固态聚合物电解质因其低界面阻抗、出色的电极兼容性及优异的机械柔韧性，在实现高能量密度与高安全性锂金属电池方面备受关注。然而，其室温离子电导率低、Li⁺迁移数有限及机械强度不足等问题，长期制约着固态电池的实际应用与产业化进程。为应对这些挑战，研究者提出了多种解决方案。通过小分子交联聚合构建三维网络结构，已被证实能有效提升链段自由度，促进高效离子传输。此外，垂直取向的一维/二维功能性填料通过建立连续离子传输通道，能降低离子扩散阻力并增强聚合物基体机械强度。然而，受限于不同材料的特性差异，填料选择与结构构筑始终面临难以突破的技术瓶颈。
近日，西安交通大学化学学院高国新副教授团队成功攻克这一难题，提出“多层级孔道纳米芳纶支撑双交联聚合物网络”的创新策略。团队通过小分子单体共聚，构建出以短醚链为侧链的聚合物网络，从根本上打破了醚类聚合物在室温下易结晶的行业困境；同时，借助氢键自组装技术，打造出具有多层级孔道的芳纶纳米纤维气凝胶——该特殊结构不仅能有效锚定阴离子基团、抑制电池极化，还能为Li⁺开辟连续且快速的传输通道。两种聚合物网络通过三维互穿实现功能协同，最终研发出的固态电解质，室温离子电导率成功达到10⁻⁴ S cm⁻¹的关键技术指标。更值得关注的是，这种创新结构还促使锂金属与电解质界面形成 “富有机-富无机双层固态电解质界面膜（SEI膜）”，在提升界面兼容性的同时，实现了锂的均匀沉积与剥离，从根源上规避了锂枝晶生长带来的安全隐患。基于该电解质组装的全电池，在室温环境下成功实现超1000次充放电稳定循环，性能表现达到行业先进水平。此项技术突破不仅为固态聚合物电解质的结构设计与性能优化提供了全新思路，更将为我国高安全锂金属电池的产业化发展注入强劲动力，推动新能源储能领域技术革新。
目前，该研究成果以《具有多层阵列结构的芳纶纳米纤维气凝胶骨架增强固态锂金属电池的离子传输与界面稳定性》（Hierarchically Aligned Aramid Nanofiber Aerogel Framework Enhances Ionic Transport and Interfacial Stability of Solid-State Lithium-Metal Batteries）为题发表在《先进功能材料》（Advanced Functional Materials）上。西安交大博士生答欣宇为本文的第一作者，高国新副教授、郗凯教授及丁书江教授共同担任通讯作者。
该工作得到了国家自然科学基金、陕西省自然科学基金等项目的资助。研究的开展得到了西安交通大学国家储能技术产教融合创新平台的帮助。论文的表征分析得到了西安交通大学分析测试共享中心的支持。
全文链接：
https://doi.org/10.1002/adfm.202519246
来源：西安交通大学
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