陈茂课题组：主链含氟聚合物之弱溶剂化效应——助力提升锂电池界面稳定性

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聚合物电解质具有高能量密度、高稳定性、可加工等优点，有望应用于全固态锂离子电池等新能源领域。虽然已有大量研究成果表明含氟有机物质（如斯坦福大学鲍哲南、崔屹课题组报道的含氟小分子，北卡罗来纳州立大学Joseph DeSimone课题组报道的含氟寡聚物）在电解质方面具有突出优势，但传统氟聚合物具有易结晶、直接溶解锂盐能力差、室温离子电导率低等缺点，难以用作聚合物电解质材料。此外，氟聚合物制备通常需要在高温高压条件下对气体单体进行转化，按需合成特定化学结构的氟聚合物非常困难，对开发高性能氟聚合物电解质材料、及理解其电化学作用机制带来极大限制。
       近年来，复旦大学高分子科学系、聚合物分子工程国家重点实验室陈茂课题组（PolyMao）开发了一系列含氟聚合物的可控合成方法，以此为基础，该课题组以三氟氯乙烯气体为原料，设计合成了不可燃、不结晶、化学稳定性好的新型主链含氟交替共聚物（图1），不仅实现了锂离子的室温高效传输（锂离子迁移数= 0.61），而且在高达5.3V的电化学窗口展示了优异稳定性。提高聚合物分子量，对抑制锂枝晶、提高材料机械性能起到了积极影响，例如分子量为22.8 kDa的氟聚合物在超过2600小时的锂剥离沉积循环测试中表现出令人满意的抑制锂枝晶效果。

主链含氟交替共聚物

图1.主链含氟交替共聚物的合成和后修饰

       值得一提的是，二维1H-19F相关核磁谱图（图2）表明，定制化合成的氟聚合物能够与锂离子形成了六元环结构，提供比含氟小分子、侧链含氟聚合物更加显著的弱溶剂化效应，通过Li-F作用促进锂离子从Li-O作用中解离，促进形成稳定的负极-电解质界面。

主链含氟交替共聚物

图2.含氟聚合物弱溶剂化研究A)含氟聚合物二维核磁谱图B) 掺锂盐前后氟谱位移变化

        相关成果近期发表于能源领域国际顶刊ACS Energy Letters (10.1021/acsenergylett.1c02036)。复旦大学高分子科学系博士研究生马明钰为论文第一作者，复旦大学陈茂研究员、云南大学林欣蓉研究员为共同通讯作者。本工作特别感谢国家自然科学基金、复旦大学高分子科学系、聚合物分子工程国家重点实验室的大力支持。
       原文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsenergylett.1c02036
       课题组网站：http://www.polymaolab.com


       文章来源：复旦大学
       陈茂,复旦大学研究员，博士生导师。2006年毕业于武汉大学化学与分子科学院，2011年获得武汉大学博士学位。之后在美国麻省理工学院从事研究工作，主要研究方向为高分子合成。