复合聚合物电解质（CPEs）综合了无机固态电解质和聚合物固态电解质的优势，是一类有广泛市场应用价值的固态电解质。因此，基于复合聚合物电解质（CPE）的锂金属电池已成为下一代电池最有前景的候选者。然而，复合相之间的内在不相容性严重损害了电解质性能。
在此，北京化工大学陈仕谋，悉尼科技大学汪国秀、Chen Yong等人提出了一种内置的单离子导体桥策略，通过将石榴石型氧化物相与PVDF基聚合物基质无缝连接，实现了优异的复合相容性和整体电解质中的高效Li⁺传输。
选择2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸（AMPS）分子，将石榴石快离子导体的惰性表面层原位转化为具有快速离子传输能力的单离子导电层，从而有效桥接多组分间的离子传输。
所得CPE在极端条件下（如4.5 V高电压、10.2 mg cm⁻²高负载和-30 °C低温）表现出卓越的长循环稳定性。具体而言，组装的Li||LiNi₀.₈Co₀.₁Mn₀.₁O₂（NCM811）软包电池在0.5 C倍率下可稳定循环1200次。此外，该策略也适用于固态钠金属电池，实现了2200次无衰减循环。
图1. 机制探究
总之，该工作将单离子导电聚合物桥集成到复合聚合物电解质（CPE）中，从而将无机填料相与有机聚合物基质无缝连接，建立了均匀的三相快速Li⁺传输路径。通过在传统石榴石型Li₆.₄La₃Zr₁.₄Ta₀.₆O₁₂和NASICON型Na₃Zr₂Si₂PO₁₂氧化物表面原位生成PAMPS-Li或PAMPS-Na，构建了单离子导电聚合物桥。
研究显示，CPE在室温下的离子电导率达5.20×10⁻⁴ S cm⁻¹，Li⁺迁移数为0.73。Li||PTCLA||Li对称电池在-30 °C下表现出近7000小时的稳定循环。此外，PTCLA与多种正极材料（LiFePO₄、LiCoO₂、LiNi₀.₈Co₀.₁Mn₀.₁O₂和LiNi₀.₉Co₀.₀₅Mn₀.₀₅O₂）均表现出优异的兼容性，可在极端条件（如4.5 V、-30 °C和10.2 mg cm⁻²高负载）下稳定运行。采用富镍LiNi₀.₉Co₀.₀₅Mn₀.₀₅O₂和薄锂负极（50 μm）的软包电池在0.5 C倍率下实现了超过1200次的稳定循环。
除此之外，Na||PTCM@Na||Na₃V₂(PO₄)₃电池实现了2200次超长循环，容量保持率接近100%。与Na₃V₂(PO₄)₂F₃正极搭配时，系统在高达4.3 V的电压下仍表现出优异的循环稳定性。因此，该工作为高性能、高安全性固态锂/钠金属电池的实际应用铺平了道路。
图2. 电池性能
Built-in Single-Ion-Conducting Polymer Bridges for Superior Ion Transport Enabling Long-Life and High-Voltage Lithium-Metal Batteries, Energy & Environmental Science 2025 DOI: 10.1039/d5ee01338k
陈仕谋，北京化工大学材料科学与工程学院教授，博士生导师。
主要从事锂离子电池、固态电池、钠离子电池、锌离子电池关键材料、储能器件及产业应用等方面的研究。在J. Am. Chem. Soc.; Angew. Chem. Int. Ed.; Adv. Mater.; Energy Environ. Sci.; ACS Nano; Adv. Funct. Mater.等杂志发表SCI论文160余篇，授权国家发明专利30余项。承担国家重点研发计划课题，国家自然科学基金委杰青、优青、面上、重大研究计划培育，中科院纳米先导专项课题，北京市科委重大项目、郑州市重大专项等10余项课题。曾获2014离子液体与绿色过程青年创新奖，2017年中科院百人计划终期考核优秀，2017年入选江苏省双创人才，2018年入选“智汇郑州”国家级领军人才，2019年获得国家自然科学基金委优青项目资助，2023年入选英国皇家化学会会士，2024年获得国家自然科学基金委杰青项目资助。
汪国秀教授：悉尼科技大学杰出教授，澳大利亚研究理事会Industry Laurate Fellow获得者，欧洲科学院院士，清洁能源中心主任，博士生导师。汪教授的研究方向囊括各类能源转化和储存方面的材料设计和系统优化，在Nature Energy, Nature Catalysis, Nature Communications, Science Advances, Nature Reviews Materials, Chemical Society Reviews, Chemical Reviews等知名期刊发表超过800篇文章，多年连续被选为全球高被引科学家，总引用次数超过80000余次，h-index 156。