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聚合物電極材料（PEMs）由于其高能量密度、可調結構和柔韌性已成為鋰離子電池（LIBs）的熱門研究課題。由于其豐富的綠色資源，它們被認為是傳統無機材料的一類有希望的替代品。

在此，西安交通大學熊禮龍副教授、孫孝飛副教授及杜顯鋒教授等人回顧了典型氧化還原活性PEMs的研究進展，包括導電聚合物（CPs）、羰基聚合物（COPs）、自由基聚合物（RPs）、硫化物聚合物（SPs）和亞胺聚合物（IPs）。作者討論了PEMs的分子設計和電化學性能的合成要點，詳細描述了PEMs的導電、氧化還原和合成機制。

針對不同種類PEMs的優缺點，作者提出了分子結構改性、微觀形貌控制、碳材料復合化等3種改進策略，解釋了分子結構與電化學性質（電導率、溶解度、氧化還原電位、理論容量、倍率容量和循環穩定性）之間的內在關系并提出了分子結構改性的方向。此外，還闡述了微觀形貌（納米結構、多孔結構和網絡結構）對電化學性能的影響，從復合材料的角度探討了碳材料在提高PEMs電化學性能方面的作用。

圖1. 五種聚合物電池的配置和放電過程

最后，基于上面討論的改進策略，作者提出了PEMs的發展趨勢和前景以指導 PEM 的未來設計：

（1）分子結構的改性可以概括為四個途徑：調節共軛度、設計剛性分子骨架、設計交聯結構和引入功能基團。

（2）其次，高性能PEM的制備對合成過程提出了許多挑戰：從聚合物本身的角度來看，重要的是尋求提高聚合度和簡化功能改性的合成工藝；此外，聚合物微觀結構的可控制備也需要對合成工藝進行優化和探索。

（3）復合材料的設計可以協同復合成分的優點，彌補聚合物的缺點。結合物理保護層和化學限制，可以進一步保證聚合物的循環穩定性。

圖2. 原位縮聚制備PI/rGO復合材料及其電化學性能

盡管在PEM上做了很多工作，但由于容量衰減、體積能量密度低、制備一致性差，它們幾乎沒有出現在商業市場。隨著智能、可穿戴和可植入電子產品的快速發展，下一代電池應朝著可持續、柔性和長壽命的方向發展，PEMs在這些方面具有天然的優勢。循環壽命是PEM面臨的最大挑戰，其穩定性差的原因有兩個：

1）過氧化和體積膨脹造成的結構破壞；

2）聚合物溶解度造成的活性物質損失和自放電。因此，提高穩定性是PEMs未來的發展趨勢。

Polymer Electrode Materials for Lithium-Ion Batteries, Advanced Functional Materials 2022. DOI: 10.1002/adfm.202110871

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熊禮龍/孫孝飛/杜顯鋒AFM：鋰離子電池的聚合物電極材料綜述

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