▲第一作者：汪鸿遥
通讯作者：郑云，颜蔚，张久俊
通讯单位：福州大学
论文DOI：10.1002/adma.202510197
固态锂金属电池因其超高能量密度和本质安全性的优势，已成为储能领域的研究前沿（Yun Zheng*, et al., Adv. Funct. Mater., 2025, e11011.; Yun Zheng*, et al., Adv. Mater. 2024, 36, 2314120, ESI 1%, 高被引论文; Yun Zheng*, et al., Adv. Funct. Mater., 2024, 34, 2404427）。在众多研究中，聚醚类电解质（PEs）因其优异的锂盐解离能力和与锂金属的良好界面兼容性，受到了广泛关注（Yun Zheng*, et al., Angew. Chem. Int. Ed.,2025, e202508857; Yun Zheng*, et al., Angew. Chem. Int. Ed., 2025, e202502728）。然而，传统PEs的关键瓶颈在于其固有的低锂离子（Li+）电导率，这主要受限于以下两个关键因素：（1）Li+与阴离子的强结合作用，显著降低自由Li+浓度；（2）Li+与聚合物链中醚氧基团（EO）的强配位作用，阻碍Li+的高效迁移。
近日，福州大学郑云教授、张久俊院士团队提出“微环境调控”策略，通过在PEs中引入弱路易斯酸性的锗离子（Ge4+）位点，成功构建了高性能微环境调控聚醚类聚合物电解质。该策略利用Ge4+的双重作用：（1）通过对EO的吸电子效应，削弱Li⁺−聚合物相互作用；（2）锚定阴离子（TFSI⁻）以释放更多游离Li+。此外，Ge4+基材料（Li10GeP2S12）的自身离子通道额外提供了Li+传输路径。对应锂金属电池表现出优异的快充性能和长循环稳定性。具体看来，所装配的Li||Li对称电池展现出超过2000小时的超长稳定循环；Li||LiFePO4全电池在5C高倍率下循环2190次后仍保持92.1%的容量与近100%的库伦效率。这项工作通过微环境调控机制为高性能锂金属电池的聚合物电解质设计开辟了新的思路与方向。
（1）新型“微环境调控”电解质设计：作者提出了一种区别于传统聚合物结构改性的新型策略——通过在聚醚电解质中引入Ge4+位点，调控聚合物主链周围的局部微环境。该方法不依赖复杂的聚合物分子结构设计，具备工艺简便、适应性强等优势，为突破固态聚合物电解质中Li⁺迁移能垒问题提供了新的解决路径。
（2）新型Li+传输机制的协同增强效应：通过结合多种表征技术与密度泛函理论（DFT）模拟计算等研究手段，系统揭示了微环境调控的提升三重协同机制：一方面，它削弱Li⁺与醚氧之间的配位作用，降低迁移势垒；另一方面，锚定TFSI⁻阴离子，提高自由Li⁺浓度；此外，引入Ge4+基材料的自身离子通道，为Li+迁移提供额外路径。这一协同机制不仅提升了聚合物体系在室温下的离子导电率（1.83 mS cm−1）与高Li+迁移数（0.8），同时实现了对界面稳定性和电池长期循环性能的有效优化。
（3）长寿命、高倍率固态电池性能：所开发的微环境调控聚醚电解质（MPPE）在Li||Li对称电池中展现出超过2000小时的稳定循环；在Li||LiFePO4全电池中，5C高倍率下循环2190次后仍保持92.1%的容量与近100%的库伦效率。该成果验证了“微环境调控”策略在实现聚合物电解质快离子传输与界面稳定性方面的显著效果，为高能量密度、高倍率且长寿命的固态锂金属电池发展提供了新方向。
图1. “微环境调控”策略的设计原则和锂离子传输机制
作者巧妙引入具有弱路易斯酸性的Ge4+位点，以调控PDOL（聚1,3-二氧戊环）主链周围的局部微环境。具体而言，Ge4+一方面通过吸电子作用削弱Li⁺与EO之间的配位，另一方面可锚定TFSI⁻阴离子，释放更多游离Li⁺；同时，其自身离子通道为Li⁺迁移提供额外路径。上述三重协同效应显著提升了聚醚电解质中的Li+导电性，最终实现了兼具长寿命与高倍率性能的固态锂金属电池。
图2. “微环境调控”的聚醚类电解质化学环境表征和模拟
作者通过表面静电势模拟表明，在PDOL基电解质中引入Ge4+基材料可有效削弱EO的电子云密度。进一步结合傅里叶变换红外光谱（FT-IR）、拉曼光谱（Raman）及同步辐射技术对MPPE进行深入表征，证实了Ge4+与PDOL中EO之间存在吸电子效应。具体而言，Ge4+位点一方面削弱了Li⁺与醚氧之间的强配位，另一方面与EO形成了弱配位结构，从而实现对局部微环境的有效调控。该研究从分子模拟与实验表征两方面，为“微环境调控”策略提供了坚实的理论与实验证据。
图3. “微环境调控”策略的MPPE的基本电化学性能以及理论计算
作者进一步对MPPE进行了基本的电化学性能测试。拉曼结果表明，“微环境调控”策略设计弱路易
