文章导读
你以为锂硫电池只差临门一脚就能取代锂电池？其实真正的瓶颈藏在一个被所有人忽视的细节——电解液与正极的“兼容性”陷阱。碳酸酯电解液让锂负极粉化，醚基电解液又破坏SPAN正极的固-固转化，几乎所有商用方案都在这两难中折戟。但西安交大团队用一招“阴离子溶剂化竞争”策略，在不牺牲负极稳定性的前提下，让电池在5C快充下循环1500次后容量仍保持90%以上。这背后那个叫“氟化弱溶剂化凝胶”的界面调控逻辑，可能彻底改写你对高能量密度电池的认知——你敢赌它不会成为下一代储能方案的核心吗？
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锂硫（Li-S）电池凭借理论能量密度高、成本低廉及环境友好等优势，被认为是极具应用前景的下一代储能体系。其中，硫化聚丙烯腈（SPAN）正极材料凭借硫利用率高、循环稳定性好且基本消除穿梭效应等优势被认为是高能量密度锂-硫电池的潜在正极。然而，SPAN的引入并未彻底解决电解液兼容性问题，反而在电解液匹配层面带来了新的挑战：在碳酸酯基电解液中，SPAN正极可实现较高库仑效率并显著降低多硫化物溶解，但循环性能仍受锂枝晶生长和锂负极粉化严重制约；醚基电解液虽与锂金属相容性佳、可实现高可逆锂沉积，却会破坏SPAN中的S-S键，生成可溶性多硫化锂（LiPSs），使固-固转化反应失效。因此，设计兼具锂金属负极界面稳定性和SPAN正极固-固转化可逆性的电解质，是提升Li||SPAN电池循环寿命的关键途径。
针对这一难题，西安交通大学先进储能电子材料与器件研究所徐友龙教授研究团队提出一种新型凝胶聚合物电解质（命名为FETB-GPE）。该电解质基于氟化弱溶剂化体系，通过含氟丙烯酸酯单体-丙烯酸六氟丁酯（HFBA）与多官能团聚交联剂-季戊四醇四丙烯酸酯（PETEA）的热引发原位共聚制备而成。体系中引入二氟草酸硼酸锂（LiDFOB），有效调控Li+溶剂化结构，显著提升接触离子对（CIPs）与离子聚集体（AGGs）的比例，进而促进富含LiF及LixBOyFz的致密无机界面相形成。该策略实现了界面化学调控与Li+传输动力学的协同优化，在加速离子传导的同时，显著提升了锂负极的循环稳定性与快充能力。此外，交联聚合物网络赋予电解质良好的机械强度与界面贴合性，进一步增强了电池的安全性与结构完整性。所得FETB-GPE凝胶聚合物电解质展现出卓越的综合电化学性能。采用该电解质的Li||Li对称电池在0.2 mA cm⁻²下可实现4000小时稳定循环，在0.5 mA cm⁻²下循环1000小时；Li||Cu电池在0.5 mA cm⁻²下锂沉积/剥离库仑效率高达99.1%，证实了高度可逆的锂沉积行为。尤为突出的是，Li||SPAN全电池在5 C高倍率下循环1500次后容量保持率仍高达90.29%，兼具优异的长期循环稳定性与快速充放电能力。该研究为开发与SPAN正极高度兼容的凝胶聚合物电解质体系提供了新的设计思路，对推动高安全、长寿命锂硫电池的发展具有重要意义。
近日，该研究成果以《调控凝胶聚合物电解质中的阴离子溶剂化竞争力以构建长寿命Li||SPAN电池的稳定界面》（Modulating Anion Solvation Competitiveness in Gel Polymer Electrolytes to Construct Robust Interphases for Long-Life Li-SPAN Batteries）为题发表在国际知名学术期刊《先进功能材料》（Advanced Functional Materials）上。西安交通大学电信学部电子科学与工程学院杨浦博士为论文第一作者，徐友龙教授为通讯作者。西安交通大学为论文唯一通讯单位。该工作得到国家自然科学基金、国家重点研发计划、中国电子科技集团公司的资助。论文测试表征得到了西安交通大学国家储能技术产教融合创新平台和西安交通大学分析测试共享中心的支持。
这也是徐友龙教授课题组在锂/钠金属电池固态电解质材料研究领域取得的又一重要突破。近年来，该团队围绕共晶聚合物电解质、氟化凝胶聚合物电解质的设计与制备等方向，已积累系列创新成果（Adv. Funct. Mater. 2025, 35, 2500067; Adv. Funct. Mater. 2026, 36, e17900; Adv. Funct. Mater. 2026, 36, e75367）。
论文链接：https://doi.org/10.1002/adfm.75367
徐友龙教授主页：https://gr.xjtu.edu.cn/web/ylxu
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这电解液匹配问题确实头疼，之前看文献也卡在这块。