金属电池循环突破,南京邮电大学赖文勇教授通过无氟溶剂+无氟锂盐(LiBOB),实现电池500次循环几乎零衰减,容量保持率达99.7%
锂金属电池的高理论能量密度，被公认为下一代储能技术的核心方向。但搭配传统电解液含氟污染、易燃易泄漏、锂枝晶生长、离子传输效率低四大难题，始终卡在商业化的关键路口。近期，南京邮电大学赖文勇教授及其团队发表国际材料领域顶级期刊《Advanced Materials》的一项成果。他们提出溶剂-聚合物弹性桥接策略，成功研发出无氟、高安全、单离子传导的新型凝胶聚合物电解质，为高性能、锂金属电池提供了从分子设计到器件应用的完整解决方案。一、传统锂电池电解液、难题
目前商用锂电池电解液几乎离不开含氟锂盐（如 LiPF₆）与氟代稀释剂，这类体系虽能满足基本电化学需求，却暗藏多重隐患：环境危害：氟化物难以降解，生产与回收过程会造成严重污染，不符合绿色储能趋势；安全风险：液态电解液易燃、易泄漏，在高温、穿刺等极端条件下易引发热失控；界面不稳定：易在锂负极表面形成不均匀固体电解质界面（SEI），诱发锂枝晶生长，导致电池短路、寿命骤减；离子传输短板：常规电解液锂离子迁移数仅约 0.5，阴离子自由迁移会加剧浓差极化，限制快充与长循环性能。
为解决这些问题，大家曾尝试局部高浓度电解液（LHCE）、凝胶聚合物电解质（GPE）等方向，但无氟 LHCE 研发极少、无氟体系锂盐溶解性差、溶剂与聚合物相互作用难以调控等问题，始终没有得到根本解决。二、弹性桥接+无氟双体系设计
这项研究首创溶剂 - 聚合物弹性桥接架构，将无氟局部高浓电解液与两性离子聚氨酯巧妙结合，实现 “机械性能 + 电化学性能” 双优。1. 无氟局部高浓电解液
研究团队摒弃所有含氟组分，选用LiBOB（二草酸硼酸锂）作为唯一无氟锂盐，搭配双溶剂协同体系：四乙二醇二甲醚（T）：强配位溶剂，负责高效结合 Li⁺，提升离子解离效率；γ- 戊内酯（V）：弱配位稀释剂，优化溶剂化结构，降低体系粘度。
两种溶剂强弱配位互补，完美解决了无氟锂盐在有机溶剂中溶解性差的问题，构建出稳定透明的无氟局部高浓电解液，从源头实现绿色环保。2. 弹性桥接载体
团队自主合成两性离子聚氨酯（TPU）作为聚合物基体，通过刚柔分子链设计+氢键 / 离子 - 偶极作用，实现三大核心功能：弹性封装：将液态无氟电解液牢牢锁在聚合物网络中，彻底消除漏液、易燃风险；离子通道：形成两性离子纳米通道，定向快速传输 Li⁺，大幅提升离子迁移效率；动态自修复：依靠可逆氢键与离子作用，让电解质在室温下 5 小时即可自动修复损伤，提升电池耐用性。
3. 弹性桥接机制
聚氨酯与溶剂分子形成氢键，弱化 Li⁺- 溶剂过度配位，促进 Li⁺脱溶剂化；离子 - 偶极作用引导阴离子主导的溶剂化结构形成，固定阴离子、释放自由 Li⁺；聚合物主链弱相互作用与刚柔协同，同步提升机械强度与离子传导能力。
这种设计从根源上实现了单离子传导，让锂离子迁移数达到惊人的 0.95，远超市面电解液与传统无氟体系。三、性能全面突破
这款无氟弹性桥接电解质，在多项关键指标上实现领先，完美兼顾安全性、机械性与电化学性能。1. 极致电化学性能
锂离子迁移数：0.95：接近理想单离子导体，远超商用电解液（≈0.5）与基础无氟体系（≈0.41）；室温离子电导率：1.3 mS cm⁻¹：满足大功率、快充场景需求；电化学窗口：＞4.8 V：适配 NCM622 等高压正极，拓展电池能量密度；活化能低至 1.33 kJ mol⁻¹：离子传输势垒极低，低温性能同样优异。
2. 超强机械与功能特性
力学性能：断裂强度 1.1 MPa，应变高达≈900%，兼具高强度与高弹性；自修复能力：室温下 5 小时完成断裂自愈，网络结构可逆重构；界面粘附：与 PET 基底粘附强度达 2.7 MPa，与金属电极结合力超 6 N，适配柔性器件。
3. 电池长循环稳定
研究团队将电解质组装成多种电池，验证实际应用潜力：Li||Li 对称电池：稳定锂沉积 / 剥离 1000 小时，无锂枝晶生成，界面保持平整；Li||LFP 全电池：0.5C 循环 500 圈，容量保持率 99.7%，库仑效率 99.9%，倍率性能优于商用电解液；Li||NCM622 高载量电池（10 mg cm⁻²）：200 圈平均面容量 1.6 mAh cm⁻²，库仑效率 99.4%；软包电池：容量达 1600 mAh，弯曲状态下仍可稳定供电，适配柔性电子。
更重要的是，电解质在负极表面诱导生成富硼化物无机 SEI 层，含 LiBₓOᵧ、Li₃N 等稳定组分，从界面层面彻底抑制枝晶，保障电池长期安全运行。文献信息：
Title: Elastic Bridging Design of a Fluorine-Free Electrolyte Enables High-Performance Lithium BatteriesAuthor: Shi Wang, Wenqing Sun,Wen-Yong Lai*, .et al.DOI: 10.1002/adma.72977
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