《Adv. Mater.》：快离子导体多尺度纳米限域突破全固态聚合物钠电池离子传输瓶颈

Fast-ion-conductor multiscale nanoconfinement overcomes ion-transport limitations in all-solid-state sodium batteries

Junhong Guo, Suli Chen*, Fan Feng, Rui Wang, Feili Lai, Zifeng Ma, Johan Hofkens, Tianxi Liu*

Adv. Mater. 2026, DOI: 10.1002/adma.202518830

全固态钠金属电池因其高能量密度与本质安全特性，成为下一代储能体系的重要发展方向。其中，基于聚氧化乙烯（PEO）的聚合物电解质因其良好的界面接触与加工性能备受关注。然而，PEO基质固有的半结晶性限制了聚合物链段运动，且其丰富的醚氧基团与Na⁺之间存在强配位作用，共同导致离子电导率低下、钠离子迁移数偏低，严重制约了ASSMBs的倍率性能与循环稳定性。为克服上述瓶颈，在聚合物基体中引入功能化纳米填料构建复合聚合物电解质（CPEs）成为一种行之有效的策略。其中，具有规则孔道和结构可调性的有机框架材料（如MOFs、COFs等），可通过其有序纳米通道调控离子迁移行为、促进盐解离、优化阳离子配位环境，从而有望建立高效离子传输路径。然而，传统有机框架填料在CPEs体系中仍面临关键挑战：一是在聚合物基体中易发生团聚，导致离子传导通路不连续；二是其孔径通常小于5 nm，与高分子量（> 2×10⁵ g/mol）聚合物链的尺寸不匹配，高黏度聚合物难以充分浸润孔道，致使大量纳米孔道未被有效利用，局部离子传输动力学迟缓；三是现有提升离子电导率的方法（如孔道内灌注离子液体或原位聚合）往往伴随力学性能劣化、界面不稳定等问题，难以在保证高离子导率的同时维持体系的机械与电化学稳定性。因此，如何在不牺牲电解质结构完整性与界面稳定性的前提下，在CPEs内部构建连续、高通量且稳定的离子传输通道，成为推动全固态聚合物钠金属电池发展的关键。

针对上述挑战，江南大学刘天西教授与陈苏莉副教授团队创新性地提出了“快离子导体多尺度纳米限域”策略，通过精准调控离子传输的微观路径与配位环境，有效改善了CPEs中局部离子传输动力学迟缓这一关键瓶颈。具体而言，本工作首先通过极性纤维介导溶剂热自组装方法，首次合成了具有一维中空结构及内部微/介孔多级孔道的含硼共价有机框架（BCOF）纳米管，为离子跨尺度传输提供了连续路径。在此基础上，提出了将尺寸匹配的聚乙二醇（PEG）短链作为快离子导体，通过路易斯酸碱相互作用精准限域于BCOF纳米管孔道内的新方法，成功构建了BCOF@PEG复合结构。该设计巧妙融合了限域PEG的高通量Na⁺传输能力、BCOF硼位点对阴离子的锚定作用以及对Na⁺-醚氧配位强度的削弱，协同攻克了离子电导率低、迁移数小及界面稳定性差等多重瓶颈。基于此策略制备的复合聚合物电解质（BP-CPE）其离子电导率在60°C和30°C下分别高达1.99 mS cm⁻¹和0.35 mS cm⁻¹，Na⁺迁移数提升至0.89，电化学稳定窗口拓宽至5.2 V。使用该电解质组装的Na/Na对称电池在0.1 mA cm⁻²下可稳定循环超过3200小时；匹配Na₃V₂(PO₄)₃正极的全固态钠金属电池在60°C、1C倍率下循环1200次后容量保持率达85.4%，在30°C近室温条件下，软包电池经过800次循环仍能保持90.7%的容量，展现出可观的实用化前景。

本文第一作者为江南大学化学与材料工程学院2023级博士生郭峻宏，通讯作者为江南大学刘天西教授、陈苏莉副教授。

论文连接：https://doi.org/10.1002/adma.202518830