基于IL@UiO-66纳米填料的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（[BMIM][TFSI]@UiO-66）显著提升锂离子电导率至1.02×10-3 S cm-1（60°C）。研究结合实验优化（LiTFSI含量、IL负载比）与DFT计算，揭示了IL@MOF通过调控PEO链段运动、恢复三齿配位及氢键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策略。

　　

Highlight
本研究亮点在于通过[BMIM][TFSI]@UiO-66纳米填料的分子级设计，实现了PEO基电解质的离子电导率突破性提升（较基线提高3个数量级），并首次提出"IL辅助跳跃-PEO链段动力学"双相传导机制。

Methodology
实验方法
采用溶剂热法合成UiO-66，通过湿浸渍法将离子液体（IL）封装至MOF孔道中，再经溶液浇铸法制备复合电解质。电化学阻抗谱（EIS）测试在0.1 Hz–2 MHz频率范围内进行，结合DFT计算（ORCA程序，B3LYP泛函/def2-SVP基组）解析分子相互作用机制。

Warburg Diffusion of Composite Polymer Electrolyte
复合电解质的沃伯格扩散行为
图1a的奈奎斯特图中，CPE呈现压扁的半圆弧接倾斜线，可用恒相位元件模型拟合。低频区的斜线对应锂离子扩散过程，其斜率变化揭示IL@UiO-66的引入显著降低了界面阻抗，促进离子迁移。

Conclusion
结论
在60°C下，优化组分的[BMIM][TFSI]@UiO-66/PEO电解质展现1.02×10^-3 S cm^-1的超高电导率。DFT计算表明，IL@UiO-66通过调控Li⁺-O相互作用重构PEO配位环境，而TFSI^-阴离子通过氢键促进离子解离，这种协同效应为下一代固态电池电解质设计开辟了新途径。