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离子导电聚合物是用于固态锂基电池的有吸引力的电解质材料。然而，这些聚合物经常受到电化学惰性阴离子迁移的不利影响，这限制了离子电导率并加速了电池失效。

为了避免上述问题，西安交通大学丁书江教授等人报道了使用聚乙烯二茂铁（PVF）作为正极活性材料。其中，PVF在氧化还原过程中充当阴离子受体，因此可同时将阴离子和Li⁺作为有效的电荷载体以改善电池性能。

为了避免活性单元在非流动体系中扩散，作者以2,2′-偶氮异丁腈（AIBN）为引发剂，通过乙烯基二茂铁自由基聚合在甲苯中将阴离子宿主单元固定在聚合物链上。进一步，作者报道了使用聚环氧乙烷（PEO）基底和具有不同阴离子的含锂盐（高氯酸锂（LiClO₄）、双草酸根硼酸锂（LiBOB）和双（三氟甲磺酰）亚胺锂（LiTFSI））对各种实验室规模Li||PVF电池的测试。

其中，与PEO-LiTFSI相匹配的Li||PVF电池表现出良好的循环稳定性，在300 μA cm^-2和60 °C下2800次循环后容量保持率为70%，4000次循环后仍提供约65 mAh g^-1的容量。

图1. PVF的合成、物理化学和电化学表征

研究表明，负载阴离子的PVF正极将固态聚合物电解质（SPE）的整个离子运动置于电化学反应中，从而提高了其倍率性能并促进电池在有限的离子电导下运行。Li||PVF电池的稳定循环证明，主要由浓度梯度引起的负极劣化可通过活性阴离子迁移有效地规避，这对于实现安全的金属电池至关重要。

此外，作者通过实验和理论计算阐明了阴离子结构、结合能和离子聚集对电池性能的影响，电极电位与阴离子种类和离子聚集状态密切相关。为了验证该策略可有效提高锂负极稳定性，作者在60 °C下测试了 Li|PEO-LiTFSI|LiFePO₄电池。该电池在300 μA cm^-2下循环第24小时发生突然的电压损失并导致库仑效率下降。相比之下，Li|PEO-LiTFSI|PVF电池在60°C、300 μA cm^-2下至少4000次循环中保持约99.7%的库仑效率。

图2. 基于PEO-LiTFSI 固体电解质的锂金属电池性能

Expanding the active charge carriers of polymer electrolytes in lithium-based batteries using an anion-hosting cathode, Nature Communications 2022. DOI: 10.1038/s41467-022-30788-5

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