近日，材料與化學學院鄭時有教授團隊聯合澳大利亞阿德萊德大學郭再萍院士，在固態鋰電池關鍵材料領域取得重要突破。研究人員成功研制出厚度僅為7.8微米、兼具超薄特性與高離子電導率的新型聚合物固體電解質材料，并基于此開發出具有高能量密度、長循環壽命和快充能力的固態金屬鋰電池。相關成果以“具有快速離子傳輸和穩定界面的超薄聚合物電解質，適用于實用固態鋰金屬電池”（Ultrathin Polymer Electrolyte With Fast Ion Transport andStable Interface for Practical Solid-state Lithium MetalBatteries）為題發表在《先進材料》（Advanced Materials）上。夏水鑫副教授為第一作者，上海理工大學為第一完成單位。該成果的取得得益于學校“乘風計劃”對夏水鑫副教授赴澳大利亞訪學的資助，充分彰顯了雙方優勢互補與深度合作所取得的重要成效。
隨著新能源汽車的快速普及，人們對鋰電池續航和安全性的要求日益提高。然而，現有商用鋰離子電池的能量密度已逼近極限（約300 Wh/kg），難以滿足長續航需求，同時其安全隱患仍然突出。聚合物固體電解質因具備本征安全性和匹配高容量金屬鋰負極的潛力，被認為是推動能量密度大幅提升的理想選擇，也是實現新能源汽車加速升級的關鍵突破口。但目前該類電解質仍面臨離子傳導效率低、厚度偏大以及難以有效抑制鋰枝晶等瓶頸，導致電池壽命與快充性能受限。因此，開發兼具超薄特性與高效離子傳導能力的聚合物固體電解質，成為突破固態電池性能瓶頸的關鍵方向。
研究團隊創新性地引入氟苯柔性鏈段，優化了電解質內部的離子傳導環境，從而顯著促進鋰離子的快速遷移。基于這一設計，成功制備出厚度僅7.8 μm、離子電導率高達 4.8 × 10?? S cm?1的超薄聚碳酸酯固體電解質材料（圖1）。在此基礎上，團隊進一步研制出兼具高安全性與長壽命的固態金屬鋰電池，表現出超長循環壽命和優異的快充性能，能量密度高達 495 Wh kg?1。更為重要的是，即便在-10 ℃的低溫環境下，固態電池仍能穩定運行，充分展現出面向全氣候應用的巨大潛力。
電解質的設計理念
固態金屬鋰全電池循環性能
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https://doi.org/10.1002/adma.202510376
