固態電解質是推動高能量密度鋰金屬電池（LMBs）走向實際應用的核心材料之一。然而，傳統的無機陶瓷電解質脆性大、界面接觸差，而聚合物電解質則存在離子電導率低、枝晶抑制能力不足等問題。如何同時實現高離子電導率、優異機械性能與穩定的電極/電解質界面，一直是該領域的重大挑戰。
圖1 受輪胎啟發的PMEC電解質設計示意圖。圖片來源：Angewandte Chemie.
近日，中山大學材料科學與工程學院張鵬課題組從橡膠輪胎的耐久性和多級結構中獲得靈感，設計并制備了一種新型自適應固態彈性電解質（PMEC）。該電解質模仿輪胎“軟橡膠基質+液體增塑劑+剛性增強網格”的復合結構，通過將深共晶電解質（DEE）均勻嵌入化學交聯的聚合物網絡中，并引入聚乙烯（PE）多孔骨架增強，成功實現了高離子電導率（30°C下2.37 mS cm-1）、高鋰離子遷移數（0.64）、優異彈性（拉伸應變187%）和強界面粘附力（36.34 J m-2）的協同提升。基于PMEC組裝的對稱電池可穩定循環超過2000小時，與LiFePO4正極匹配的全電池在0.5C下循環800次后容量保持率超過88%，并在切割、彎曲等機械濫用下仍保持正常工作。
該工作以“Design and Preparation of Self‐Adaptive and Robust Solid‐State Elastomeric Electrolyte for Lithium Metal Battery Inspired by Rubber Tire”為題發表在《Angewandte Chemie International Edition》上（DOI: 10.1002/anie.202513167）。文章第一作者為中山大學博士后姚正銀，張鵬副教授為通訊作者。該研究得到了國家自然科學基金、國家重點研發計劃及廣東省自然科學基金等項目的支持。
圖2 PMEC基準固態鋰金屬軟包電池機械濫用測試及電池內在構效關系機制示意圖。圖片來源：Angewandte Chemie.
該工作是張鵬課題組在聚合物電池材料領域系統性研究的重要延續。2025年，課題組在《Chemical Engineering Journal》上報道了共聚物微相分離結構調控電子、離子雙連續網絡的作用機制（Chem. Eng. J., 2025, 506, 160290），在《Nano Research Energy》上提出了多孔骨架增強復合彈性體電解質的通用制備方法（Nano Res. Energy, 2025, DOI: 10.26599/NRE.2025.9120181），在《Chemical Science》上報道了彈性電解質中離子傳輸機制的調控策略（Chem. Sci., 2025, 16, 6812），并在《Chemical Engineering Journal》上深入揭示了負極材料內部的離子傳輸機制（Chem. Eng. J., 2025, 520, 165880）。這些前期工作為本次PMEC電解質的結構設計與性能優化提供了堅實的理論和實驗基礎。
原文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/epdf/10.1002/anie.202513167
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