基于逾渗效应的PVDF电解质实现离子电导率跃迁及长程传输机制解析

本研究针对PVDF基固态电解质中残留溶剂作用机制的长期争议，通过揭示DMF含量触发的逾渗阈值效应，首次阐明了离子电导率从10?6 S cm?1到10?4 S cm?1两数量级跃升的机理。多尺度分子动力学模拟表明该跃迁源于游离态锂离子导电网络形成长程连续传输路径，为聚合物-小分子复合体系的微观结构调控提供了重要设计原则。

　　

聚偏氟乙烯(PVDF)基聚合物电解质因其卓越的离子传导性能成为固态电池研究焦点。针对残留溶剂在离子传输机制中的关键作用这一长期争议，本研究首次揭示了基于溶剂含量的逾渗传导机制：当N,N-二甲基甲酰胺(DMF)含量达到临界值7 wt%时，PVDF-双三氟甲烷磺酰亚胺锂(LiTFSI)电解质在30°C下实现离子电导率从~10^?6 S cm^?1到~10^?4 S cm^?1的两个数量级跃升。多尺度分子动力学模拟表明，这种转变并非源于局部锂离子溶剂化结构变化，而是由于"游离态"锂离子导电网络达到逾渗阈值后形成了长程连续传输通道。该研究不仅深化了对PVDF基电解质传导机制的理解，更通过精准微结构调控为聚合物-小分子复合体系中宏观离子传输的优化提供了新颖概念框架，为推动高性能、高安全性新一代固态电池发展指明了方向。