近日，福州大学材料科学与工程学院、新能源材料与工程研究院（张久俊院士团队）在固态锂金属电池领域取得重要研究进展。相关成果以““Electronic Sponge” Strategy Enables Polyether Electrolytes for High-Voltage and Fast-Charging Quasi-Solid-State Batteries”为题，发表于国际化学领域权威期刊《Journal of the American Chemical Society》（影响因子16.6，中科院一区）。

“电子海绵”设计思路图

聚醚基电解质具有制备工艺简单、界面相容性好和较高安全性等优势，是构建高能量密度准固态锂金属电池的重要候选材料。然而，其高电压与快充应用仍受到多重瓶颈制约：一方面，聚醚链段中富电子的醚氧（EO）会与Li⁺形成较强配位，限制Li⁺沿聚合物链段快速迁移；另一方面，EO孤对电子在高电压下容易被氧化，导致聚醚骨架稳定性下降。此外，电极/电解质界面持续发生副反应，容易形成不稳定的固态电解质界面膜（SEI）和正极/电解质界面膜（CEI），并进一步诱发锂枝晶生长和高镍正极结构退化。因此，如何同时调控Li⁺传输、电解质氧化稳定性和界面反应，成为聚醚基准固态电池实现高电压、快充运行的关键科学问题。

针对这一问题，郑云教授/张久俊院士团队受天然海绵“吸水-放水”行为启发，提出“电子海绵（Electronic Sponge，ES）”双向电子调控策略，并以具有π共轭结构的酞菁铜（CuPc）作为代表性“电子海绵”分子，构筑“电子海绵”聚醚电解质（ESPE）。该策略具有双向电子调节作用：一方面，ES通过吸电子效应降低EO的电子密度，削弱其对Li⁺的配位作用，并稳定EO孤对电子，从而促进Li⁺快速迁移并提高聚醚骨架的抗氧化能力；另一方面，ES通过给电子效应调控TFSI⁻和DFOB⁻等含氟阴离子的电子结构，促进阴离子衍生分解，进而构筑稳定、富含LiF的SEI/CEI。得益于这种双向电子调控机制，ESPE在25 ℃下实现了1.61 mS cm⁻¹的离子电导率、0.84的Li⁺迁移数以及约5.2 V的电化学稳定窗口。

电化学测试进一步验证了该策略在高电压和快充条件下的优势，Li||Li对称电池在0.5 mA cm⁻²下稳定循环超过1000 h，Li||NCM811准固态电池在4.6 V截止电压下循环300次后容量保持率达到82.5%；在4.5 V、5C条件下循环500次后容量保持率仍达到82.6%。该研究为从分子电子结构出发，为同时解决聚醚电解质中Li⁺传输不够快、氧化稳定性不足和电极/电解质界面不稳定等问题提供了新的设计思路，也为高电压、快充准固态锂金属电池的发展提供了新的分子调控策略。

我院2024级硕士生张丽芬和2022级博士生段松为该论文的第一作者。福州大学材料科学与工程学院、新能源材料与工程研究院为第一通讯单位。获得国家自然科学基金（52222102）、国家教育部海外引才专项、福建省“百人计划”项目、福建省“闽江学者”奖励支持计划项目（XRC-23125）、福建省自然科学基金（2024J01261）、福建省中青年教师教育科研项目（JZ230002）、福州大学材料科学与工程学院一流学科培优项目等资助。

文章信息：Lifen Zhang^‡, Song Duan^‡, Bingsen Qin, Zongtao Lu, Hongyao Wang, Peng Wang, Zhenghao Li, Zhiyang Yu, Wei Yan, Jiujun Zhang* Yun Zheng*, “Electronic Sponge” Strategy Enables Polyether Electrolytes for High-Voltage and Fast-Charging Quasi-Solid-State Batteries, Journal of the American Chemical Society, 2026, DOI: 10.1021/jacs.6c11268.

文章链接：https://doi.org/10.1021/jacs.6c11268.