了IL通过氢键作用促进锂离子解离、UiO-66孔隙结构调控PEO链段运动的协同机制，为固态锂电池电解质设计提供新思路。

　　

亮点
本研究通过分子工程策略将[BMIM][TFSI]离子液体精准封装于UiO-66纳米孔道中，构建了具有"双相传导机制"的复合聚合物电解质（CPE）。这种创新设计如同在PEO基质中铺设了锂离子高速公路——IL提供跳跃式传导路径，而UiO-66的纳米孔道则像分子级搅拌器，有效打碎PEO结晶区（FESEM证实结晶度降低42%），使离子电导率实现三个数量级的飞跃。

Warburg扩散行为分析
图1a的奈奎斯特图谱显示，CPE的阻抗谱由压扁的半圆弧和倾斜的尖峰组成，这就像锂离子在电解质中跳着"两步舞"：先是在电极界面完成电子转移（高频区半圆），随后进入Warburg扩散控制的离子迁移阶段（低频区斜线）。通过恒相位元件模型拟合，发现IL@UiO-66的加入使Warburg系数降低67%，意味着锂离子在复合材料中获得了更顺畅的扩散通道。

结论
这项研究犹如打开了一扇"分子设计之窗"——[BMIM][TFSI]@UiO-66纳米填料通过三重作用机制提升性能：1）TFSI阴离子像灵活的"分子剪刀"切断PEO晶格；2）UiO-66的锆簇节点化身"锂离子中转站"；3）IL的咪唑阳离子形成"静电保护罩"促进Li⁺解离。DFT计算揭示，这种协同作用使Li-O配位键长缩短0.2?，最终实现60°C下1.02×10^-3 S cm^-1的超高电导率，为下一代固态电池开发提供了黄金标准。