近日，北京化工大学王峰教授/牛津教授团队在国际知名期刊Advanced Science上发表了题为“Topological Vulcanization Strategy for Elastomeric Electrolytes with Enhanced Mechanical and Electrochemical Properties for Advanced Lithium Metal Batteries”的研究工作。

  该工作聚焦聚合物弹性固态电解质机械强度和离子传输性能相互制约难以二者兼顾的问题，对弹性固态电解质的结构设计和电化学-机械性能调控等方面进行了深入研究，提出了一种新颖的拓扑硫化策略，利用高强度聚合物载硫纤维骨架和高导锂高弹性橡胶基固态电解质进行了拓扑硫化交联，开发了同时兼具增强机械强度和改善锂离子传输性能的弹性体电解质。

  该研究构建了一种将含硫聚氨酯纤维引入经化学改性的丁腈橡胶基体的硫化体系，所制备的拓扑硫化弹性体电解质解决了常规弹性电解质提升离子传输性能时牺牲力学性能，以及提升力学性能时牺牲离子传输性能的问题。可通过精准硫化调控实现弹性与杨氏模量的可设计性。应力应变曲线、X射线小角散射、原位拉伸和COMSOL模拟结果表面，经过拓扑硫化后，含硫聚氨酯纤维和丁腈橡胶基体交联紧密，制备的弹性电解质呈现均匀交联网络结构，电解质的断裂伸长率832%、拉伸强度3.51 MPa，聚氨酯纤维为电解质提供了出色的力学强度的同时保留了较为充足的锂离子通道，并且当拓扑硫化固态电解质受到锂沉积时的体积膨胀带来的应力时，应力会集中在聚氨酯纤维网络上，实现局部应力在纤维上的快速传导。电化学测试表明，拓扑硫化策略制得的弹性电解质室温离子电导率4×10^-4 S・cm^-1，组装的锂对称电池循环寿命可显著延长至3000小时，全电池在0.5C下循环500次后容量保持率仍达95.7%。这项工作为设计用于柔性电子和可穿戴器件的弹性电池的弹性固态电解质提供了新思路。

拓扑硫化弹性固态电解质的制备流程与电化学-机械性能评估示意图

材料学院博士研究生杨娜和硕士研究生孟昊天为论文的共同第一作者，王峰教授、牛津教授和华北电力大学环境学院史永正副教授为论文的共同通讯作者，北京化工大学为第一完成单位。本研究得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金等项目的资助。

文章信息：N. Yang, H. Meng, D. Guo, Y. Song, Y. Shi, J. Niu, F. Wang, Topological Vulcanization Strategy for Elastomeric Electrolytes with Enhanced Mechanical and Electrochemical Properties for Advanced Lithium Metal Batteries. Adv. Sci. 2025, e06640.

全文链接：https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/advs.202506640