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基于凝膠支架和離子液體的集成離子凝膠電解質膜（IGEMs）因其廣泛的加工兼容性、不易燃性以及良好的熱和電化學特性而引起了廣泛的關注。然而，缺乏可同時實現IGEM的高機械強度和Li⁺可運輸性的功能性支架限制了電池的功率和安全性。

華中科技大學胡先羅等報道了一種具有高Li⁺電導率和出色熱穩定性的IGEM。

圖1 IGEM的結構、組成和性能對比

設計的IGEM包括電紡聚合離子液體（PIL）-聚（二烯丙基二甲基銨）雙（三氟甲磺酰基）亞胺（PDADMATFSI）納米纖維和交聯聚（2,2,2-甲基丙烯酸三氟乙酯）（PTFEMA）。PDADMATFSI PIL納米纖維和交聯PTFEMA的半互穿網絡的協同作用促進了鋰離子從載體離子傳輸模式向結構離子傳輸模式的理想轉變。

對鋰離子傳輸機制的詳細研究表明，PIL骨架上帶正電的PDADMA⁺和PTFEMA上的強電負性-CH₂CF₃基團可通過調節離子-離子和離子-偶極相互作用，同時賦予鋰離子環境的定制設計。結果，鋰離子遷移率的提高導致鋰離子轉移數（??Li⁺）和鋰離子電導率大大增加。

圖2 IGEM的電化學性質

結果，基于IGEM的Li||Li對稱電池在2000小時內表現出0.21 V的低極化電壓和顯著的鋰沉積/剝離可逆性。憑借獨特的IGEM，固態Li||LiFePO₄電池在0至90 °C的寬溫度范圍內實現了更高的倍率性能和良好的循環性能。此外，具有≈2 mAh cm^-2正極容量的實用固態Li||LiFePO₄軟包電池也已被證明。

這項工作為集成離子凝膠電解質中設計特定混合支架提供了新的見解，它協同增強了鋰離子傳輸特性，并在具有高能量密度和高安全性的下一代固態鋰金屬電池中具有廣闊的前景。

圖3 Li||Li和Li||LiFePO₄電池的電化學性能

Monolithic Task-Specific Ionogel Electrolyte Membrane Enables High-Performance Solid-State Lithium-Metal Batteries in Wide Temperature Range. Advanced Functional Materials 2021. DOI: 10.1002/adfm.202110653

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華科胡先羅AFM：0至90 °C寬溫度域高性能固態鋰金屬電池

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