5V级高容量全固态锂电池诞生：氟化物固态电解质突破电压瓶颈
提升电池能量密度的三大关键路径是：采用高容量电极、提高工作电压以及增加电极材料的负载量。然而，长期以来，固态电解质的电压耐受性一直是技术发展的主要瓶颈。传统的硫化物固态电解质 (<2.5 V vs Li/Li⁺) 和氧化物固态电解质 (~3 V vs Li/Li⁺) 在高压下会分解，无法匹配5V级的高压正极材料（如LiNi₀.₅Mn₁.₅O₄，即LNMO）。尽管新涌现的卤化物固态电解质性能有所提升，但其高压耐受性仍限制在约4.5V，难以实现5V级全固态电池的稳定运行。
该工作成功开发出一种新型氟化物固态电解质——LiCl-4Li₂TiF₆ (LiCl-4LTF)。
超高电压稳定性：LiCl-4LTF表现出卓越的抗氧化能力，其氧化稳定性高达6.73 V，远超传统氧化物包覆材料（如LiNbO₃的3.86V），完美匹配5V级高压正极。
高离子电导率：通过引入LiCl，该氟化物电解质的锂离子电导率实现了两个数量级的飞跃，在30°C下达1.7 × 10⁻⁵ S cm⁻¹，为氟化物固态电解质中的最高值之一。理论计算表明，性能的提升源于锂离子浓度的增加和Cl⁻掺杂引起的锂离子传输通道扩大。
有效界面保护：研究团队将LiCl-4LTF作为屏蔽层，包覆在高压LNMO正极材料表面，有效抑制了正极与电解质间的有害界面副反应，避免了传统LNbO包覆层在高压下分解并导致界面劣化的问题。
卓越的循环与倍率性能：LNMO正极在2C倍率下仍具有106 mAh g⁻¹的高容量，循环500圈后容量保持率高达75.2%。相比之下，使用传统LNbO包覆的电池在10圈内容量迅速衰减。
超高面积容量：通过构建厚度达1.8毫米的超厚电极，实现了高达35.3 mAh cm⁻²的超高面积容量，这是目前全固态电池领域报道的最高值之一，有望将电池能量密度在现有基础上提升57%。
多体系验证：该屏蔽层设计同样适用于其他高压正极材料（如LiCoMnO₄、LiFe₀.₅Mn₁.₅O₄），以及通过拓展低电压窗口（至2.3V）获得258 mAh g⁻¹的高可逆容量。
实用化潜力：成功展示了软包型LNMO||Li和LNMO||(Ag-C)全固态电池在30°C和5MPa压力下的稳定循环，证明了其实际应用潜力。
Fig. 1: Characterization of LiCl–4Li2TiF6.
Fig. 2: Mechanism behind the enhanced Li+ conductivity in LiCl–Li2TiF6.
Fig. 3: Electrochemical characterization of LiCl–4Li2TiF6 and LNMO ASSB cells at 30 °C.
Fig. 4: LNbO versus LiCl–4LTF shielding for LNMO.
Fig. 5: Electrochemical performance of 5-V spinel cathodes with LiCl–4LTF in ASSB cells
Extended Data Fig. 1 Versatility of LiCl–4LTF for Li-rich and Ni-rich layered cathodes.
这项研究成功打破了电压对电解质材料的限制，通过开发兼具高离子电导率和超高电压稳定性的氟化物固态电解质LiCl-4LTF，为构建5V级高能量密度全固态电池开辟了全新路径。
该技术不仅解锁了此前被“禁止”使用的高压正极材料，还通过超厚电极设计实现了超高的面积容量。
这一突破性设计理念，将有力推动全固态电池走向更高能量密度、更低成本的实际应用，为下一代电池技术的发展带来了变革性的影响。
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