在電動汽車、電動飛行器及人形機器人等新興領(lǐng)域?qū)恿ο到y(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能領(lǐng)域的核心課題。近日，清華大學張強教授團隊通過創(chuàng)新聚合物電解質(zhì)設(shè)計，成功開發(fā)出一種新型含氟聚醚電解質(zhì)，為高安全固態(tài)鋰電池的實用化開辟了新路徑。

研究團隊提出“富陰離子溶劑化結(jié)構(gòu)”設(shè)計策略，通過在聚醚電解質(zhì)中引入強吸電子含氟基團，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，并實現(xiàn)與金屬鋰負極的同步兼容。基于鋰鍵化學原理，團隊構(gòu)建了獨特的“–F???Li????O–”配位結(jié)構(gòu)，誘導形成高離子電導率的富陰離子溶劑化結(jié)構(gòu)，進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。

實驗數(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)異的電化學性能：首圈庫侖效率達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604 Wh kg?1，遠超當前商業(yè)化磷酸鐵鋰儲能/動力電芯（150~190 Wh kg?1）及鎳鈷錳酸鋰動力電芯（240~320 Wh kg?1）的水平。

安全性測試結(jié)果進一步驗證了該技術(shù)的優(yōu)勢。滿充狀態(tài)下的電池順利通過針刺測試與120°C熱箱（靜置6小時）測試，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)化帶來的界面性能提升，實現(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)實現(xiàn)600 Wh kg?1鋰電池”為題，于近期在線發(fā)表于《自然》期刊。研究得到國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學基金等多項項目支持，為開發(fā)實用化的高安全性、高能量密度固態(tài)鋰電池提供了關(guān)鍵技術(shù)支撐。