近日，材料科学与工程学院陈仕谋教授团队在《Energy & Environmental Science》上发表了题为“Built-in Single-Ion-Conducting Polymer Bridges for Superior Ion Transport Enabling Long-Life and High-Voltage Lithium-Metal Batteries”的研究论文。该工作开发了一种内置单离子导电聚合物桥策略，将惰性氧化物界面转化为离子导电层，攻克了复合聚合物电解质中多相不相容导致离子传输受阻的难题。复合电解质室温离子电导率为5.2×10^-4 S/cm，可支撑锂金属电池在-30 ℃与4.5V高电压下稳定运行。

基于复合聚合物电解质（CPE）的锂金属电池被视为下一代电池技术的有力竞争者。然而，其内部复合组分间的固有不相容性严重制约了电解质性能。针对这一瓶颈，本研究创新性地设计了一种内置单离子导体桥技术。该技术成功地在石榴石型氧化物与PVDF聚合物基质之间构建了无缝连接，显著提升了复合材料的整体相容性。研究团队选用2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸分子，将石榴石快离子导体表面的惰性层原位转化为具有快速离子传导能力的单离子导体层。这一转化有效桥接了不同组分间的离子传输通道。采用此策略制备的CPE在极端工况下展现出优异的电化学性能，包括耐受4.5 V高电压、支撑锂金属电池在高负载（正极材料载量：10.2 mg cm⁻²）以及-30℃低温下稳定循环。基于该电解质的Li||NCM9055软包电池在0.5 C倍率下循环1200圈。不仅如此，该策略同样适用于钠金属电池，实现了2200次长循环。该研究为制造高性能固态电池提供了一种有效的新途径。

该工作第一作者为北京化工大学材料学院2022级硕士生龚佳俊，北京化工大学陈仕谋教授、澳大利亚悉尼科技大学的陈勇、汪国秀教授为共同通讯作者，北京化工大学为第一完成单位。本工作得到了国家自然科学基金、中央高校基本科研业务费等项目的资助。

    论文链接：

https://doi.org/10.1039/D5EE01338K