在電動(dòng)汽車(chē)、電動(dòng)飛行器及人形機(jī)器人等新興領(lǐng)域?qū)?dòng)力系統(tǒng)提出更高要求的背景下，如何研發(fā)出兼具高能量密度與優(yōu)異安全性的電池成為儲(chǔ)能領(lǐng)域的核心課題。近日，清華大學(xué)張強(qiáng)教授團(tuán)隊(duì)通過(guò)創(chuàng)新聚合物電解質(zhì)設(shè)計(jì)，成功開(kāi)發(fā)出一種新型含氟聚醚電解質(zhì)，為高安全固態(tài)鋰電池的實(shí)用化開(kāi)辟了新路徑。

研究團(tuán)隊(duì)提出“富陰離子溶劑化結(jié)構(gòu)”設(shè)計(jì)策略，通過(guò)在聚醚電解質(zhì)中引入強(qiáng)吸電子含氟基團(tuán)，顯著提升了電解質(zhì)的耐高壓性能。該電解質(zhì)可匹配4.7V高電壓富鋰錳基正極，并實(shí)現(xiàn)與金屬鋰負(fù)極的同步兼容。基于鋰鍵化學(xué)原理，團(tuán)隊(duì)構(gòu)建了獨(dú)特的“–F???Li????O–”配位結(jié)構(gòu)，誘導(dǎo)形成高離子電導(dǎo)率的富陰離子溶劑化結(jié)構(gòu)，進(jìn)而在電極表面衍生出富含氟化物的穩(wěn)定界面層，大幅提升了界面穩(wěn)定性。

實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示，采用該電解質(zhì)組裝的富鋰錳基聚合物電池展現(xiàn)出優(yōu)異的電化學(xué)性能：首圈庫(kù)侖效率達(dá)91.8%，正極比容量為290.3 mAh g?1，在0.5C倍率下循環(huán)500次后容量保持率仍達(dá)72.1%。更引人注目的是，基于該電解質(zhì)構(gòu)建的8.96Ah聚合物軟包全電池在1MPa外壓下，能量密度高達(dá)604 Wh kg?1，遠(yuǎn)超當(dāng)前商業(yè)化磷酸鐵鋰儲(chǔ)能/動(dòng)力電芯（150~190 Wh kg?1）及鎳鈷錳酸鋰動(dòng)力電芯（240~320 Wh kg?1）的水平。

安全性測(cè)試結(jié)果進(jìn)一步驗(yàn)證了該技術(shù)的優(yōu)勢(shì)。滿(mǎn)充狀態(tài)下的電池順利通過(guò)針刺測(cè)試與120°C熱箱（靜置6小時(shí)）測(cè)試，未出現(xiàn)燃燒或爆炸現(xiàn)象，熱失控起始溫度顯著提高。這一突破得益于電解質(zhì)優(yōu)化帶來(lái)的界面性能提升，實(shí)現(xiàn)了4.7V高電壓窗口匹配與低外壓下的緊密電極接觸。

該研究成果以“調(diào)控聚合物電解質(zhì)溶劑化結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)600 Wh kg?1鋰電池”為題，于近期在線(xiàn)發(fā)表于《自然》期刊。研究得到國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國(guó)家自然科學(xué)基金等多項(xiàng)項(xiàng)目支持，為開(kāi)發(fā)實(shí)用化的高安全性、高能量密度固態(tài)鋰電池提供了關(guān)鍵技術(shù)支撐。