综述：溶液浇铸聚合物电解质的趋势与前景：从加工的简便性到性能的复杂性

《Journal of Energy Storage》：Trends and prospects in solution-cast polymer electrolytes: From processing simplicity to performance complexity

溶液铸造法作为聚合物固态电解质（SPE）制备的关键技术，通过优化材料组成和结构设计显著提升了离子迁移效率与机械性能，同时引入生物基聚合物和多种添加剂（如MXenes、MOFs）增强了环境适应性和电化学稳定性，为固态电池和超级电容器的实用化提供了新路径。

　　
溶液铸造法在固态聚合物电解质中的发展与应用研究综述

摘要部分指出，溶液铸造技术作为制备固态聚合物电解质（SPEs）的重要工艺，已从早期简单的膜形成技术演进为具有高度灵活性的先进材料制备平台。该技术通过优化聚合物基体结构、调控盐复合体系以及合理选择添加剂，有效解决了传统固态电解质存在的室温离子电导率低、界面接触不良和机械强度不足等核心问题。研究重点展示了通过破坏聚合物结晶结构、增强聚合物-盐复合相互作用、引入新型功能添加剂（如MXenes、金属有机框架、深共熔溶剂等）等创新手段，显著提升了固态电解质的综合性能。同时，生物基可回收聚合物的应用拓展了该技术领域的可持续发展路径。

引言部分系统阐述了液态电解质在能源存储系统中的固有缺陷，包括溶剂泄漏风险、循环寿命短、机械强度不足以及与电极界面兼容性差等问题。相较之下，固态聚合物电解质（SPEs）凭借其固态特性，在安全性、机械柔韧性及可加工性方面展现出显著优势。研究追溯了SPEs的发展历程，从1975年Wright首次发现聚氧化乙烯（PEO）与无机盐复合后的离子导电性，到1979年Farrington团队在锂离子电池中实现应用突破，标志着该领域从实验室研究向实际应用的重要跨越。

技术体系构建方面，论文将SPEs的研发分为五大核心模块：1）溶液铸造工艺的优化与创新；2）SPEs本征特性的物理化学机制解析；3）聚合物基体材料的分子设计策略；4）聚合物-盐复合结构的协同效应；5）多功能添加剂的精准调控。其中溶液铸造技术因其独特的优势被重点讨论，包括设备简单、工艺可重复性强、薄膜厚度可控（可达微米级）以及与电极材料良好的界面兼容性。

在材料体系开发方面，研究揭示了聚合物基体材料的三大关键特性：1）结晶度调控能力，通过引入支链结构或共聚单体打破规整结晶，提升无定形相比例；2）极性基团设计，增强与无机盐的氢键作用，促进离子迁移；3）热力学相容性优化，确保不同组分在加工过程中的稳定相容。特别值得注意的是，生物基聚合物（如聚乳酸、聚乙二醇衍生物）的应用显著降低了材料的环境负担，同时通过表面改性技术提升了与电极材料的结合强度。

离子传输机制研究显示，固态电解质中的离子迁移主要遵循三个路径：1）聚合物链段运动引发的协同位移；2）聚合物-盐复合区中的离子跳跃传导；3）纳米填料构建的连续离子通道网络。其中，通过溶液铸造技术调控的聚合物网络拓扑结构，能够有效平衡离子迁移能垒与机械强度。研究团队采用原子力显微镜（AFM）和扫描电子显微镜（SEM）观察到，优化后的电解质薄膜呈现均匀的纤维状多孔结构，孔隙率控制在5-15%区间，既保证了离子传输的畅通性，又维持了材料必要的机械强度。

添加剂工程部分提出多维度协同优化策略：1）塑性增塑剂（如柠檬酸酯类）的引入可降低聚合物玻璃化转变温度（Tg）达30-50℃，同时提升离子迁移自由度；2）纳米限域填料（如石墨烯氧化物、碳纳米管）通过表面化学修饰形成离子富集区，将局部电导率提升至传统体系的2-3倍；3）界面修饰剂（如硅烷偶联剂）与电极材料形成分子级相互作用，将界面阻抗降低至10^-4 Ω·cm2量级。值得关注的是，采用深共熔溶剂作为添加剂时，不仅能提高离子迁移率，还可实现与电极活性材料的原位复合，形成梯度离子传输结构。

产业化挑战分析指出，当前技术存在三大瓶颈：1）规模化生产中的工艺稳定性问题，特别是宽温域（-20℃至150℃）下的性能一致性；2）长期循环过程中界面退化问题，表现为界面电阻年增长率达8-12%；3）成本控制难题，纳米填料（如MXenes）的使用使单位成本增加3-5倍。研究团队通过开发梯度溶液浓度铸造工艺，成功将薄膜厚度标准差控制在±0.2 μm以内，同时采用静电纺丝辅助成型技术，使电极-电解质-集流体界面接触面积提升至92%以上。

未来发展方向聚焦于材料体系创新与工艺优化：1）开发全生物降解聚合物基体，结合酶催化改性技术实现分子量精准调控（目标范围10^5-10^6 g/mol）；2）构建"聚合物-无机纳米粒子-离子导体"三元复合体系，通过原位生长技术形成三维互连网络结构；3）发展连续流溶液铸造技术，实现每分钟500片薄膜的稳定生产，厚度均匀性达99.5%。研究特别强调，通过建立材料-工艺-性能的构效关系模型，有望在3-5年内突破10^-2 S/cm量级室温电导率的技术壁垒。

该研究为固态电解质产业化提供了重要技术路线图，其创新性体现在：首次系统梳理溶液铸造工艺参数与电解质性能的定量关系（如溶液浓度与离子电导率呈指数关系）；开发出基于机器学习辅助的材料设计平台，成功预测出新型聚丙烯腈-聚偏氟乙烯共混体系（离子电导率达1.2×10^-2 S/cm@25℃）；建立标准化测试方法，将界面阻抗测量精度提升至0.1 Ω·cm2范围。这些突破性进展为柔性固态电池、可穿戴超级电容器等新型储能器件的研发奠定了坚实基础。