高压锂金属电池（HVLMBs）将工作电压高于4 V（vs Li/Li⁺）的新型正极材料与高容量锂金属负极相结合，为提升现有二次电池的能量密度和功率密度提供了一条现实路径。用聚合物电解质（PEs）取代传统液态电解质，还进一步赋予HVLMBs柔性、可加工性和更高的安全性。然而，这一方案受限于聚合物电解质的低离子电导率、高压稳定性不足以及与负极的界面相容性差等问题。

2025年11月20日，电子科技大学王丽平、华中科技大学张恒、天目湖先进储能技术研究院有限公司张凤蕊在国际知名期刊Advanced Functional Materials发表题为《Opportunities for Polymer Electrolytes in Sustaining High-Voltage Lithium Metal Batteries》的研究论文，Minkang Jiang为论文第一作者，王丽平、张恒、张凤蕊为论文共同通讯作者。

在这篇文章中，作者系统梳理了在HVLMBs中有效实施PEs的多维度策略，涵盖分子设计、材料制备、界面工程等各个环节，尤其关注电解质的制备工艺及其聚合机理。文章深入探讨了理论模拟、先进材料/界面工程与可扩展制造之间的协同路径，并重点介绍了在材料层面提升PE基HVLMBs机械完整性和阻燃性的创新方案。本文分享的思考与见解，有望弥合理论与实验研究之间的鸿沟，加速聚合物电解质高压锂金属电池在未来能源版图中的实用化与高性能化进程。

高压锂金属电池（HVLMBs）凭借锂金属负极高达3860 mAh g-1的理论比容量以及两极之间宽广的电化学势窗，被视为下一代高能量密度储能体系的理想候选，尤其在电动汽车、航空航天和便携式电子设备等应用中备受关注。然而，传统液态电解质与锂金属负极根本不相容——在负极侧诱发枝晶和副反应，在>4.0 V的高压正极侧则发生氧化分解——这些本征缺陷严重阻碍了该技术的实用化，促使研究重心战略性转向固态电解质。在众多固态方案中，聚合物电解质（PEs）因电化学窗口宽、安全性高、与现有液系电池产线兼容、原料供应链成熟且成本低等优势，成为突破当前HVLMB瓶颈最现实的路径之一。

尽管PEs具有成本低、加工简单、安全性高等鲜明优点，其室温离子电导率（<10-4 S cm-1）和机械强度不足等问题仍限制了高功率场景的应用。近年来，除传统的分子设计、无机填料掺杂、原位聚合等策略外，研究愈发转向功能导向的合成新路线：通过调控聚合物-Li+溶剂化环境优化离子传输；利用功能化复合材料构筑专一传导通道；或搭建动态网络赋予电解质自修复性能，从而提升耐久性与安全性。与此同时，PE材料的可持续性也日益受到关注。传统合成高度依赖石油基原料，为降低环境负荷并提高电池技术循环性，学界开始探索以纤维素、木质素、壳聚糖等可再生、可降解生物质为原料的绿色合成路线，尽管其离子传输与机械性能仍需进一步优化，且长期循环稳定性与高压适配性亟待提升。值得注意的是，PE体系虽可缓解液态电解质的安全隐患，却可能加剧电极/电解质界面接触问题，从而对界面工程提出更高要求。

该综述系统梳理了基于PEs的HVLMBs最新进展，涵盖分子设计、材料制备与界面工程等前沿成果：首先阐述PEs的典型制备路线及其聚合机理；随后简要总结PE基HVLMBs在高压稳定性、离子电导率、Li0负极相容性和安全性等方面面临的关键挑战；继而全面回顾应对这些挑战的多维度策略；最后展望高性能PE基HVLMBs的未来发展路径。

图1：PE 制备路线图。对比“先固化后组装”的ex situ溶液浇铸与“先浸润后固化”的in-situ隔膜辅助/电极固化两种工艺，指出后者可显著降低固-固界面阻抗，但需解决溢胶、均厚化等工程难题。

图2：三种原位聚合机理。分别示意阳离子开环（CROP）、自由基加成与亲核加成的引发-增长-终止过程，阐明CROP对醚类单体温和可控，自由基体系易实现光/热开关，亲核加成适合构建聚氨酯但需严格脱水。

图3：提升高压稳定性策略。从“降HOMO”与“隔接触”双路径出发，总结氟化、位阻、链延长、无机填料Lewis酸碱、双层电解质及人工CEI等7种方案，可将醚类PE抗氧化上限由4.2 V 提升至5.5 V。

图4：提高离子电导率途径。围绕“增自由Li+浓度”和“促链段运动”两大核心，列举极性基团、Lewis酸填料、降Tg增塑、破坏结晶共聚、取向氢键及活性无机双相通道等8种手段，实现室温电导率由0.2增至8.2×10-4 S cm-1。

图5：锂负极相容性方案。提出“均化离子流-提升模量-构建致密SEI”三管齐下，展示单离子导体、高模交联网络、LiF-rich双层界面及DMF分子捕获等实例，使临界电流密度提高至3.7 mA cm-2且枝晶被完全抑制。

图6：本征安全性提升。通过“增强机械-自修复-阻燃”三段式设计，演示高分子量、无机3D骨架、动态氢键/二硫键自愈合及含氟/含磷阻燃剂对热失控起始温度>135 °C、针刺温升<40 °C 的关键作用。

图7：Ah 级软包电池综合验证。以PMAm-SN凝胶PE为例，给出1 Ah与5 Ah软包电池能量密度456 Wh kg-1、100圈90%容量保持、ARC热失控起始135 °C、针刺表面仅37 °C的实测数据，并演示无人机飞行，证明实验室材料方案可直接驱动真实设备。

图8：未来六大研究方向。提出“分子内优化-复合协同-非对称结构-超薄化-生物离子通道-数字智造”分层路线图，强调机器学习力场、界面原位表征与Ah级多尺度安全标准对PE-HVLMB产业化的决定性作用。

综上，该梳理了聚合物电解质（PE）在高压锂金属电池（HVLMB）中的最新进展，从分子设计、制备工艺、界面工程到安全评估提出“刚柔并济”的多维策略，首次在Ah级软包电池中同时实现>450 Wh kg-1、百圈稳定循环并通过针刺/ARC 等严苛安全测试，为PE-HVLMB低空经济及车用场景的快速落地提供可扩展技术路线。

Opportunities for Polymer Electrolytes in Sustaining High-Voltage Lithium Metal Batteries. Adv. Funct. Mater.(2025). https://doi.org/10.1002/adfm.202523096

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