近年来，随着对便携式/可穿戴电子产品、电动汽车的需求不断增加，高能量密度储能器件的发展被迅速推动。然而，传统液体电解质由于充放电过程中容易生成锂枝晶从而刺穿隔膜引发短路，以及在弯曲变形过程中容易造成电解液泄漏，可能会引发严重的安全问题。因此，不少人提出了固态电解质的概念，以其可靠的机械性能，阻燃性和固/固界面间可能发生较慢的副反应来消除液态电解质的缺点。
离子液体(ILs)具有高离子导电性、不易燃烧、热稳定性和电化学稳定性好、挥发性低等优点，是替代传统有机液体电解质的理想选择。此外，ILs还可以通过共价键与聚合物网络连接，或以自身为单体合成固态聚合物，即聚离子液体(PILs)。PILs不仅继承了单体ILs的优点（阻燃性、热稳定性和电化学稳定性），还保持了聚合物的强机械韧性。将ILs固定在PILs基体上的材料类似于凝胶聚合物电解质(GPE)，可以使其成为兼顾ILs和骨架材料优点的离子凝胶电解质(Ionogel)。
近期，来自湖南工业大学的廖海洋以及电子科技大学张永起团队合作报道了一系列以环氧基功能化咪唑类ILs为基体，并通过光聚合制备出具有双交联/网络结构的聚合物电解质，其电化学性能可通过控制网络密度进行调节。
图1 PIL-PEI的合成示意图：(a) 双功能离子液体的制备; (b) 双交联凝胶电解质的制备
（图片来源：Chem. Eng. J.）
其中，一类通过环氧ILs与聚乙烯亚胺(PEI)，聚乙二醇二丙烯酸酯(PEGDA)进行双交联聚合制备出准固态PILs电解质(PIL-PEI)（如图1）。该电解质良好的阻燃性与热稳定性保证了电解质在锂离子电池中应用时的安全性，且其电导率与锂离子迁移率分别可高达1.03 mS cm-1与0.47，电化学窗口相比于液态电解质拓展至5 V (vs Li/Li+)以上。采用PIL-PEI组装的半电池在0.1 C倍率下的初始放电比容量和库仑效率分别为165 mAh g-1和99%，当循环200次后，其容量保持率为97.1%。
图2 PIL-PEI的热稳定性与电化学性能研究：(a) 热稳定性; (b-c) 阻燃性; (d-f) 电解质电化学性能; (g-i) 电解质的电池应用性能
（图片来源：Chem. Eng. J.）
而在不同倍率性能测试中，当电流密度增加至5 C后，其依旧可达到87.1 mAh g-1可观的放电比容量（图2）。此外，由此电解质组装的软包电池在不同程度的破坏条件下，依旧可成功点亮LED灯，这一现象证明了以PIL-PEI为电解质的软包电池在柔性/可穿戴设备上有潜在的应用前景（图3）。
图3 PIL-PEI软包电池应用情况
（图片来源：Chem. Eng. J.）
基于上述工作，研究者将1-乙基-3-甲基咪唑双(三氟甲磺酰)亚胺(EMIm-TFSI)固定于交联环氧聚离子液体和聚偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物(PVDF-HFP)的双网络中（图4），制备出一种强柔韧、不燃的高离子导电性双网络离子凝胶电解质(DN-Ionogel)。
图4 DN-Ionogel的合成示意图
（图片来源：ACS Appl. Mater. Interfaces）
得益于双网络结构，DN-Ionogel可以承载300 wt%的EMIm-TFSI且不发生流失，同时不牺牲其力学性能，从而产生高达1.8 mS cm-1的高离子电导率。将制备好的DN-Ionogel电解质组装成LiFePO4的半电池，该电池在0.5 C的电流密度下其初始放电比容量为150.5 mAh g-1，库仑效率为99%。在经过200次循环后，其放电容量仍然保持初始放电容量的98%，同时还有98%的库仑效率。由DN-Ionogel组装成的软包电池可成功点亮二极管(LED)和维持多功能手表工作长达7天以上（图6）。
图5 DN-Ionogel的物理性质与电化学性能研究：(a) 力学性能; (b) 热稳定性; (c) 阻燃性; (d-f) 电解质的电化学性能; (g-h) 电解质的电池应用性能
(图片来源：ACS Appl. Mater. Interfaces)
图6. DN-Ionogel软包装电池应用情况
(图片来源：ACS Appl. Mater. Interfaces)
综上，聚离子液体电解质可通过形成双交联网络以及构筑双网络结构来保证电解质的机械性能和电化学性之间的平衡，而探究聚合物电解质网络结构的大小与其电化学性能之间的关系，对后期探寻高性能聚合物电解质体系有着重要意义。
原文作者：
1. Ling Liang, Wenfang Yuan, Xianhong Chen and Haiyang Liao
DOI:10.1016/j.cej.2021.130000
2. Ling Liang, Xianhong Chen, Wenfang Yuan, Han Chen, Haiyang Liao, and Yongqi Zhang
DOI: 10.1021/acsami.1c06077
原文链接：
1.https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S1385894721015849
2.https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acsami.1c06077
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