在全球能源转型的浪潮下，锂电池作为现代社会的 “能量心脏”，其技术突破一直是科研界和产业界关注的焦点。近日，由天津大学许运华教授团队与华南理工大学黄飞教授团队等组成的科研合作组，在有机锂电池的实用化道路上迈出了关键一步 —— 他们的研究成果于 2026 年 2 月 18 日以 “Practical Lithium-Organic Batteries Enabled by an n-Type Conducting Polymer” 为题发表在国际顶级期刊《自然》上，成功突破了有机锂电池实用化的核心瓶颈。
一、能源转型下的电池难题
在全球科技革命与能源结构转型的双重驱动下，锂电池的战略价值持续凸显。面向 “双碳” 目标，储能行业向绿色、低碳方向转型的紧迫性日益提升，如何在保障高安全性与高比能特性的前提下，开发环境友好、可持续发展的新型电池技术，已成为全球学术界与产业界共同面临的核心课题。
目前，主流锂电池正极材料大多使用钴、镍等无机矿物，这类材料面临资源短缺、成本较高、安全隐患及柔性不足等多重挑战。相比之下，有机电极材料取材广泛，其分子结构可灵活设计且自身柔韧，被视为极具潜力的 “绿色电池新星”，有望重构电池产业格局。然而，这类材料一直难以兼顾高容量与大负载，导致制成的电池往往 “电量” 不足或充电缓慢，严重阻碍了其实用化进程。
二、突破瓶颈的关键材料
这支科研团队在新型 n 型导电聚合物材料聚（苯并二呋喃二酮）（PBFDO）基础上，系统调控了材料中电子与锂离子的 “协同传输” 效率，成功开发出首款兼具优异电子导电性、锂离子快速传输能力和高储能容量的有机正极材料。
这一突破性进展有效解决了传统有机电极材料中电子与离子传导滞后、面载量低的关键瓶颈。测试数据显示，PBFDO 电极的电导率超过 2000 S/cm，锂离子扩散系数高达 10^-8 cm²/s，可实现高达 206 mg/cm² 的电极质量负载和超过 42 mAh/cm² 的面容量。
三、材料的优异特性与测试表现
研究团队通过高分辨率透射电子显微镜及低温透射电子显微镜观察发现，PBFDO 材料具有清晰的晶格条纹，间距分别为 0.33 nm 和 1.03 nm，分别对应（010）晶面上的 π-π 堆叠距离以及（100）晶面上的层状堆积间距。规则排列的层状结构为锂离子传输提供了快速传输通道。
研究还发现，较高的电子掺杂率是维持电子离子快速传输的关键，且在不同工作电压下，PBFDO 的电子掺杂率始终处于较高水平，电子 - 离子传输速率也始终处于理想状态。这一特性保证了电池在高负载电极条件下仍能保持较高的电化学活性，这一规律也得到了理论计算模拟的验证。
PBFDO 电极即使在高负载条件下也未出现开裂或脱落现象，同时展现出稳定的充放电循环性能。得益于 PBFDO 卓越的电子 - 离子传导性能，电池的容量几乎不受电极负载量的影响。即使在高达 206 mg/cm² 的质量负载条件下，其比容量仍保持在 200 mAh/g 左右，且循环稳定性良好。更令人瞩目的是，在 20 mg/cm² 的高负载量下，该电池仍能在 - 70℃至 80℃的超宽温度范围内稳定工作。
图：PBFDO软包电池及电化学性能
四、实用化软包电池的诞生
基于这款新型正极材料，研究团队成功制备出首个安时级别的实用化有机软包电池。这款电池不仅能够在常温下稳定完成充放电循环，还表现出在极端环境下正常工作的潜力。
图：能量密度超过 255 Wh/kg 的柔性有机软包电池，可弯折，适用于柔性设备
测试显示，该软包电池的能量密度达到 255 Wh/kg，直接对标当前商业化磷酸铁锂基锂离子电池，标志着有机电池在实用化软包电池层面首次展现出真正的应用潜力。此外，该电池在 - 70℃至 80℃的极端温区内均能稳定工作，并通过了穿刺安全测试，表现出优异的热稳定性与安全性。
更值得一提的是，PBFDO 电极具备良好的柔韧性，组装成的软包电池在多次弯折后仍能保持正常工作，这为可穿戴电子设备等柔性应用提供了全新的可能性。
五、研究的意义与支持
综上所述，这支科研团队基于 n 型导电聚合物 PBFDO 开发出全球首个实用型有机电池，其高 n 型掺杂的聚合物骨架赋予了材料卓越的协同离子 - 电子传输特性。该材料实现了超高面积负载量和面容量，所制备的软包电池能量密度可与商用锂离子电池媲美，标志着有机电池首次展现实用化潜力。
该电池在宽温度范围内稳定工作，并通过安全性与弯折测试，展现出卓越的稳定性、安全性及柔性特征，在可穿戴设备、极地科考装备、航空航天器等特殊场景都具有广阔的应用潜力。这项研究为有机电池的实际应用奠定了坚实的理论与技术基础。
相关论文的 DOI 链接为：https://doi.org/10.1038/s41586-026-10174-7
