在电动汽车、电动飞行器、人形机器人等前沿领域快速发展的今天，动力系统对电池的能量密度和安全性提出了前所未有的高要求。
当前商业化的锂离子电池能量密度已接近理论极限，且安全性问题时有发生，开发下一代高性能电池成为全球科研界与产业界的共同目标。
在这一背景下，固态电池因其高能量密度和本征安全性被广泛寄予厚望，尤其以富锂锰基层状氧化物为正极的体系，被认为有望突破600Wh/kg的能量密度瓶颈。
然而，固态电池长期以来面临固-固界面接触差、电解质与电极材料兼容性不足等难题，制约了其实际应用。
近日，清华大学化学工程系张强教授团队在固态电池聚合物电解质研究领域取得重大进展，成功开发出一种新型含氟聚醚电解质，基于该电解质构建的8.96Ah软包全电池能量密度达到604Wh/kg，远超当前主流商用电池水平。
这一研究成果于2025年9月24日在线发表于国际顶级期刊《自然》，标题为《调控聚合物电解质溶剂化结构实现600 Wh kg⁻¹锂电池》，标志着我国在高能量密度固态电池研发方面迈出了关键一步。
传统固态电池设计中，为改善电极与电解质之间的固-固接触，常采用施加数百个大气压的高外压或构建多层电解质结构。然而，高外压在实际器件中难以维持，复杂结构又会引入界面阻抗升高、层间匹配困难等新问题。
张强团队另辟蹊径，提出了“富阴离子溶剂化结构”的创新设计策略，通过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，使其能够匹配4.7V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。
该团队基于锂键化学原理，构建了独特的“-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，进而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。
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，从而在避免高外压和复杂结构的条件下，实现了稳定高效界面的构建。
电化学性能测试结果显示，采用该电解质组装的富锂锰基聚合物电池首圈库仑效率达91.8%，正极比容量为290.3mAh/g，在0.5C倍率下循环500次后容量保持率仍达72.1%。
更令人瞩目的是，基于该电解质构建的8.96Ah聚合物软包全电池在仅施加1MPa外压下，能量密度就达到了604Wh/kg。
作为对比，目前商业化磷酸铁锂电芯能量密度约为150–190Wh/kg，镍钴锰酸锂动力电芯能量密度约为240–320Wh/kg，这一突破意味着能量密度实现了跨越式提升。
在安全性方面，该电池同样表现出色。满充状态下顺利通过了针刺与120°C热箱（静置6小时）测试，未出现燃烧或爆炸现象，展现出优异的热稳定性和安全性能。
这一突破不仅解决了固态电池在高能量密度下的界面稳定难题，也为开发实用化的高安全性固态锂电池提供了全新的思路与技术路径。
该研究由清华大学化工系博士后黄雪妍为第一作者，张强教授与助理研究员赵辰孜为通讯作者，合作团队包括北京理工大学、美国康奈尔大学等多所高校的研究人员。研究工作得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金等多个项目的支持。
随着全球能源转型加速，高安全、高能量密度的固态电池被视为动力电池的终极解决方案之一。
此次聚合物电解质领域的创新，不仅推动了富锂锰基聚合物软包电池能量密度的大幅提升，也为未来电动航空、人形机器人等高端装备的动力系统提供了可靠的技术储备。
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