［本站讯］近日，化学与化工学院前沿化学研究院物质创制与能量转换科学研究中心李国兴教授团队在高性能二次电池方面取得系列进展。研究结果发表在国际学术期刊Angewandte Chemie International Edition（影响因子：16.9）、ACS Energy Letters（影响因子：18.2）、Advanced Functional Materials （影响因子：19）、Energy Storage Materials（影响因子：20.2）。
图1. TPEs的形成过程及其特性。
固态聚合物电解质虽具柔韧性与安全性，但其室温离子电导率和迁移数较低，限制了实际应用。近日，研究团队通过引入图灵结构，开发出一种新型可回收图灵结构聚合物电解质（TPE）。该结构通过溶剂蒸发与氢键协同作用，在反应-扩散不平衡条件下原位形成，为锂离子提供了快速传导通道与自富集区域，实现三维渗流传导，显著降低迁移能垒，从而提升离子电导率与迁移数。TPE在多种固态电池体系和宽温域下均表现出稳定循环性能，并兼具可回收、热稳定、柔韧、自愈合及阻燃等优点，保障了长期使用的安全性与可靠性。该研究证明了图灵结构在储能领域的普适性，为发展高安全、长寿命固态电池提供了新途径。成果以“Recyclable Turing-Structured Polymer Electrolytes for Sustainable Solid-State Batteries”为题发表于Angew. Chem. Int. Ed.。
图2. 基于阴离子-π相互作用构筑富含阴离子的IHP。
近期，研究团队还首次提出基于“阴离子-π作用”调控电极界面的策略，研究了阴离子-π相互作用对内赫姆霍兹层（IHP）、电解液的溶剂化结构及SEI膜的影响，在无负极锂金属电池中展现出较好的电化学性能。该研究提出基于阴离子-π作用的电极界面调控策略具有较好的普适性，在多种二次电池体系（快充电池、固态电池、Li/Na/Zn/Mg离子电池等）中均具有很好的应用潜力（Angew. Chem. Int. Ed.2025, 64, e202412955）。
图3. 新型添加剂诱导构筑分子/离子锚定电极界面。
此外，研究团队通过精准的分子/离子锚定策略，使用一种新型的电解液添加剂（2-(三氟甲氧基)苯硼酸，2-FMPBA），成功实现了稳定的4.8 V高电压快充锂金属电池。2-FMPBA添加剂可有现在正极分解，形成一种含LiF、LixPOyF和BxOy成分的保护性正极电解液界面（CEI）层，可有效抑制了过渡金属溶解和气体释放，从而在4.8 V高电压下实现了超稳定的三元NCM622基快充锂金属电池。这项工作充分彰显了简单电解液添加剂策略的巨大潜力，它可同时稳定锂金属负极、增强超高电压下正极的结构稳定性，并实现优异的快充性能。（ACS Energy Lett. 2025, 10, 779–787）。
图4. 自组装四锂羧基卟啉超分子负极。
研究团队还设计了一种自组装四锂羧基卟啉超分子负极(SA-TCPP-Li)，其通过π-π堆积与锂键协同作用构建出有序、可自扩张的离子通道，并诱发界面电动效应(表面电传导+电渗流)，显著提高了锂离子传输动力学。此外，其大量离域的π电子和有序的锂羧酸基团促进了阴离子分解，形成富含锂氟的固体电解质界面，同步降低体相与界面输运阻力，最终获得了兼具高容量、极速充电与长寿命的锂离子电池负极（Energy Storage Mater. 2025, 82, 104593）。
以上研究成果，山东大学均为第一完成单位，李国兴教授为通讯作者。李国兴教授长期从事高性能可充电电池、储能材料、石墨炔基材料的研究和开发。相关研究成果已发表在Nat. Energy,Nat. Commun.,Angew. Chem. Int. Ed.,Adv. Mater.,J. Am. Chem. Soc.,Adv. Energy Mater.,Adv. Funct. Mater.,ACS Nano,ACS Energy Lett.等国际学术期刊。研究成果得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金、山东省自然科学基金、山东省泰山学者计划、山东大学杰出中青年学者等多个项目的资助。
