由于其良好的柔韧性、与电极兼容性好、易加工等特点，聚合物基电解质在固态锂电池中极具应用前景。聚合物基固态电池可在室温下稳定工作，在低温下(≤0 ℃)，聚合物电解质离子电导率的降低和缓慢的锂离子传输动力学导致电池极化增大，放电容量急剧衰减，且低温下枝晶生长更加严重，极大限制了固态电池在低温环境中的应用。

在此，东北师范大学朱广山、呼微和北京化工大学卢云峰等人设计并制备了一种基于多孔芳香框架（PAF-322-Li）的单离子锂盐。结果显示，该框架含有卟啉基团，能够限制双（三氟甲基磺酰基）亚胺阴离子（TFSI−），从而促进Li+的迁移。

基于此，其锂离子转移数（tLi+）达到0.85，且在−20 °C时具有高达0.088 mS cm−1的离子导电率。用PEO/PAF-322-Li组装的锂离子电池（LIB）在−20 °C、0.2 C条件下进行了充放电测试，初始放电容量达到119 mAh g−1，能够稳定循环400次，容量保持率为86.5%。

此外，PAF-322-Li通过其卟啉基团与锂离子之间的π共轭作用形成了3D Li+传输通道进而有效促进Li+的迁移，优化低温条件下的电池性能。

图1. PAF-322和PAF-322-Li的合成与结构表征

总之，该工作成功制备了一种基于单离子PAF-322-Li框架的复合固态聚合物电解质。研究显示，卟啉结构有效限制了TFSI−的迁移，从而促进了Li+的运输。

此外，富锂PAF-322-Li通过Li+与大量路易斯碱性卟啉基团之间的π共轭作用，促进形成了理想的Li+传输通道，有效地传输Li+，特别是在低温条件下。基于此，单离子PEO/PAF-322-Li在室温下具有159 mAh g⁻¹的比放电容量，并且在2 C的高电流密度下，能够循环2000次。

即使在−20 °C下，Li||PEO/PAF-322-Li||LFP电池也表现出了初始比容量为119 mAh g⁻¹，并且具有0.088 mS cm⁻¹的优异Li+电导率。因此，该工作为使用锂化并且带有卟啉框架的PAF在低温下实现更高效的电池性能铺平了道路。

图2. 电池性能

Porphyrin-framed PAF Based Single-Ion Lithium Salt Boosting Quasi Solid-State Lithium-Ion Battery Performance at Low Temperatures,Advanced Energy Materials2024 DOI: 10.1002/aenm.202404008