摘要：聚合物固态电解质相比传统的液态电解液具有更好的热稳定性，并且相比陶瓷电解质更易于大规模生产，具有广阔的市场前景和应用潜力。其中，固体聚合物电解质由于聚合物主导的锂离子溶剂化结构，导致电解质/电极界面不稳定，电池性能下降。

聚合物固态电解质相比传统的液态电解液具有更好的热稳定性，并且相比陶瓷电解质更易于大规模生产，具有广阔的市场前景和应用潜力。其中，固体聚合物电解质由于聚合物主导的锂离子溶剂化结构，导致电解质/电极界面不稳定，电池性能下降。

在此，清华大学刘凯团队设计了一类选择性氟化芳香锂盐（SFALS），作为全固态锂金属电池的单一导电锂盐，以调控溶剂化结构和界面化学。研究显示，通过调节阴离子结构，减弱了锂离子与聚醚的耦合，增强了锂离子与阴离子的配位。SFALS与聚合物基体之间的氢键诱导了特殊的“三联体”型溶剂化结构，提高了电解质的均匀性和机械强度，并促进了超薄且坚固的富Li₂O固体电解质界面层的形成。

基于此，该锂盐实现了LiFePO₄/Li半电池超过1650次的稳定循环（库仑效率99.8%）和全电池580次循环（容量保持率97.4%）。

图1. 电解质的溶剂化结构和氢键分析

总之，该工作报道了一类选择性氟化芳香锂盐（SFALS），作为全固态锂金属电池（ASSLMBs）的单导锂盐，以调节聚合物电解质中的Li⁺溶剂化结构和界面化学。由于减弱了Li⁺-聚醚耦合并增强了Li⁺-阴离子配位，SFALS电解质的Li⁺电导率、迁移数（t⁺）、临界电流密度（CCD）阈值以及与Li负极的兼容性均得到了提升。

SFALS与聚合物基体之间的独特氢键相互作用诱导了Li⁺的特殊“三联体”溶剂化结构，改善了电解质的均匀性和机械强度，并改变了PEO段的不期望的分解产物。基于此，聚合物电解质引入了一层超薄且富含Li₂O的SEI，具有出色的机械/电化学稳定性，从而促进了Li的平滑沉积，显著提高了ASSLMBs的循环稳定性。

结果显示，使用最佳SFALS（即LiDF）的LiFePO₄/Li ASSLMBs展现出超过1650次循环的卓越长期稳定性，库仑效率为99.8%。使用高负载正极（6 mg cm⁻²）和薄Li箔（40 μm）的全电池实现了580次循环的记录寿命，容量保持率为97.4%。因此，SFALS为开发高性能全固态锂金属电池的功能性锂盐提供了一种方法。

图2. 全固态锂金属电池的电化学性能

Selectively fluorinated aromatic lithium salts regulate the solvation structure and interfacial chemistry for all-solid-state batteries, Science Advances 2025 DOI: 10.1126/sciadv.ads4014

刘凯 清华大学化学工程系副教授、特别研究员。2009年本科毕业于吉林大学；2014年在清华大学获博士学位（导师：张希教授）；2014-2019年在斯坦福大学从事博士后研究（合作导师：崔屹教授）；2019年加入清华大学。刘凯副教授的研究领域为锂电池电解质（电解液和聚合物固态电解质）；全固态锂电池；碱性离子膜；电池安全材料。以第一作者或者通讯作者身份在国际知名学术期刊发表论文22篇，其中三篇论文为ESI高被引论文。研究成果多次被Science、Nature Materials、NPG Asia Materials等学术刊物撰专文Highlight和报道，同时也被CNN、BBC和科技日报等媒介报道。

来源：华算科技