有机材料凭借其多样化和可设计性的分子结构，在实现高电化学活性和柔性等功能方面具有独特优势。然而，这类材料在实际应用中长期面临两大核心障碍：在液态电解质中的溶解问题以及本征电导率过低。为解决溶解问题，研究者投入大量精力进行材料设计，其中一种主流策略是增大分子尺寸以抵抗溶剂化作用。但这种方法往往导致材料严重聚集，引发活性物质反应不彻底、反应动力学迟滞以及循环稳定性下降等问题。与此同时，有机材料的本征电导率极低，这使得电极制备时必须添加大量导电碳。这一限制导致实验室研究中有机电极的面载量普遍低于3 mg cm-2，远低于商业化无机正极的10~30 mg cm-2，致使有机电池的能量密度难以满足实用化需求。导电聚合物的出现为减少甚至消除导电剂提供了可能，有望大幅提升电极的能量密度。但目前主流的导电聚合物多为p型，其储能机制依赖于失去电子来存储阴离子，而非通过得电子来存储锂离子。这不仅阻碍了锂离子的高效传输，还会导致电解液的大量消耗，难以满足实际应用对电池稳定性和效率的要求。相比之下，n型导电聚合物中的负电荷载流子（电子）可以通过锂离子实现电荷平衡，理论上能够实现电子与锂离子的协同输运，更具应用前景。然而，目前已报道的n型导电聚合物普遍存在电导率不足和电化学性能不佳的问题，严重制约了其在锂离子电池中的应用。
二、【成果掠影】
在此，天津大学许运华教授和华南理工大学黄飞教授等人（共同通讯作者）成功开发了一种n型导电聚合物正极材料——聚苯并二呋喃酮（PBFDO）。该材料凭借其高密度的羰基官能团，提供了丰富的锂离子存储活性位点，同时具备优异的离子/电子混合传输性能以及在液态电解质中的低溶解特性。这些本征优势有效解决了传统有机正极材料面临的溶解和导电性差等关键难题，为实用化锂-有机软包电池的构建奠定了基础。基于PBFDO，研究团队成功制备了超高面载量有机正极与实用化锂-有机软包电池，实现了卓越的综合电化学性能。尤为突出的是，该电池在工作过程中无显著体积膨胀，针刺测试中不起火、不爆炸，展现出优异的安全性能与结构稳定性。同时，PBFDO正极还具备出色的机械柔韧性。上述成果表明，该材料在低成本大规模储能、极端环境应用以及可穿戴电子设备等领域具有广阔的应用前景。
相关研究成果以“Practical lithium–organic batteries enabled by an n-type conducting polymer”为题发表在Nature上。
三、【核心创新点】
1.PBFDO正极在整个电化学过程中保持其n掺杂状态，展现出稳定可逆的氧化还原特性、高电导率以及显著的锂离子扩散系数，且无需额外添加导电剂。因此，实现了面载量高达206 mg cm-2的超高载量聚合物正极，其面容量达到42 mAh cm-2，并表现出优异的循环稳定性。
2.制备了实用的2.5 Ah锂-有机软包电池，实现了255 Wh kg-1的卓越能量密度，且在-70°C至80°C的宽温区内均能高效运行，并展现出优异的柔韧性和安全性，标志着其在极端条件应用和可穿戴电子设备领域具有巨大潜力。
四、【数据概览】
图1 有机正极材料设计准则© 2026 Springer Nature
图2 结构与电导率表征© 2026 Springer Nature
图3 电化学性能测试© 2026 Springer Nature
图4 软包性能测试© 2026 Springer Nature
五、【成果启示】
综上所述，本研究基于高度n掺杂的导电聚合物PBFDO，成功开发了实用化有机电池，结合其有序堆叠的微观结构与电化学过程中稳定的n掺杂态，构建了高效的离子-电子传输通道。由此制备的正极实现了206 mg cm-2的超高面载量和42 mAh cm-2的创纪录面容量；所组装的软包电池能量密度达255 Wh kg-1，与商用锂离子电池相当。该电池在-70°C至80°C宽温域内高效运行，针刺不起火不爆炸，且具备优异柔韧性，在极端环境和可穿戴领域潜力巨大。本研究为有机电池的实际应用提供了可行方案与理论依据，有望推动电池技术的进一步发展。
文献链接：“Practical lithium–organic batteries enabled by an n-type conducting polymer”（Nature，2025，10.1038/s41586-026-10174-7）
