全固态电池是下一代储能技术竞争的关键制高点。聚合物电解质以其轻质、高柔性和良好的加工性等优点，在高能量密度、长循环寿命、高安全性的固态锂金属电池领域有着巨大潜力，但目前其受到极性聚合物链主导的锂离子溶剂化结构的影响，导致电解质 /电极界面不稳定，恶化的电池性能。因此，迫切需要为固态聚合物锂电池量身定制一款高性能的电解质。
清华大学化工系刘凯团队报道了一类不对称锂盐：选择性氟化芳香型锂盐，用于调节聚合物电解质中的溶剂化结构和界面化学行为。通过改造阴离子的结构，减弱锂离子与聚合物链的耦合，增强锂离子与阴离子的配位。同时阴离子与聚合物之间的氢键促使形成了一种“三联体”溶剂化结构，提高了电解质的均匀性和机械强度，诱导生成了富含Li2O的超薄界面层。该分子工程策略有望促进高性能全固态锂金属电池的进一步发展。
图1 选择性氟化锂盐的设计准则和聚合物电解质的基本性质
图2 选择性氟化锂盐的溶剂化结构和优势总结
应用选择性氟化锂盐的磷酸铁锂全固态锂金属电池在1650圈循环过程中表现出优异的稳定性，库伦效率为99.8%，使用高载量正极和薄锂组成的固态全电池实现了580圈循环的创纪录寿命，容量保持率为97.4%。这项工作为下一代固态电池的电解质设计提供了新的见解。
相关成果于1月31日以“选择性氟代芳香锂盐用于全固态电池的溶剂化结构和界面化学调控”（Selectively fluorinated aromatic lithium salts regulate the solvation structure and interfacial chemistry for all-solid-state batteries）为题发表在学术期刊《科学进展》（Science Advances）上。
论文第一作者为清华大学化工系2020级博士生闫帅帅，通讯作者为清华大学化工系刘凯副教授。该研究工作得到了北京市自然科学基金、国家自然科学基金的支持。
