2026年2月18日，我院王璐副教授等人在国际知名期刊《Angewandte Chemie International Edition》（中科院一区TOP，影响因子16.9）在线发表了题为“Multiscale Engineering of PEO Electrolytes for High-Voltage and Ultrastable Solid-State Lithium Batteries With Exceptional Room-Temperature Performance”的最新研究成果，研究生刘学范、张博闻老师为本文共同第一作者，王璐副教授、林学院孔令龙副教授、广东工业大学张山青教授为本文共同通讯作者，山东农业大学为本论文第一完成单位。
固态电池因其本征安全与高能量密度的双重优势，被公认为下一代电化学储能的核心方向。其中，聚环氧乙烷（PEO）基固态电解质凭借环氧乙烷（EO）单元的高给体数（DN）及链段柔韧性，展现出优异的锂盐溶解能力和离子传输性能，是目前研究最深入的聚合物电解质体系。然而，PEO电解质长期面临三重挑战：室温离子电导率低、高压正极兼容性差（超过4 V易氧化分解）、循环稳定性不足。另外，当前研究往往依赖添加液体增塑剂或凝胶化以提升室温性能，但这本质上是以牺牲固态电池本征安全性为代价的妥协。
针对上述挑战，研究团队提出一种无需液体增塑剂的多尺度工程策略，协同优化PEO电解质的宏观结构、介观链段运动与微观溶剂化构型，在不引入液态组分的前提下，实现了锂金属电池在高压与室温下的超长寿命循环，为高性能PEO电解质的设计提供了概念验证。具体地，团队设计并合成了聚乙二醇-聚甲基丙烯酸二甲氨乙酯硝酸盐（PEG-PDMAEMAH⁺·NO3−，简称PD）共聚物，并将其引入高分子量PEO（Mv ≈ 600000 g mol−1）电解质中。PD共聚物能轻易解离为PEG-PDMAEMAH+（PD+）聚阳离子和高供体数NO3−阴离子。其中，大且柔顺的PD+阳离子能够提供优异的NO3−溶解度，打破传统硝酸盐添加剂溶解度低的局限。同时，在宏/介观层面，PD⁺与PEO的良好相容性有效促进了PEO的非晶化及链段运动，避免传统添加剂或填料所引起的相分离与离子阻断问题。
图1 本文提出的PEO电解质多尺度工程调控策略示意图
在微观层面，具有高供体数（22.2 kcal mol−1）的NO3−能优先与Li+竞争配位，削弱EO与Li+的强螯合作用，从而提升体相Li+的迁移率。同时，形成富含阴离子的溶剂化结构，该结构不仅降低了Li⁺脱溶剂化能垒，而且在正极和负极两侧形成了富含坚固且高离子电导LiNxOy/LiF的CEI和Li3N/LiF的SEI界面层，从而增强了界面动力学和高电压耐受性。实验表明，经PD改性的PEO电解质能够使固态锂金属电池在不添加任何液体增塑剂的情况下在近室温（30°C）条件下稳定运行。相应地，高压LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2电池在0.2 C倍率下实现了超过500周的稳定循环，并保持了82.7%的高容量保持率，同时LiFePO4电池在0.5 C倍率下可稳定运行1200周。
该研究通过多尺度协同调控，同步实现PEO基全固态电池的室温运行、高压兼容与长寿命稳定三大目标，并系统揭示了阴离子化学在聚合物电解质中的关键作用。这一分子设计策略为固态电池的商业化应用开辟了可行路径。
该研究工作得到了国家自然科学基金项目、山东省自然科学基金项目、中国博士后面上基金项目和山东省高等学校青创人才引育计划的资助。
全文链接：https://doi.org/10.1002/anie.202523382
