美国哥伦比亚工程学院的研究团队近日开发出一种新型凝胶电解质，该材料能够延长无阳极锂电池的使用寿命并提升其安全性。无阳极锂电池是一种新兴的电池构型，有望显著提高能量密度并简化制造流程。尽管这种设计具有高能量密度和低成本潜力，但由于锂沉积不稳定以及电极-电解质界面发生的副反应，该技术长期以来存在寿命较短和安全风险等问题。

由哥伦比亚工程学院应用物理与应用数学系副教授杨远领导的研究团队，通过重新设计聚合物电解质在纳米尺度上与锂离子的相互作用，解决了上述挑战。相关研究成果已发表于《焦耳》杂志。

研究人员设计了一种包含"疏盐型"聚合物网络的凝胶电解质。这种结构通过选择性排斥锂盐同时吸引溶剂分子，克服了此前面临的难题。这种独特的化学对比使得电解质在纳米尺度上自发形成不同局部成分的区域，有利于在锂表面形成有效的保护层。

"在这些受限区域内，锂离子被迫与阴离子形成更强的配位，而不是与溶剂分子配位，"杨远表示。"这种富含阴离子的溶剂化环境从根本上改变了固态电解质界面膜的形成方式。"

此前解决该问题的尝试多使用大量氟化电解质，而新方法将电解质直接整合到聚合物骨架中，使研究团队能够开发出体积更小、成本更低、效率更高的电池。

先进光谱学、低温电子显微镜和分子模拟显示，这种"疏盐型"网络促进了薄且富含无机组分的界面膜形成。该界面膜使锂沉积更平滑、更致密，并抑制了无阳极电池中通常会消耗活性锂的副反应。

因此，采用新型凝胶电解质的无阳极软包电池，在高面容量、贫电解液和低外部压力等接近实际电动汽车电池要求的严苛条件下，经过数百次循环后仍能保持超过80%的容量。

除延长电池寿命外，该凝胶电解质还提升了热稳定性。在滥用测试中，配备新型电解质的多层无阳极软包电池在遭受强力钻探后未发生热失控，而使用传统液态电解液的对比电池则出现起火或爆炸。

"这些结果表明，聚合物化学可以成为调控溶剂化结构和界面稳定性的一个有效且尚未被充分探索的手段，"该研究的第一作者、杨远团队博士后研究员丛升聿表示。

杨远说："通过将安全性和耐用性直接嵌入电解质架构中，我们可以推动无阳极锂电池向实际应用更近一步。"

这项研究提出了一种凝胶电解质的新设计原则，即利用聚合物骨架化学特性在纳米尺度上构建溶剂化环境，而非依赖极端的电解液配方。研究人员认为，该策略可拓展至锂以外的其他碱金属电池，为开发更安全、高能量密度的储能技术开辟新路径。

出版详情：作者：Sadie Harley等，标题：《具有寄生疏盐网络的凝胶电解质使无负极锂电池具有长循环寿命和增强的热稳定性》，发表于：《焦耳》(2026)，期刊信息：《焦耳》