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）在聚合物固态锂金属电池领域取得重要研究进展，相关成果“‘Built-in Electric Field’ Design Enables Rapid Li⁺ Transport in Polymer Electrolyte”为题，发表在国际顶级期刊《Advanced Materials》（影响因子26.8，中科院一区）上。

 

“内建电场”策略设计思路图

 

固态聚合物电解质（SPEs）因具备柔韧性、易加工性及良好电极界面兼容性而备受关注。然而传统SPE中强Li⁺−聚合物相互作用导致Li⁺解耦能垒过高，严重限制了Li⁺的传输动力学。为削弱这一相互作用，现有策略常引入路易斯酸性金属离子（如Cu²⁺、Mg²⁺、Al³⁺）或含固定金属位点的填料。然而，这些方法仅能随机、局部地削弱配位，导致Li⁺传输路径中呈现高−低交替变化的能垒，无法实现全局性的快速传导。因此，克服这一挑战的关键在于均匀且持续地削弱Li⁺−聚合物配位，从而在整个传导路径上实现统一的低能量势垒。

受固态物理学中“内建电场（Built-in Electric Field, BIEF）”原理启发，提出一种创新策略，沿聚合物链引入连续的路易斯酸性金属位点（正极侧），与聚合物基团（负极侧）之间形成BIEF诱导电荷重新分布，从而均匀削弱Li⁺−聚合物相互作用，显著降低整体Li⁺的解耦能垒。进一步地，将互连的沸石咪唑骨架材料（ZIF）支架与原位聚合的1,3-二氧戊烷（PDOL）相结合，使这些BIEF区沿聚合物链定向排列，最终构建出能垒持续降低且均匀的快速Li⁺传输通道。所得电解质在25 °C下表现1.14  mS cm⁻¹的卓越离子电导率和0.78的高Li⁺迁移数。基于该电解质组装的Li||LiFePO₄电池在2C倍率下循环5000次后仍能保持84%的初始容量。值得注意的是，该电解质还与高压LiNi_0.5Co_0.2Mn_0.3O₂正极材料表现出优异的兼容性，并在实际软包电池中展现出卓越的安全性能和循环稳定性。本研究开创了一种通用的“内建电场”范式，可用于设计具有高离子传导能力的先进聚合物电解质，为实现高性能准固态电池提供了新的设计思路。

我院郑云教授和2022级博士生段松为该论文的共同第一作者。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外国学者研究基金项目（22250710676）、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：Y. Zheng, S. Duan, S. Liu, T. Zhang, X. Liu, B. Qin, Z. Lu, T. Wang, H. Wang, L. Zhang, M. Pei, J. Xu, Y. Liu, W. Yan, J. Zhang, “Built-in Electric Field” Design Enables Rapid Li⁺ Transport in Polymer Electrolyte, Advanced Materials, 2026, e73393.

文章链接：https://doi.org/10.1002/adma.73393