Science子刊： 一種基于氫鍵凝膠聚合物電解質的鋰金屬電池

鋰金屬電池因其極高的理論比容量，被認為是突破現有電池能量密度瓶頸的關鍵技術之一。然而，傳統液態電解質在實際應用中面臨諸多挑戰，包括鋰金屬的高反應性導致界面副反應嚴重、鋰枝晶生長引發安全隱患，以及電解質在極端溫度下的性能衰退等問題。此外，現有電解質在可回收性和環境可持續性方面也存在顯著不足。凝膠聚合物電解質因其良好的界面穩定性和結構可調性，成為替代液態電解質的研究熱點。然而，現有體系難以同時兼顧機械強度、離子導電性和寬溫域適應性。為此，該項研究提出了一種基于動態氫鍵網絡的氟化聚氨酯凝膠聚合物電解質，旨在實現寬溫域穩定運行與可回收性的統一。

圖1 基于動態氟化聚氨酯網絡的凝膠聚合物電解質的設計理念與結構特征

上海交通大學梁正、岳昕陽團隊報道了一種基于動態氫鍵網絡的持久性氫鍵凝膠聚合物電解質，該電解質通過全氟支鏈與氟化聚氨酯骨架上的–NH–基團之間的連續氫鍵相互作用構建而成。該網絡結構兼具化學交聯網絡的高機械強度與物理交聯網絡的動態離子傳輸能力，離子電導率高達8.6 mS·cm?1。基于該電解質的鋰金屬軟包電池可在–60°C至100°C的寬溫域內穩定循環，并具備優異的可回收性，能夠實現鋰鹽和聚合物材料的再利用。該研究為下一代高性能、可持續鋰金屬電池的電解質設計提供了新思路。

圖2 FPU材料的結構與力學性能

該項研究通過構建基于氟化聚氨酯的動態氫鍵網絡，成功開發出一種兼具寬溫域適應性、高循環穩定性和可回收性的凝膠聚合物電解質。該電解質在–60°C至100°C范圍內展現出優異的電化學性能，顯著抑制鋰枝晶生長，提升鋰金屬負極的循環壽命（對稱電池超過6000小時，全電池超過2000圈）。其動態氫鍵網絡結構不僅增強了機械強度和界面穩定性，還賦予了材料良好的可回收性，能夠實現電解質材料的閉環再利用。該工作為下一代高性能、可持續鋰金屬電池的電解質設計提供了重要的理論基礎和工程實踐指導。

Zhangqin Shi et al., A persistent-range hydrogen-bonded gel polymer electrolyte enabling wide-temperature and recyclable lithium metal batteries. Sci. Adv.12, eadz1014(2026). DOI:10.1126/sciadv.adz1014

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