基于IL@UiO-66纳米填料的PEO复合聚合物电解质设计及其锂离子传导机制研究

本文开发了一种基于聚环氧乙烷（PEO）的复合聚合物电解质（CPE），通过分子工程设计的IL@UiO-66纳米填料显著提升锂离子电导率至1.02×10-3 S cm-1（60°C）。研究系统优化了LiTFSI盐含量、IL@MOF负载比例（53wt%），结合DFT计算揭示了IL@UiO-66通过调控Li+-O相互作用和促进离子解离的双相传导机制，为固态锂电池电解质设计提供新范式。

　　

Highlight

本研究亮点在于通过[BMIM][TFSI]@UiO-66纳米填料将PEO基电解质的离子电导率提升三个数量级，同时结合实验与理论计算阐明了分子级协同机制。

Methodology

采用溶剂热法合成UiO-66，通过湿浸渍法负载离子液体（ILs）。聚合物电解质通过溶液浇铸法制备，利用电化学阻抗谱（EIS）在0.1 Hz-2 MHz频率范围测量离子电导率，并采用ORCA程序进行DFT计算，使用B3LYP泛函和def2-SVP基组分析分子几何结构与电子特性。

Warburg Diffusion of Composite Polymer Electrolyte

图1a展示了EIS实验获得的奈奎斯特图。该图谱以阻抗实部对虚部绘制，高频区位于左侧。复合电解质（CPE）呈现压扁的半圆弧和斜向尾迹，可用恒定相位元件（CPE）模型拟合，表明存在界面极化行为。低频区的斜线对应Warburg扩散过程，揭示离子在电极/电解质界面的扩散控制机制。

Conclusion

基于PEO/LiTFSI/IL@UiO-66的复合电解质在60°C实现1.02×10^-3 S cm^-1的高离子电导率。热分析表明填料使PEO结晶度降低48%，DFT计算证实IL@UiO-66通过重构Li⁺三齿配位和氢键网络促进离子传输，为下一代固态电池电解质设计提供新思路。