在電動汽車、電動飛行器、人形機器人等前沿領域快速發展的今天，動力系統對電池的能量密度和安全性提出了前所未有的高要求。

當前商業化的鋰離子電池能量密度已接近理論極限，且安全性問題時有發生，開發下一代高性能電池成為全球科研界與產業界的共同目標。

在這一背景下，固態電池因其高能量密度和本征安全性被廣泛寄予厚望，尤其以富鋰錳基層狀氧化物為正極的體系，被認為有望突破600Wh/kg的能量密度瓶頸。

然而，固態電池長期以來面臨固-固界面接觸差、電解質與電極材料兼容性不足等難題，制約了其實際應用。

近日，清華大學化學工程系張強教授團隊在固態電池聚合物電解質研究領域取得重大進展，成功開發出一種新型含氟聚醚電解質，基于該電解質構建的8.96Ah軟包全電池能量密度達到604Wh/kg，遠超當前主流商用電池水平。

這一研究成果于2025年9月24日在線發表于國際頂級期刊《自然》，標題為《調控聚合物電解質溶劑化結構實現600 Wh kg?1鋰電池》，標志著我國在高能量密度固態電池研發方面邁出了關鍵一步。

傳統固態電池設計中，為改善電極與電解質之間的固-固接觸，常采用施加數百個大氣壓的高外壓或構建多層電解質結構。然而，高外壓在實際器件中難以維持，復雜結構又會引入界面阻抗升高、層間匹配困難等新問題。

張強團隊另辟蹊徑，提出了“富陰離子溶劑化結構”的創新設計策略，通過在聚醚電解質中引入強吸電子含氟基團，顯著提升了其耐高壓性能，使其能夠匹配4.7V高電壓富鋰錳基正極，實現了單一電解質對高電壓正極與金屬鋰負極的同步兼容。

該團隊基于鋰鍵化學原理，構建了獨特的“-F…Li?…O-”配位結構，誘導形成具有高離子電導率的富陰離子溶劑化結構，進而在電極表面衍生出富含氟化物的穩定界面層，顯著提升了界面穩定性。

電解質通過熱引發原位聚合技術，有效增強了固態界面的物理接觸與離子傳導能力，從而在避免高外壓和復雜結構的條件下，實現了穩定高效界面的構建。

電化學性能測試結果顯示，采用該電解質組裝的富鋰錳基聚合物電池首圈庫侖效率達91.8%，正極比容量為290.3mAh/g，在0.5C倍率下循環500次后容量保持率仍達72.1%。

圖說：基于含氟聚醚電解質的全電池綜合性能卓越

來源：https://www.nature.com/articles/s41586-025-09565-z

更令人矚目的是，基于該電解質構建的8.96Ah聚合物軟包全電池在僅施加1MPa外壓下，能量密度就達到了604Wh/kg。

作為對比，目前商業化磷酸鐵鋰電芯能量密度約為150–190Wh/kg，鎳鈷錳酸鋰動力電芯能量密度約為240–320Wh/kg，這一突破意味著能量密度實現了跨越式提升。

在安全性方面，該電池同樣表現出色。滿充狀態下順利通過了針刺與120°C熱箱（靜置6小時）測試，未出現燃燒或爆炸現象，展現出優異的熱穩定性和安全性能。

這一突破不僅解決了固態電池在高能量密度下的界面穩定難題，也為開發實用化的高安全性固態鋰電池提供了全新的思路與技術路徑。

該研究由清華大學化工系博士后黃雪妍為第一作者，張強教授與助理研究員趙辰孜為通訊作者，合作團隊包括北京理工大學、美國康奈爾大學等多所高校的研究人員。研究工作得到了國家重點研發計劃、國家自然科學基金等多個項目的支持。

隨著全球能源轉型加速，高安全、高能量密度的固態電池被視為動力電池的終極解決方案之一。

此次聚合物電解質領域的創新，不僅推動了富鋰錳基聚合物軟包電池能量密度的大幅提升，也為未來電動航空、人形機器人等高端裝備的動力系統提供了可靠的技術儲備。