在电动汽车、电动飞行器及人形机器人等新兴领域快速发展的背景下，动力系统对电池性能提出了更高要求。既要实现高能量密度以延长续航，又需确保安全性能以应对复杂使用场景，这成为当前储能技术攻关的核心方向。针对这一挑战，清华大学化工系张强教授团队通过创新电解质设计，成功开发出兼具高能量密度与优异安全性的新型固态电池。
研究团队突破传统电解质设计思路，提出“富阴离子溶剂化结构”策略，研制出含氟聚醚电解质。该材料通过热引发原位聚合技术，在电极表面形成紧密的固态界面层，显著提升了离子传导效率。研究者在聚醚分子链中引入强吸电子含氟基团，使电解质耐压性能大幅提升，可稳定匹配4.7V高电压富锂锰基正极材料，同时实现与金属锂负极的兼容。这种结构创新解决了传统电解质在高电压条件下易分解的技术难题。
基于锂键化学原理，研究团队构建了独特的“–F∙∙∙Li⁺∙∙∙O–”配位结构。该结构诱导形成富阴离子溶剂化环境，在电极表面衍生出富含氟化物的稳定界面层。实验数据显示，采用该电解质的富锂锰基聚合物电池展现出优异电化学性能：首圈库仑效率达91.8%，正极比容量达到290.3mAh/g，在0.5C倍率下循环500次后容量保持率仍保持72.1%。更引人注目的是，8.96Ah聚合物软包全电池在1MPa外压条件下，能量密度突破604Wh/kg，远超当前商业化磷酸铁锂电池（150-190Wh/kg）和镍钴锰酸锂电池（240-320Wh/kg）的水平。
安全性能测试结果同样亮眼。满充状态下的电池样品顺利通过针刺实验和120℃热箱6小时静置测试，全程未发生燃烧或爆炸。这种突破性表现得益于电解质分子结构设计与界面工程的协同优化：强吸电子基团拓宽了电压窗口，锂键配位结构增强了界面稳定性，共同构建起多重安全防护机制。研究团队通过分子层面的精准调控，实现了高能量密度与高安全性的平衡。
该成果为固态锂电池的实用化开发开辟了新路径。相较于传统液态电解质体系，新型聚合物电解质在热稳定性、机械强度和界面兼容性方面具有显著优势。研究证实，通过溶剂化结构的分子设计，可在较低外压条件下实现电极与电解质的紧密接触，为软包电池的规模化生产提供了技术支撑。这项突破不仅推动了富锂锰基正极材料的商业化进程，更为下一代高安全固态电池的研发奠定了理论基础。
相关研究成果以“调控聚合物电解质溶剂化结构实现600Wh/kg锂电池”为题，于近日在国际顶级学术期刊《自然》在线发表。该研究得到国家重点研发计划、国家自然科学基金等多个科研项目的联合资助，标志着我国在固态电池领域的技术创新能力达到国际领先水平。
