来源：“高分子科技”公众号
电动汽车碰撞引发锂电池隔膜破损、电解液泄漏、热失控起火爆炸，是动力电池安全领域亟待攻克的核心难题。剪切增稠流体（STF）可在外力冲击下瞬时硬化、卸力后恢复流动，被视作电池智能防护电解液理想体系；但传统纳米填料会大幅阻碍锂离子迁移，形成抗冲击性与离子电导率无法兼顾的固有矛盾。
近日，中国科学技术大学龚兴龙教授、邓华夏教授团队与合肥大学梁鑫教授以及上海理工大学窦世学教授、刘化鹍教授合作开发一种锂磺酸基功能化介孔二氧化硅（M-SiO2-SO3Li）填料，一步破解剪切增稠电解液（STE）性能制衡瓶颈。填料同时赋予电解液剪切增稠防护能力与高离子传导效率，组装软包电池可承受重物冲击不短路、循环稳定性大幅超越传统电解液体系，为高安全抗碰撞液态锂电池电解液设计提供全新界面改性策略。
2026年7月10日，相关论文以“Impact-Tolerant Batteries Enabled by High-Conductivity Shear Thickening Electrolytes”为题，发表在Small上。论文第一作者为中国科学技术大学工程科学学院博士生刘泉，通讯作者为龚兴龙教授、邓华夏教授和刘冰特任副研究员。该工作得到国家自然科学基金和中央高校基本科研业务费的资助与支持。
采用模板法制备介孔二氧化硅，通过表面接枝3-巯丙基三甲氧基硅烷并经LiOH中和，成功制备了锂磺酸基功能化的介孔二氧化硅（M-SiO2-SO3Li）。TEM图像显示2~3 nm的规整介孔，BET比表面积显著高于实心SiO2。元素面扫描和XPS证实-SO3Li均匀分布，FTIR中1190 cm-1的-SO3特征峰确认化学修饰成功。性能对比雷达图显示，本工作在高离子电导率、长循环稳定性和抗冲击能力方面均优于此前报道的STE体系。
图1
流变和电化学测试共同验证15 wt.%填料为最优添加比例。流变曲线表明，当填料含量达到15 wt.%后，体系在高剪切速率下呈现剪切增稠特征。电化学阻抗谱显示，M-SiO2-SO3Li/STE的电荷转移电阻低于传统SiO2/STE和传统电解液，说明介孔和-SO3Li有利于锂离子迁移。离子电导率随填料含量呈先升后降趋势，15 wt.%时最优。落锤冲击实验显示改性电解液能削弱峰值冲击力、延长缓冲时间，表明体系能有效耗散冲击能量，降低隔膜受损风险。
图2
结合Zeta电位、光谱表征与分子动力学、DFT理论计算解析离子传导提升机制。-SO3Li修饰使颗粒表面负电荷增强，进一步屏蔽阴离子迁移并促进Li⁺迁移。光谱分析显示-SO3Li修饰弱化Li+与PF6-和碳酸酯溶剂配位，大幅提升锂盐解离度。分子动力学模拟显示，加入实心SiO2后每个Li-F配位数增加，而引入-SO3Li后配位数显著下降。DFT计算结合能表明，M-SiO2-SO3Li对PF6-的吸附能（-6.24 eV）强于SiO2（-5.15 eV），对Li+的吸附能（-3.12 eV）弱于SiO2（-4.40 eV）。总之，改性体系中Li+与阴离子和溶剂分子缔合程度显著降低，介孔孔道与表面磺酸基团协同构筑快速锂离子传输通道，从分子层面解释电导提升根源。
图3
电化学测试证明改性电解液具备更宽电化学稳定窗口与优异电池循环、倍率性能。线性扫描伏安显示M-SiO2-SO3Li/STE的电化学窗口拓宽至4.90 V，优于传统电解液（4.05 V）和SiO2/STE（3.90 V）。循环伏安曲线高度重叠，表明电极反应可逆性好。倍率性能测试中，改性电解液在各倍率下的放电容量均高于对照体系。在0.5 C下循环500次后，容量保持率为97.0%，平均库仑效率99.9%，而传统电解液和SiO2/STE分别仅为76.2%和59.8%。LFP||Gr软包全电池（负载量11.25 mg cm-2）在0.5 C下循环200次后容量保持率为83.8%，并能正常点亮LED灯，展示出实际应用潜力。
图4
软包电池落锤冲击实验直观体现改性电解液的安全防护优势。采用0.339 kg锤头从不同高度释放，实时监测开路电压（OCV）。低能量冲击下两组电池均稳定运行，2.37 J 冲击时传统电解液电池电压大幅降低，3.05 J冲击直接造成不可逆内短路；搭载M-SiO2-SO3Li/STE的软包电池冲击后电压可快速恢复，冲击前后循环曲线无明显衰减。这一结果直接证实剪切增稠效应在机械冲击下有效阻止了隔膜破裂造成的正负极直接接触，为锂电池提供了可逆的主动安全防护。
图5
总体而言，该工作设计锂磺酸基功能化介孔二氧化硅（M-SiO2-SO3Li）填料，解决剪切增稠电解液导电性与抗冲击不可兼得的难题。填料介孔通道与磺酸基团协同促进锂盐解离、加快锂离子传输，电解液电导率优于传统电解液，电化学稳定性与电池循环性能显著提升。冲击测试表明装配该电解液的软包电池可抵御落锤冲击、避免内短路，兼顾电化学性能与碰撞防护，为高安全动力电池电解液提供全新设计思路。
原文链接：Quan Liu, Bing Liu, Kang Wang, Yuan Yuan, Yuxin Xia, Xin Liang, Huakun Liu, Shixue Dou, Xiang Li, Huaxia Deng, Xinglong Gong. Impact-tolerant batteries enabled by high-conductivity shear thickening electrolytes. Small (2026): e74488.
https://doi.org/10.1002/smll.74488