熊礼龙/孙孝飞/杜显锋AFM：锂离子电池的聚合物电极材料综述

聚合物电极材料（PEMs）由于其高能量密度、可调结构和柔韧性已成为锂离子电池（LIBs）的热门研究课题。由于其丰富的绿色资源，它们被认为是传统无机材料的一类有希望的替代品。

在此，西安交通大学熊礼龙副教授、孙孝飞副教授及杜显锋教授等人回顾了典型氧化还原活性PEMs的研究进展，包括导电聚合物（CPs）、羰基聚合物（COPs）、自由基聚合物（RPs）、硫化物聚合物（SPs）和亚胺聚合物（IPs）。作者讨论了PEMs的分子设计和电化学性能的合成要点，详细描述了PEMs的导电、氧化还原和合成机制。

针对不同种类PEMs的优缺点，作者提出了分子结构改性、微观形貌控制、碳材料复合化等3种改进策略，解释了分子结构与电化学性质（电导率、溶解度、氧化还原电位、理论容量、倍率容量和循环稳定性）之间的内在关系并提出了分子结构改性的方向。此外，还阐述了微观形貌（纳米结构、多孔结构和网络结构）对电化学性能的影响，从复合材料的角度探讨了碳材料在提高PEMs电化学性能方面的作用。

图1. 五种聚合物电池的配置和放电过程

最后，基于上面讨论的改进策略，作者提出了PEMs的发展趋势和前景以指导 PEM 的未来设计：

（1）分子结构的改性可以概括为四个途径：调节共轭度、设计刚性分子骨架、设计交联结构和引入功能基团。

（2）其次，高性能PEM的制备对合成过程提出了许多挑战：从聚合物本身的角度来看，重要的是寻求提高聚合度和简化功能改性的合成工艺；此外，聚合物微观结构的可控制备也需要对合成工艺进行优化和探索。

（3）复合材料的设计可以协同复合成分的优点，弥补聚合物的缺点。结合物理保护层和化学限制，可以进一步保证聚合物的循环稳定性。

图2. 原位缩聚制备PI/rGO复合材料及其电化学性能

尽管在PEM上做了很多工作，但由于容量衰减、体积能量密度低、制备一致性差，它们几乎没有出现在商业市场。随着智能、可穿戴和可植入电子产品的快速发展，下一代电池应朝着可持续、柔性和长寿命的方向发展，PEMs在这些方面具有天然的优势。循环寿命是PEM面临的最大挑战，其稳定性差的原因有两个：

1）过氧化和体积膨胀造成的结构破坏；

2）聚合物溶解度造成的活性物质损失和自放电。因此，提高稳定性是PEMs未来的发展趋势。

Polymer Electrode Materials for Lithium-Ion Batteries, Advanced Functional Materials 2022. DOI: 10.1002/adfm.202110871

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熊礼龙/孙孝飞/杜显锋AFM：锂离子电池的聚合物电极材料综述

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