上海大学王竹仪、袁帅，ESM：多路径离子传输超薄聚合物电解质膜

第一作者：马晓凡

通讯作者：王竹仪*，袁帅*

单位：上海大学

锂金属电池因极高的理论能量密度被视为下一代储能体系的关键方向，但其实用化依赖于固态电解质的发展。其中，超薄电解质能直接减少电池非活性物质，显著提升能量密度，而聚合物体系因其柔性和成膜性更易实现20 μm以下的超薄化。然而，现有聚合物电解质普遍存在室温离子电导率低、锂离子迁移数有限的问题，尤其难以兼顾离子快速传输与稳固界面接触。因此，如何在超薄结构内实现分子水平的离子调控并构建耐久界面，成为推动高能量密度、长寿命固态锂金属电池发展的核心挑战，迫切需要一种能够从分子层面调控离子传输并构建坚固界面的整体性策略。

近日，上海大学袁帅/王竹仪课题组等人通过分子与界面协同工程，设计并制备出兼具超薄（19.4 μm）与高锂离子传导的“硼-氟协同”增强聚合物电解质（BFSPE）。在三维酯-醚共交联网络中，引入含硼单体（PAB）与富氟溶剂（FEC），构建了“弱溶剂化-载体扩散-阴离子锚定”相结合的多机制锂离子传输路径。FEC弱化配位促进锂离子迁移，其吸电子效应同时增强PAB中硼的路易斯酸性，实现对阴离子的强效锚定，从而将锂离子迁移数显著提升至0.70。该设计使电解质膜具备高离子电导率（2.42×10^-4S cm^-1）与低活化能（0.25 eV），并促进形成富LiF的稳定固态电解质界面（SEI），锂对称电池实现了超过5000小时的稳定循环。基于此构建的全电池，在与改性LiFePO₄正极匹配时，展现出优秀的循环稳定性（500次循环容量保持率近100%）和倍率性能，并能在低温（-20°C）及机械滥用等苛刻条件下仍保持稳定运行。

提出“硼-氟协同”分子设计理念，通过将丙烯基硼酸频哪醇酯（PAB）与氟代碳酸乙烯酯（FEC）同步引入聚合物骨架，紫外固化制得19.4 μm超薄固态电解质。研究表明，该设计通过“弱配位释放Li⁺”与“路易斯酸锚定TFSI-”的协同作用，实现Li⁺迁移数0.70、室温电导率2.42×10^-4S cm^-1等性能突破。基于该电解质的对称电池在0.1 mA cm^-2下稳定循环超过5000小时，性能优于同类聚合物体系。

采用硅烷偶联剂原位共聚策略，在正极表面构筑约5 nm化学包覆层，显著降低界面阻抗与CEI厚度。该策略适用于高负载LFP及高镍NCM811正极，助力电池在-20 °C稳定循环，且柔性软包电池经折叠、切割后仍安全运行，为固态电池柔性化提供了新思路。

Boron-Fluorine Synergy for Multi-Pathway Ion Transport in Ultrathin Polymer Electrolyte towards Durable Lithium Metal Batteries.  Energy Storage Materials.2025, 104775.

王竹仪博士，上海大学副研究员、博士生导师，近年来主要围绕固态电解质、隔膜及电极等锂离子电池关键材料开展研究，在多功能复合薄膜制备、微/纳材料结构与性能表征、电池组装与性能分析，以及通过实验方法和理论计算研究电池内部界面结构与锂离子传输动力学方面积累了丰富经验。作为项目负责人，已完成两项国家自然科学基金项目、一项上海市自然科学基金项目及多项产学研合作项目；同时作为核心成员参与了多项国家自然科学基金及上海市科委重点支撑项目。研究成果发表在Advanced Energy Materials、Advanced Functional Materials、Advanced Science和Energy Storage Materials等国际知名期刊上，共发表SCI收录论文70余篇，被引次数超过5500次，H-index 33。其中，两篇入选ESI高被引论文，一篇入选ESI热点论文，拥有4项WO国际专利和18项授权中国发明专利。

袁帅上海大学纳米科学与技术研究中心/材料复合及先进分散技术教育部工程研究中心研究员、博士生导师，担任理学院副院长、材料复合及先进分散技术教育部工程研究中心副主任等职务。在Angewandte Chemie International Edition, Advanced Energy Materials, ACS Nano, Nano Energy, Advanced Functional Materials, Journal of Energy Chemistry, Advanced Science, Energy Storage Materials, Applied Catalysis B:Environment 等期刊发表SCI论文160余篇，被引7500余次，H-index 54。为两部英文专著撰写章节。申请发明专利110余项，获得WO国际专利4项，及50余项中国授权专利。获省部级奖励1项。担任中国颗粒学会青年理事、上海颗粒学会秘书长、Research on Chemical Intermediates期刊编委等学术职务等。

课题组网站链接：https://www.x-mol.com/groups/necd