大连理工大学胡方圆教授Angew：基于动态迁移策略开发低温锂硫电池用聚合物电解质

动态共价键高分子材料具有可逆键合与自适应拓扑重构的特性，为新一代智能材料设计开辟了新思路，其中硼酸酯类动态聚合物因其具有温和的酯交换活性、精准的分子响应特性，在柔性电子器件和能源存储领域展现出独特优势。然而，传统聚合物电解质在离子输运过程中，常受限于静态的溶剂化网络结构——强极性配位基团虽然有利于锂盐解离，却导致锂离子脱溶剂化能垒增高。以典型聚醚型电解质为例，其刚性的氧配位环境虽能促进离子快速传导，但在电极界面处的强配位作用反而阻碍了电荷转移动力学，该结构-性能的矛盾制约了聚合物电解质实际应用。

近日，大连理工大学胡方圆教授在国际知名期刊

Angewandte Chemie International Edition上发表题为“ Dynamic Migration-Pulling Polymer Electrolyte Design Strategy for Low-Temperature Lithium-Sulfur Batteries ”的研究文章。该文章提出了动态迁移 - 拖曳聚合物电解质（ BE-GPE ），通过硼酸酯动态共价键和极性侧链理性设计，动态重构锂离子溶剂化结构以降低去溶剂化能垒，加速多硫化物转化动力学过程。大连理工大学胡方圆教授为通讯作者，大连理工大学研究生宋文凯为第一作者，论文第一单位为大连理工大学

具体而言，通过硫醇-烯点击反应构建了动态交联网络，在聚醚主链中引入含氰基侧链的硼酸酯动态单元形成梯度极性结构（示意图）。这种硼酸酯键在电池充放电过程中发生可逆酯交换反应，通过动态网络的拓扑重构优化Li+溶剂化结构。在离子传输过程中，氰基侧链的强配位作用与硼酸酯的动态迁移协同调控Li+溶剂化结构——初始阶段氰基基团参与形成紧凑的配位壳层结构，随动态键迁移逐渐脱离溶剂化结构，进而降低了脱溶剂化能垒。

示意图：不同电解质的结构对比

图1为动态硼酸酯键凝胶电解质（BE-GPE）的分子设计与电化学性能图。通过傅里叶红外光谱验证了动态键与聚合物骨架的共价交联。变温红外显示B-O键（1310-1350 cm-1）可逆断裂，赋予材料动态自适应性。此外，由于硼原子空p轨道对阴离子的锚定作用（图1i），BE-GPE的锂离子迁移数高达0.85（液态电解质仅0.38）。动态侧链通过迁移重构Li+溶剂化结构，拉曼光谱显示其游离TFSI−占比显著提升。此外，BE-GPE离子电导率为1.95 mS/cm，活化能（0.11 eV）较静态聚合物体系降低35%，利于改善电池低温性能。

图1：含有动态侧链的凝胶聚合物电解质(BE-GPE) 的结构和电化学性能

图2揭示了BE-GPE在锂硫电池中的快速氧化还原动力学优势。循环伏安测试显示，BE-GPE的氧化峰电流密度明显高于液态电解质。在Li2S沉积实验中，BE-GPE的Li2S成核容量达453 mAh/g，是液态体系的2.1倍，体现其具有高效的界面电荷传输能力。阻抗分析进一步揭示BE-GPE的界面电荷转移电阻（Rct）始终低于5 Ω，而液态电解质的Rct在放电过程中因多硫化物积累激增。分布弛豫时间（DRT）分析显示，BE-GPE的电荷转移阻抗明显降低，表明动态侧链的迁移利于优化电极/电解质界面的离子传输路径。

图2：基于BE-GPE的锂硫电池氧化还原动力学研究

图3揭示了BE-GPE对锂金属负极稳定性的调控机制。在对称电池测试中，基于BE-GPE的Li