大连理工大学杰青贺高红&齐新鸿EES：化学驱动PVDF基聚合物电解质构象重排以提升离子电导率助力长循环锂金属电池

本研究针对PVDF基固态聚合物电解质离子电导率低、界面稳定性差等核心问题，提出了一种化学驱动PVDF分子链构象重排的新策略。通过引入Nafion，诱导PVDF从非极性α相向高极性β相转变，提高了介电常数，促进了锂盐LiTFSI的解离，释放出更多自由Li⁺。同时，利用Nafion中-SO₃⁻与Li⁺的强配位作用以及PVDF中-C-F与Li⁺的弱偶极作用，构建了低能垒的链间Li⁺传输路径（-C-F···Li⁺···-SO₃⁻），显著提升了离子电导率至1.81 mS cm⁻¹。核磁共振结果表明，通过该传输路径迁移的Li⁺比例从44%提升至79%。此外，强配位作用促使Li⁺均匀扩散并在锂金属负极表面形成富含无机物的界面层，有效抑制了锂枝晶生长。实验结果显示，Li||Li对称电池在0.1 mA cm⁻²下稳定循环7800小时；LiFePO₄||Li电池在5 C倍率下循环1400次后容量保持良好；LiNi₀.₈Co₀.₁Mn₀.₁O₂||Li电池在500次循环后仍维持152 mAh g⁻¹的高容量。1.3 Ah软包电池也成功通过针刺测试，展现出高安全性。该工作为设计高性能、长循环的固态聚合物电解质提供了新思路。