固態(tài)電解質(zhì)是推動高能量密度鋰金屬電池（LMBs）走向?qū)嶋H應(yīng)用的核心材料之一。然而，傳統(tǒng)的無機陶瓷電解質(zhì)脆性大、界面接觸差，而聚合物電解質(zhì)則存在離子電導(dǎo)率低、枝晶抑制能力不足等問題。如何同時實現(xiàn)高離子電導(dǎo)率、優(yōu)異機械性能與穩(wěn)定的電極/電解質(zhì)界面，一直是該領(lǐng)域的重大挑戰(zhàn)。
圖1 受輪胎啟發(fā)的PMEC電解質(zhì)設(shè)計示意圖。圖片來源：Angewandte Chemie.
近日，中山大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院張鵬課題組從橡膠輪胎的耐久性和多級結(jié)構(gòu)中獲得靈感，設(shè)計并制備了一種新型自適應(yīng)固態(tài)彈性電解質(zhì)（PMEC）。該電解質(zhì)模仿輪胎“軟橡膠基質(zhì)+液體增塑劑+剛性增強網(wǎng)格”的復(fù)合結(jié)構(gòu)，通過將深共晶電解質(zhì)（DEE）均勻嵌入化學(xué)交聯(lián)的聚合物網(wǎng)絡(luò)中，并引入聚乙烯（PE）多孔骨架增強，成功實現(xiàn)了高離子電導(dǎo)率（30°C下2.37 mS cm-1）、高鋰離子遷移數(shù)（0.64）、優(yōu)異彈性（拉伸應(yīng)變187%）和強界面粘附力（36.34 J m-2）的協(xié)同提升；PMEC組裝的對稱電池可穩(wěn)定循環(huán)超過2000小時，與LiFePO4正極匹配的全電池在0.5C下循環(huán)800次后容量保持率超過88%，并在切割、彎曲等機械濫用下仍保持正常工作。
該工作以“Design and Preparation of Self‐Adaptive and Robust Solid‐State Elastomeric Electrolyte for Lithium Metal Battery Inspired by Rubber Tire”為題發(fā)表在《Angewandte Chemie International Edition》上（DOI: 10.1002/anie.202513167）。文章第一作者為中山大學(xué)博士后姚正銀，張鵬副教授為通訊作者。該研究得到了國家自然科學(xué)基金、國家重點研發(fā)計劃及廣東省自然科學(xué)基金等項目的支持。
圖2 PMEC基準(zhǔn)固態(tài)鋰金屬軟包電池機械濫用測試及電池內(nèi)在構(gòu)效關(guān)系機制示意圖。圖片來源：Angewandte Chemie.
該工作是張鵬課題組在聚合物電池材料領(lǐng)域系統(tǒng)性研究的重要延續(xù)。2025年，課題組在《Chemical Engineering Journal》上報道了共聚物微相分離結(jié)構(gòu)調(diào)控電子、離子雙連續(xù)網(wǎng)絡(luò)的作用機制（Chem. Eng. J., 2025, 506, 160290），在《Nano Research Energy》上提出了多孔骨架增強復(fù)合彈性體電解質(zhì)的通用制備方法（Nano Res. Energy, 2025, DOI: 10.26599/NRE.2025.9120181），在《Chemical Science》上報道了彈性電解質(zhì)中離子傳輸機制的調(diào)控策略（Chem. Sci., 2025, 16, 6812），并在《Chemical Engineering Journal》上深入揭示了負(fù)極材料內(nèi)部的離子傳輸機制（Chem. Eng. J., 2025, 520, 165880）。這些前期工作為本次PMEC電解質(zhì)的結(jié)構(gòu)設(shè)計與性能優(yōu)化提供了堅實的理論和實驗基礎(chǔ)。
原文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/epdf/10.1002/anie.202513167
