清華大學(xué)化工系張強(qiáng)教授團(tuán)隊(duì)近期提出了一種“富陰離子溶劑化結(jié)構(gòu)”設(shè)計新策略，成功開發(fā)出一種新型含氟聚醚電解質(zhì)。這種電解質(zhì)構(gòu)筑了能量密度達(dá)604 Wh kg?1的高安全聚合物電池，遠(yuǎn)高于目前普遍的150~320 Wh kg?1的能量密度，并通過了針刺與120℃高溫安全測試。相關(guān)研究成果于9月24日在《自然》雜志上發(fā)表。

該研究為開發(fā)實(shí)用化的高安全性、高能量密度固態(tài)鋰電池提供了新思路和技術(shù)支撐。電動汽車、電動飛行器和人形機(jī)器人等前沿領(lǐng)域?qū)恿ο到y(tǒng)提出了高能量、高安全的需求，而固態(tài)電池憑借其高能量密度和本征安全潛力被視為下一代二次鋰電池的重要發(fā)展方向。特別是以富鋰錳基層狀氧化物作為正極材料的固態(tài)電池體系，展現(xiàn)出實(shí)現(xiàn)能量密度突破600 Wh kg?1的潛力。

然而，固態(tài)電池在實(shí)際應(yīng)用中仍面臨兩大界面難題：固-固材料之間因剛性接觸導(dǎo)致的界面阻抗大，以及電解質(zhì)在寬電壓窗口下難以同時兼容高電壓正極與強(qiáng)還原性負(fù)極的極端化學(xué)環(huán)境。例如，聚醚電解質(zhì)在電壓高于4.0 V（vs. Li/Li?）時會發(fā)生氧化分解，引發(fā)持續(xù)的界面副反應(yīng)與性能衰減。傳統(tǒng)方法常施加高壓或構(gòu)建多層電解質(zhì)以改善界面接觸與兼容性，但這些方法存在高外壓難以維持和復(fù)雜結(jié)構(gòu)引入新問題的局限。

針對這些挑戰(zhàn)，張強(qiáng)教授團(tuán)隊(duì)提出的“富陰離子溶劑化結(jié)構(gòu)”設(shè)計新策略，通過熱引發(fā)原位聚合技術(shù)有效增強(qiáng)了固態(tài)界面的物理接觸與離子傳導(dǎo)能力。團(tuán)隊(duì)在聚醚電解質(zhì)中引入強(qiáng)吸電子含氟基團(tuán)，提升了其耐高壓性能，使其可匹配4.7 V高電壓富鋰錳基正極?；阡囨I化學(xué)原理，構(gòu)建了“–F???Li????O–”配位結(jié)構(gòu)，誘導(dǎo)形成具有高離子電導(dǎo)率的富陰離子溶劑化結(jié)構(gòu)，在電極表面衍生出富含氟化物的穩(wěn)定界面層，顯著提升了界面穩(wěn)定性。

采用該電解質(zhì)組裝的富鋰錳基聚合物電池表現(xiàn)出優(yōu)異的電化學(xué)性能，首圈庫侖效率達(dá)91.8%，正極比容量為290.3 mAh g-1，在0.5 C倍率下循環(huán)500次后，容量保持率為72.1%。8.96 Ah聚合物軟包全電池在施加1 MPa外壓下，能量密度達(dá)到604 Wh kg?1。相比之下，目前商業(yè)化磷酸鐵鋰儲能/動力電芯的能量密度約為150~190 Wh kg?1，鎳鈷錳酸鋰動力電芯能量密度約為240~320 Wh kg?1。

此外，該電池在滿充狀態(tài)下還通過了針刺與120°C熱箱（靜置6小時）安全測試，無燃燒或爆炸現(xiàn)象，展現(xiàn)出優(yōu)異的安全性能。這項(xiàng)研究為開發(fā)實(shí)用化的高安全性、高能量密度固態(tài)鋰電池提供了新的技術(shù)和思路。