续航与安全不可兼得？
两大界面难题被清华团队打破！
电池能量密度从普遍的
150~320 Wh kg⁻1
一跃提升至604 Wh kg⁻1
并通过针刺与120℃高温安全测试
近期
清华大学化工系张强教授团队合作
提出“富阴离子溶剂化结构”设计新策略
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
于9月24日在线发表于《自然》（Nature）
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
Nature网站论文截图
文末点击“阅读原文”，了解论文详情
张强（左三）指导学生
如何破解固态电池界面难题？
面向电动汽车、电动飞行器
人形机器人等前沿领域
对动力系统提出的高能量、高安全需求
开发兼具高能量密度
和优异安全性能的电池器件
已成为当前储能领域的核心挑战
固态电池
凭借其高能量密度和本征安全潜力
被广泛视为
下一代二次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
固-固材料之间
因刚性接触导致的界面阻抗大
以及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
例如，聚醚电解质其聚合物组分
在电压高于4.0 V（vs. Li/Li⁺）时
会发生氧化分解
引发持续的界面副反应与性能衰减
制约了其进一步发展
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
会引入界面阻抗升高、层间匹配困难
离子传输不畅等新问题
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
“电池更安全、能量密度更高”
针对以上挑战
张强教授团队提出了
“富阴离子溶剂化结构”设计新策略
成功开发出一种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
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
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
首圈库仑效率达91.8%
正极比容量为290.3 mAh g-1
在0.5 C倍率下循环500次后
容量保持率为72.1%
8.96 Ah聚合物软包全电池
在施加1 MPa外压下
能量密度达到604 Wh kg-1
作为对比
目前商业化磷酸铁锂储能/动力电芯
能量密度约为150~190 Wh kg-1
镍钴锰酸锂动力电芯
能量密度约为240~320 Wh kg-1
基于含氟聚醚电解质的全电池（a）综合性能卓越：0.5 C循环500次容量保持率72.1%（b）；8.96 Ah软包电池能量密度达604 Wh kg⁻¹（c），且显著优于其他体系（d）。热失控起始温度高，顺利通过针刺与热箱测试
在满充状态下
该电池还通过了
针刺与120°C热箱（静置6小时）安全测试
无燃烧或爆炸现象
展现出优异的安全性能
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
化工系张强教授（左四）团队合影
清华大学化工系博士后黄雪妍为论文第一作者，清华大学化工系教授张强、助理研究员赵辰孜为论文通讯作者。
论文链接：
https://www.nature.com/articles/s41586-025-09565-z
来源｜化工系
排版&编辑｜彭稳平
责编｜苑洁
审核｜刘蔚如
清华大学版权所有
联系邮箱：thuxwzx@tsinghua.edu.cn
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