近日，英国上市公司365宽温域高比能固态电池团队在高比能电池领域取得新进展，系列成果发表于国际知名期刊Joule、Advanced Functional Materials上。
我院宽温域高比能固态电池团队与华南理工大学刘军教授等团队合作，在Cell Press旗下能源领域旗舰期刊《Joule》上发表了题为“Enabling High-Voltage and Wide-Temperature Quasi-Solid-State Batteries via Spatially Engineered Polyether Electrolyte Interfaces”的学术论文，我院2025级博士研究生梁伟忠为本文第一作者，韦伟峰教授、张春晓特聘副研究员及华南理工大学刘军教授为共同通讯作者。该研究针对基于聚-1,3-二氧五环（PDOL）的电解质在高电压锂金属电池中易发生氧化失效的瓶颈问题，提出了一种融合“空间调控-溶剂化重构-界面稳定”的独特分子设计策略。空间排除效应破除氧化极限：研究通过在PDOL分子链中引入芳基（-Ar）和氰基（-CN）基团，构建了空间阻碍界面，成功阻止易被氧化的醚段和溶剂分子接近正极表面，从根本上缓解了高压正极对电解质的催化降解。溶剂化结构重构：空间排除效应诱导了阴离子的自发富集，使锂离子（Li⁺）溶剂化结构由“溶剂占主导”转变为“阴离子配位”，有效促进了离子传输并抑制了副反应。强相互作用限制阴离子：-CN基团与阴离子结合，限制了其迁移，从而提升了盐的解离度及锂离子迁移数。基于此协同优化策略，改性后的高压锂金属电池（Li||LCO 4.6V和Li||NCM90 4.7V）表现出优异的循环稳定性。装配的Li||NCM811软包电池实现了约486.4Wh kg⁻¹的超高能量密度，且在-10°C至60°C的宽温度范围内均能可靠运行。原文链接：https://doi.org/10.1016/j.joule.2026.102535
图1 “空间调控-溶剂化重构-界面稳定”策略机理示意图及高比能电池性能
我院2022级博士研究生颜坤昀以第一作者身份在国际知名期刊《Advanced Functional Materials》发表学术论文“Decoupling-Gliding Ion Transport in Polymer Electrolytes via Ferroelectric Order-Structuring: Toward High-Voltage and High-Rate Solid-State Batteries”，通讯作者为韦伟峰教授、张春晓特聘副研究员、林佳琳博士。本研究针对传统聚合物电解质室温离子电导率低（通常<1mS cm-1），电化学窗口窄，界面空间电荷层效应和锂枝晶不可控生长等挑战，提出并成功构建了一种“铁电有序结构”新型凝胶聚合物电解质（Order-Engineered Ferroelectric Solid Electrolyte，简称OE-FSE）。该OE-FSE在室温下展现出高达5.39mS cm⁻¹的离子电导率、5.2V的宽电化学窗口以及0.566的高锂离子迁移数。基于该OE-FSE组装的LRMO||Li金属软包电池，在能量密度高达502Wh kg-1的条件下稳定循环70周，容量保持率仍超过80%，展现出优异的高电压、高倍率循环稳定性。该研究将电解质从被动导体提升为主动分子调节器，确立了铁电有序工程作为下一代高能量固态电池的一种变革性设计原则。原文链接：https://dol.org/10.1002/adfm.76398
图2 OE-FSE锂离子迁移调控示意图与高比能电池性能
我院2022级博士研究生吴雅琴以第一作者身份在国际知名期刊《Advanced Functional Materials》发表学术论文“Interfacial Adhesion Engineering Enables the Fabrication of Ultrathin Alkali Metal Anodes”，通讯作者为韦伟峰教授、周亮君教授和林佳琳博士等。该文提出了一种以粘附功（adhesion work）为引导的力化学界面工程策略，将粘附功作为关联微观表面性质与宏观加工性的定量判据。利用甲基三乙氧基硅烷（MTES）在碱金属轧制过程中的原位反应，构建Si-O基界面层，将金属箔与轧辊之间的强粘附转变为弱范德华作用，使粘附功降至与铜、铝箔相当的水平。基于该策略，成功制备了厚度≤5μm的自支撑锂箔和≤25μm的钠箔，且箔材的机械完整性显著提高。研究发现，该Si-O基界面层兼具快速的离子传输动力学和优异的界面稳定性，可促进均匀的金属沉积与剥离。得益于此，对称电池在1.0mAcm-2&1.0mAhcm-2条件下稳定循环超过1780h，匹配NVP正极的扣式电池在20 C高倍率下循环2000次后容量保持率达94.15%，采用50μm-Na@MTES负极的软包电池亦可稳定循环超过150次。该工作突破了碱金属因弱内聚力与高表面能而难以轧制成型的难题，为超薄碱金属负极的规模化生产提供了可行新路径，对下一代高能量密度碱金属电池的发展具有重要意义。原文链接：https://doi.org/10.1002/adfm.76236
图3 基于低粘附功界面设计的碱金属轧制机理
作者：张春晓
（一审：李卉淼 二审：韦伟峰 三审：刘彬）
