一、 【科学背景】
与富锂锰基层状氧化物（LRMO）正极和无阳极电池设计搭配的聚合物电解质被认为极具高能量密度和高安全性。然而，阳极的不稳定形貌变化以及电解质与正极界面处的不可逆阴离子反应会导致氧气逸出和聚合物电解质的催化分解，从而引起严重的界面退化和较差的循环稳定性。在此，清华大学的张强教授团队，设计了一种基于氟聚醚的内置聚合物电解质，它由强溶剂化的聚醚和弱溶剂化的含氟烃基侧链组成，形成了富含阴离子的溶剂化结构，进而在正极和负极上产生了源自阴离子的富含氟的界面层，以抵抗界面问题。LRMO正极展现出了改善的氧气氧化还原可逆性，大幅减少了涉及氧气的界面副反应。这种准固态聚合物电解质含有30%质量分数的三甲基磷酸酯，使得LRMO正极在软包电池中实现了可逆的高面容量循环（>8毫安时/平方厘米）和在扣式电池中超过500次循环的长期稳定性。软包电池展现出604瓦时/千克（1027瓦时/升）的能量密度，并且在满电状态下经受“钉子穿透测试”时表现出卓越的安全性。该工作为制造实用的高能量密度和高安全性锂离子电池提供了一个新的方向。相关研究成果以“Tailoring polymer electrolyte solvation for 600 Wh kg−1 lithium batteries”为题目，发表在国际顶级期刊Nature上。
二、【科学贡献】
图1设计具有阴离子富集溶剂化结构的氟聚醚基聚合物电解质的示意图。© 2025 Nature
图2 氟聚醚基固体聚合物电解质（SPEs）的设计与制备。© 2025 Nature
图3 氟聚醚基固体聚合物电解质（SPEs）的特性表征。© 2025 Nature
图4 PE-SPE和PTF-PE-SPE与LRMO的界面相（CEI）成分。© 2025 Nature
图5 PTF-PE-SPE的电化学和安全性性能。© 2025 Nature
三、【 创新点】
1. 通过热引发原位聚合，增强了LRMO正极的界面稳定性，促进了氧化还原反应，实现了更高的比容量。
2. 由于抑制了正极表面的氧逸出、结构转变和电解质分解，实现PTF-PE-SPE对LRMO正极的成功保护。
3. LRMO正极在软包电池中实现了可逆的高面容量循环（>8毫安时/平方厘米）和在扣式电池中超过500次循环的长期稳定性。软包电池展现出604瓦时/千克（1027瓦时/升）的能量密度。
四、【 科学启迪】
本文通过热引发原位聚合，成功合成了内置型氟聚醚基PTF-PE-SPE。该聚合物电解质可构建源自阴离子的富氟CEI/SEI，从而稳定LRMO正极并使锂金属在集流体上均匀沉积。具体而言，PTF-PE-SPE对LRMO正极的成功保护归因于其抑制了正极表面的氧逸出、结构转变和电解质分解。这主要得益于其在LRMO正极表面形成的富氟层，包括Mn-F键和LiF物种。该策略显著增强了LRMO正极的界面稳定性，从而促进了氧气更好地参与氧化还原反应，实现了更高的比容量。基于此，组装的LRMO基锂金属电池在0.05 C下首次充放电效率高达91.8%，在25°C下以1.0 C倍率循环超过200次后，仍保持稳定的充放电可逆性（CE = 99.7%）。本工作为合成具有稳定界面层的内置型聚合物电解质提供了先例，为开发能量密度更高且安全性更好的实用锂离子电池提供了新策略。
原文详情：https://www.nature.com/articles/s41586-025-09565-z
