華南理工大學教授黃飛團隊與天津大學教授許運華團隊等合作，在有機鋰電池領域取得重要突破。他們成功制備出高負載有機電極，并基于此研發出能量密度突破250 Wh/kg的有機軟包電池。2月18日，相關研究成果發表于《自然》。
這是黃飛團隊繼在導電高分子領域取得重大突破后，再次在《自然》上發表高水平研究成果。“我們研究制備出的電池，能量密度可與商業化磷酸鐵鋰電池相媲美，且具備在零下70℃至80℃超寬溫域內穩定工作的出色環境適應性，同時還擁有良好的柔性和本質安全性。”論文共同通訊作者黃飛對《中國科學報》表示。
高性能有機電極材料的設計策略。研究團隊供圖
在全球科技革命與能源結構轉型的雙重驅動下，鋰電池作為現代能源體系的核心部件，其戰略價值日益凸顯。面向國家“雙碳”戰略目標，開發兼具高安全、高比能、環境友好等特征的新型電池技術，已成為全球科研與產業界關注的焦點。
當前，商用鋰電池多采用鈷、鎳等無機礦物作為正極材料，面臨資源受限、安全性不足及柔性差等挑戰。相比之下，有機電極材料因來源廣泛、分子結構可設計、本征柔韌性好等優勢，被視為下一代綠色電池的理想候選。然而，其本征導電性差，導致高負載電極制備困難，長期制約其實際應用。
光電高分子材料融合了無機半導體的光電特性與有機高分子良好的加工性與柔韌性，已成為全球科技競爭的焦點領域之一。黃飛團隊長期深耕該領域，于2022年創新性地提出“氧化聚合-還原摻雜”耦合的新策略，成功制備出兼具超高導電率與優異空氣穩定性的n型導電高分子——聚（苯并二呋喃二酮）（PBFDO）（《自然》, 2022, 611, 271），實現了該領域的重大突破，并為導電高分子基電解電容器的國產化提供了關鍵技術支撐。
在國家自然科學基金等項目資助下，研究團隊在前期工作的基礎上，通過系統調控材料主鏈上電子載流子與鋰離子的耦合行為，成功開發出兼具高電子導電率、高比容量以及高鋰離子擴散系數的有機正極體系——PBFDO電極。該材料有效突破了傳統有機電極導電性差、難以實現高負載制備等關鍵技術瓶頸，展示了有機電極材料在實用化儲能系統中的巨大潛力，標志著有機電池技術從實驗室研究向產業化應用邁出了實質性一步。
基于此材料體系，研究團隊成功制備出安時級（Ah級）的有機軟包電池原型。該電池不僅在常溫下循環性能穩定，更展現出在極端溫度環境下的可靠工作能力，為下一代高性能、綠色可持續電池技術的發展開辟了新路徑。
據介紹，目前，團隊正加快推進有機鋰電池的實用化進程。n型導電高分子PBFDO材料已獲國家重點研發計劃顛覆性技術創新專項的支持，并得到江海電容器、新宙邦等產業資本的助推，已在聚镕光電（廣州）新材料科技有限公司落地轉化，面向全球超過100家科研院校及企業提供材料供應。
相關論文信息：https://doi.org/10.1038/s41586-026-10174-7
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