固态聚合物电解质（SPEs）因其良好的柔性、对电极的界面适配性，被视为实现高安全性、高能量密度锂金属电池的关键材料。然而，传统SPEs长期面临一个根本性矛盾——共价交联网络能提供良好机械强度以抑制锂枝晶，但严重限制了聚合物链段运动，导致离子电导率低下；反之，提升离子传输则需要牺牲材料的机械稳定性。这个“跷跷板效应”是制约SPEs实际应用的瓶颈。

图1. MSPE的设计理念

  近日，上海交通大学梁正/颜徐州/岳昕阳团队从骨骼肌的收缩机制中获得关键启发：在肌肉中，Ca2?离子与肌钙蛋白结合后，能驱动肌动蛋白与肌球蛋白发生相对滑动，从而实现高效的协同运动（图1a）。

  2025年12月19日，该工作以“A Transformative Molecular Muscle Solid Electrolyte”为题发表在《J. Am. Chem. Soc.》上（DOI：10.1021/jacs.5c18427）。文章第一作者是上海交通大学博士后刘昱迒，博士生石章琴。该研究得到国家自然科学基金委的支持。

  受此启发，设计并制备了轮烷基[c2]维菊链（[c2]daisy chain, DC） 作为“分子肌肉单元”。这是一种由两个互穿的大环组成的机械互锁分子，大环可以在线性轴上自由滑动。将其作为交联点引入到以聚乙二醇（PEG）为主链的网络中，构建了机械互锁网络（^DCMIN）（图1b）。其中，PEG负责与Li?配位传导离子，而[c2]DC单元的滑动运动则可以“拉动”整个PEG链段，协同增强离子传输动力学（图1c）。

图2. 离子电导与机械性能协同提升

  基于^DCMIN的分子肌肉电解质（MSPE）表现出1.04 mS cm?1的室温离子电导率，是传统共价交联网络电解质的17倍。同时，MSPE保持了优异的机械性能，杨氏模量达5.70 MPa，韧性为4.93 MJ m?3（图2）。此外，通过分子动力学模拟和对照实验（如乙酰化去除主客体相互作用的Ac-MSPE），团队明确揭示了性能提升的微观机制：[c2]DC单元的滑动运动有效促进了PEG链段的整体运动，从而缩短了Li?在配位点上的停留时间，显著提升了Li?迁移速率（图3）。这种机制类似于肌肉中“肌丝滑动带动离子协同运动”。此外，机械互锁网络赋予MSPE出色的能量耗散能力。在循环过程中，锂金属电极的反复形变所产生的应力能被网络有效吸收和耗散，从而维持了电解质的结构完整性，抑制了锂枝晶的生长和界面副反应。基于MSPE的锂金属电池展示出优异的综合性能。

图3. MSPEs中的锂离子传输

  这项研究工作提出了一种全新的电解质设计范式：将具有可控滑动特性的“分子肌肉”作为功能单元引入聚合物网络，在分子尺度上实现了力学增强与离子传输的协同提升，成功解决了固态锂金属电池中“机械强度与离子电导率难以兼得”这一经典难题。这为开发下一代兼具高能量密度、长寿命和高安全性的全固态锂电池提供了崭新的思路和材料平台。

  原文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.5c18427