在電動(dòng)汽車與便攜電子設(shè)備需求激增的背景下，全球科研團(tuán)隊(duì)正加速攻克高安全、高能量密度儲(chǔ)能技術(shù)的核心難題。中南大學(xué)段惠教授團(tuán)隊(duì)于2025年5月在材料學(xué)頂刊《Advanced Functional Materials》上發(fā)布了一項(xiàng)突破性研究，通過(guò)創(chuàng)新性設(shè)計(jì)高熵鋰離子配位環(huán)境，顯著提升聚合物固態(tài)電解質(zhì)的鋰離子傳輸效率，為下一代固態(tài)金屬鋰電池的商業(yè)化應(yīng)用掃除關(guān)鍵障礙。

傳統(tǒng)聚合物固態(tài)電解質(zhì)（SPE）因鋰離子遷移速率低、界面穩(wěn)定性差等問(wèn)題，長(zhǎng)期制約固態(tài)電池性能。段惠團(tuán)隊(duì)獨(dú)辟蹊徑，提出"高鋰離子配位熵"策略，通過(guò)引入四種功能互補(bǔ)的陰離子（TFSI?、FSI?、DFOB?、BF4?），重構(gòu)鋰離子的微觀配位環(huán)境。研究顯示，多元陰離子協(xié)同作用顯著降低了鋰離子與聚合物鏈（PDOL）的結(jié)合能，同時(shí)形成更豐富的配位結(jié)構(gòu)。分子動(dòng)力學(xué)模擬證實(shí)，高熵電解質(zhì)（HESPE）中鋰-聚合物鏈的結(jié)合能從單鹽體系的-2.003 eV降至-1.694 eV，促使鋰離子脫離聚合物束縛，遷移速率提升3倍以上。

實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)驗(yàn)證了理論突破：HESPE在25℃下實(shí)現(xiàn)0.238 mS/cm的離子電導(dǎo)率，較單鹽體系提升近4倍，鋰離子遷移數(shù)達(dá)0.707，活化能降低至0.296 eV。更引人注目的是，采用該電解質(zhì)的鋰金屬對(duì)稱電池在0.2 mA/cm²電流密度下穩(wěn)定循環(huán)1800小時(shí)，臨界電流密度突破1.6 mA/cm²，鋰沉積形貌掃描電鏡顯示，電極表面形成均勻致密的18.3 μm鋰層，較對(duì)照組厚度減少30%，有效抑制枝晶生長(zhǎng)。

研究團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步組裝了鋰金屬|(zhì)|磷酸鐵鋰全固態(tài)電池，在1.5C倍率下經(jīng)歷1000次循環(huán)后容量保持率高達(dá)89%，且全程未發(fā)生短路現(xiàn)象。拉曼光譜與核磁共振表征揭示，多元陰離子通過(guò)"空間位阻效應(yīng)"削弱鋰-聚合物相互作用，同時(shí)形成動(dòng)態(tài)離子通道網(wǎng)絡(luò)，這一機(jī)制被《Advanced Functional Materials》審稿人評(píng)價(jià)為"為固態(tài)電解質(zhì)設(shè)計(jì)提供了全新的熵工程范式"。

產(chǎn)業(yè)界專家指出，該技術(shù)突破三大產(chǎn)業(yè)化瓶頸：室溫工況可行性、界面穩(wěn)定性提升及成本控制潛力。段惠教授透露，團(tuán)隊(duì)已與多家動(dòng)力電池企業(yè)展開(kāi)合作，計(jì)劃2026年完成中試生產(chǎn)線建設(shè)。隨著高熵電解質(zhì)體系擴(kuò)展至鈉、鉀離子電池領(lǐng)域，這項(xiàng)研究或?qū)⒊蔀樾滦凸虘B(tài)電池研發(fā)的里程碑，助推儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)向更高安全、更高能量密度的方向跨越發(fā)展。