研究通过设计含氟聚醚电解质，实现了从分子结构到界面性能的创新：强吸电子基团拓宽了电压窗口；“–F···Li⁺···O–”锂键配位结构诱导形成富氟界面层，增强稳定性；最终成功构筑出能量密度达604 Wh kg⁻¹的高安全聚合物电池。

本报讯 近期，清华大学化工系张强教授团队成功开发出一种新型含氟聚醚电解质，构筑出能量密度达604 Wh kg⁻¹的高安全聚合物电池。研究成果以“调控聚合物电解质溶剂化结构实现600 Wh kg⁻¹锂电池”为题，在线发表于《自然》（Nature）期刊。该研究为开发实用化的高安全性、高能量密度固态锂电池，提供了新思路与技术支撑。

固态电池凭借其高能量密度和安全潜力被广泛视为锂电池的重要发展方向，尤其是以富锂锰基层状氧化物作为正极材料的固态电池体系，展现出实现能量密度突破600 Wh kg⁻¹的潜力。然而固态电池在实际应用过程中仍面临两大界面难题：一是固-固材料之间因刚性接触导致的界面阻抗大；二是电解质在宽电压窗口下难以同时兼容高电压正极与强还原性负极的极端化学环境。在传统固态电池设计中，常施加高压（上百个大气压）或构建多层电解质以改善界面接触与兼容性。然而高外压条件在实际器件中难以稳定维持复杂的多层结构，会产生多种新问题，限制电池整体性能。如何在避免高外压和结构复杂化的前提下构建稳定高效的固-固界面，成为该领域的关键科学挑战。

对此，研究团队提出“富阴离子溶剂化结构”设计新策略，开发出新型含氟聚醚电解质。该电解质通过热引发原位聚合技术，有效增强了固态界面的物理接触与离子传导能力。团队在聚醚电解质中引入强吸电子含氟基团，显著提升了其耐高压性能，使其可匹配4.7 V高电压富锂锰基正极，实现了单一电解质对高电压正极与金属锂负极的同步兼容。基于锂键化学原理，团队构建了“–F···Li⁺···O–”配位结构，诱导形成具有高离子电导率的富阴离子溶剂化结构，在电极表面衍生出富含氟化物的稳定界面层，显著提升了界面稳定性。

得益于优化的界面性能，采用该电解质组装的富锂锰基聚合物电池，表现出优异的电化学性能。基于该电解质构建的8.96 Ah聚合物软包全电池，在施加1 MPa外压下，能量密度实现跨越式提升，达到604 Wh kg⁻¹，远超目前商业化的磷酸铁锂储能/动力电芯和镍钴锰酸锂动力电芯。此外，在满充状态下，该电池顺利通过针刺与120°C热箱（静置6小时）安全测试，未出现燃烧或爆炸现象，展现出优异的安全性能。

张强和化工系助理研究员赵辰孜为该论文的共同通讯作者，化工系博士后黄雪妍为第一作者。

（化工系）