新型聚合物电解质实现锂金属电池重大突破，循环850次容量保持96.5%

新型聚合物电解质实现锂金属电池重大突破，循环850次容量保持96.5%

近日，云南大学材料与能源学院郭洪教授团队在锂金属电池研究领域取得重大突破，成功开发出一种新型酰氨基功能化聚合物电解质。这一创新性研究成果发表在国际知名期刊《能源与环境科学》上，为解决锂金属电池在机械性能、锂离子传输效率等方面的难题提供了新的解决方案。

随着电动汽车及各种电子设备的飞速发展，高能量密度的锂离子电池需求日益迫切。锂金属以其较轻的元素重量和极高的理论容量（高达3680 mAh·g−1）而备受瞩目，被认为是下一代高能量密度电池的理想材料。然而，锂金属电池在实际应用中却面临着诸多挑战，如循环稳定性差、内部短路、电解液分解等问题，这些问题归根结底在于锂离子的不均匀沉积以及其导致的锂枝晶的不可控生长。

针对这些挑战，郭洪教授团队提出了创新的分子设计策略，通过引入丰富的酰氨基位点，构建了一个独特的分层超分子网络。这种网络巧妙结合了永久化学交联和可逆氢键，使聚合物电解质在保持高度机械强度的同时，具备了优异的柔韧性。更重要的是，酰氨基位点的引入为锂离子提供了快速且可逆的传输通道，显著提升了电解质的离子传导性能。此外，整个聚合物基质的预去溶剂化效应也进一步促进了锂离子的传输效率，使其在电解质中的迁移更加迅速和均匀。

除了优异的传输性能，这种新型聚合物电解质还能够在电极表面形成稳定的界面层，有效防止了锂枝晶的生成和界面副反应的发生。锂枝晶是锂金属电池中常见的问题，它们不仅会导致电池短路，还会加速电池的老化过程。因此，这种双重强化的界面稳定性对于提高电池的安全性和循环寿命至关重要。

实验结果显示，采用这种新型电解质的锂金属电池，在循环测试中展现出了惊人的耐久性。在完整充放电情况下，磷酸铁锂正极搭配锂金属负极的电池经过850次循环后，容量保持率仍高达96.5%；而钴酸锂正极的电池则在300次循环后保持了96.8%的容量。

郭洪教授是云南大学材料与能源学院教授，国际科学组织Vebleo协会Fellow，全球学者库 “全球顶尖科学家”，云南省学术带头人，云南大学东陆学者，中国硅酸盐学会固态离子学分会理事（CSSI），国际能源与电化学科学研究院(IAOEES)理事，国际电化学会（ISE）会员，国家科技专家库在库专家。他主持完成国家自然科学基金面上项目、973计划课题项目、云南省重点、教育部重点项目等20余项省部级及以上课题。主要从事电化学储能及环境催化研究。以第一作者及通讯作者在Adv. Mater., ACS Energy Lett., Energy Storage Mater., Adv. Funct. Mater., Nano Energy., Appl. Catal. B-Environ.等学术期刊发表论文100余篇，引用超过6000次，申请及授权30余项中国发明专利。

这一新成果是对固态电解质设计的一次重大创新，证明其在实际应用中的巨大潜力，为解决锂金属电池面临的诸多挑战提供了新思路，也为未来开发更高性能、更长寿命的固态电池奠定了坚实的理论基础和材料基础，在电动汽车、储能系统等领域具有广阔的应用前景。