近日，我院王璐副教授团队在固态电池电解质材料研究领域取得重要研究进展，相关研究成果于2026年9月28日在国际顶级期刊《Advanced Materials》（最新影响因子29.1）在线发表。论文题为《Multi-Li+ Coordination for Superior Room-Temperature Ionic Conductivity in PEO Solid Electrolytes》。我院研究生闫恒明、张博闻老师为论文共同第一作者，王璐副教授、林学院孔令龙副教授与广东工业大学张山青教授为共同通讯作者，山东农业大学为该论文第一完成单位。
PEO基固态电解质凭借成本低廉、界面兼容性优异、易于规模化制备等优势，成为固态电池最具产业化潜力的核心候选材料之一。但长期以来，室温离子电导率偏低的关键瓶颈严重制约了其实际应用。究其根源，PEO体系存在双重局限：一方面，聚合物链中的醚氧基团会强螯合锂离子，大幅降低了锂离子迁移速率；另一方面，较高盐浓度下锂盐解离不充分，自由锂离子浓度不足，双重问题叠加导致材料室温导电性能难以提升。
针对这一行业共性难题，研究团队受聚羧酸醚高效超塑化剂（PCE）结构特性启发，系统探究了羧酸根、磺酸根、膦酸根功能化的三种PCE添加剂对PEO电解质性能的调控效果。实验结果证实，膦酸根功能化的P-PCE添加剂优化效果最为突出。在无需添加液态增塑剂的前提下，改性PEO固态电解质30 ℃室温离子电导率提升至1.7×10−4 S cm−1，Li+迁移数提升至0.54。基于该电解质组装的Li||LiFePO4固态电池展现出优异的室温循环性能，30℃条件下0.5 C、1 C倍率初始放电容量分别可达140.6 mAh g−1、119.7 mAh g−1，性能显著优于传统PEO电解质体系。
研究团队通过多项表征测试与模拟，阐明了材料性能提升的多锂配位调控新机制。膦酸根基团具备双负电荷特性与高极化率，可构建强局域电场，有效促进锂盐充分解离，打破PEO链对Li+的强螯合束缚；同时，其自身不会成为新的Li+迁移束缚位点。这是因为该基团可作为多锂离子配位中心，单个基团可同时配位2–3个Li+，而配位Li+之间的静电排斥作用有助于形成动态亚稳溶剂化结构，从而显著加快Li+的位点交换与迁移。固态核磁共振测试结果印证了该机理，改性体系Li+配位环境更松散、离子交换动力学显著加快。
更重要的是，P-PCE添加剂可有效抑制PEO结晶，其多锂配位机制可诱导PEO分子链形成更舒展的构象，构建起包含醚氧、阴离子、膦酸根的多物种瞬态配位环境。分子动力学模拟表明，改性后体系Li+的配位构型由15种增至41种，成功构筑了高熵溶剂化微环境，大幅降低了Li+长程迁移能垒，为解决传统PEO电解质离子传输效率低的难题提供了有效途径。
该研究突破了传统多组分掺杂的高熵改性思路，创新性地利用多价阴离子与聚合物长链结构的协同耦合，在不引入液体增塑剂的前提下，兼顾锂盐解离与锂离子快速迁移，规避了传统改性手段易产生离子陷阱、界面不稳定等弊端。该方案简洁高效、成本可控，且适配产业化工艺，可为聚合物固态电解质的性能优化提供新的设计思路与理论支撑，为高性能室温固态锂电池的商业化应用开辟新路径，并进一步彰显我校在新能源储能材料领域的创新实力与科研竞争力。
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://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/epdf/10.1002/adma.75158
