上海理工大学郑时有教授、澳大利亚阿德莱德大学郭再萍教授、Mao Jianfeng 和上海大学蒋永副教授合作开发出仅7.8 μm厚的聚碳酸酯基超薄聚合物电解质（UPCE），通过创新性电解质结构设计实现三重突破：
1）离子传导加速：引入弱溶剂化氟苯基团（FMB），削弱锂离子与聚合物链相互作用，室温离子电导率达4.8×10⁻⁴ S cm⁻¹，较传统体系提升32倍；
2）枝晶抑制强化：原位形成富LiF固体电解质界面（SEI），临界电流密度（CCD）高达11.5 mA cm⁻²；
3）超长循环寿命：锂对称电池在0.5 mA cm⁻²下稳定运行6000小时，LiCoO₂全电池在4.5 V高压下循环1500次，软包电池能量密度达495 Wh/kg（不含封装）。
图 1. 考虑弱Li⁺相互作用的高性能UPCE电解质设计。 a) UPCE电解质的基本单体设计原理图，显示了Li⁺与不同片段中氟原子或苯环的结合能。VEC片段显示出强的Li⁺相互作用，而FMB片段的相互作用则弱得多。 b) Li⁺与不同聚合物链相互作用的示意图。左：由于聚合物链中富含碳酸酯基团导致强的Li⁺-聚合物相互作用；右：由于引入氟苯片段导致弱的Li⁺-聚合物相互作用。 c) UPCE制备示意图：利用相分离法制备的超薄PVH骨架，通过原位共聚反应制备UPCE。
结构设计
团队提出“弱锂离子相互作用”策略：氟苯基团（FMB）中氟原子和苯环与Li⁺结合能分别达106.67 kcal/mol和101.31 kcal/mol，显著低于乙烯基碳酸酯（VEC）的83.65 kcal/mol。这种弱溶剂化环境加速Li⁺迁移，同时促进电极界面生成富LiF保护层。
可规模化制备
采用相分离法构筑聚偏氟乙烯-六氟丙烯（PVH）多孔骨架（厚7.8 μm），取代高成本的静电纺丝工艺。通过原位聚合将VEC-FMB-TMPTMA单体注入骨架，FTIR与XRD证实单体完全共聚且结晶度降低，为离子传输提供更多无定形通道。
图 2. UPCE的形貌和结构表征。 a) PVH骨架制备示意图。 b, d) PVH骨架 (b) 和 P(VEC-FMB-TMPTMA) UPCE (d) 的顶视SEM图像。 c, e) PVH骨架 (c) 和 P(VEC-FMB-TMPTMA) UPCE (e) 的侧视SEM图像。 f) 不同电解质的FTIR光谱，显示在1638 cm⁻¹处对应于C═C伸缩振动的特征峰消失，表明单体高度共聚。 g) P(VEC-FMB-TMPTMA)的XRD图谱，与P(VEC-TMPTMA)相比显示出更弱的特征峰。
电化学性能飞跃
当FMB添加量为4%时，离子电导率峰值达4.8×10⁻⁴ S cm⁻¹，Li⁺迁移数提升至0.68。固态核磁（⁷Li NMR）显示Li⁺配位环境更活跃，分子动力学模拟证实其扩散系数提升56倍（9×10⁻⁹ vs 1.6×10⁻¹⁰ cm² s⁻¹）。电解质抗氧化电压窗口扩至5.3 V，兼容高压正极。
图 3. UPCE的电化学性能。 a) 不同FMB比例的P(VEC-FMB-TMPTMA)的离子电导率。 b) 显示温度依赖性离子电导率的阿伦尼乌斯曲线图。 在10 mV电压下对锂对称电池进行的Li⁺迁移数测量，以及极化前后锂对称电池的奈奎斯特图（内插图）：c) P(VEC-FMB-TMPTMA) 和 d) P(VEC-TMPTMA)。 e) 在Li|UPCE|不锈钢构型下，以1 mV s⁻¹扫描速率评估氧化稳定性的LSV曲线。 f) 不同电解质的⁷Li固态NMR光谱，显示P(VEC-FMB-TMPTMA)出现明显的低场位移和更活跃的Li⁺配位环境。 g) FTIR光谱显示在1810和1765 cm⁻¹处的峰分别归属于环状聚碳酸酯中的游离羰基和Li⁺溶剂化的羰基。 h) VEC和i) FMB片段与TFSI⁻阴离子的结合能。
锂金属界面稳定性
锂对称电池在0.5 mA cm⁻²/0.1 mAh cm⁻²条件下极化电压仅62 mV，阻抗谱（EIS）显示界面电阻长期稳定。超高CCD（11.5 mA cm⁻²）为文献报道值的10倍，归因于富LiF SEI的疏锂特性引导锂均匀沉积。
图 4. UPCE的电化学循环性能。 a) 固态锂对称电池在0.5 mA cm⁻²电流密度和0.1 mAh cm⁻²容量下的恒电流循环性能。 锂对称电池在0.5 mA cm⁻²电流密度和0.1 mAh cm⁻²容量下的电化学阻抗谱演变：b) P(VEC-FMB-TMPTMA) 和 c) P(VEC-TMPTMA)。 d) 锂对称电池在1 mA cm⁻²电流密度和1 mAh cm⁻²容量下的循环性能。 e) P(VEC-FMB-TMPTMA)的临界电流密度(CCD)。 f) 与已报道工作的临界电流密度比较。 g) 与先前报道工作的锂对称电池循环性能比较。
全电池性能
·磷酸铁锂电池：1800次循环（1C）后容量保持率99%，-10℃低温下稳定循环300次；
·钴酸锂电池：4.5 V高压下1500次循环（1C）容量保持率84.8%；
·软包电池：超高面容量（4.5 mAh cm⁻²）与超薄锂负极（20 μm）在苛刻条件（N/P=0.89）下实现495 Wh/kg能量密度。
图 5. 使用UPCE的全电池循环性能。 a) 电压-容量曲线和 b) 固态Li|LFP电池的倍率性能。 c) 固态Li|LFP电池在1 C倍率下的长期循环性能。 d) 固态Li|LFP电池在-10 °C下的循环性能。 e) 固态Li|LCO电池的长期循环性能（1 C = 180 mAh g⁻¹）和 f) 4.5 V固态Li|LCO软包电池（高面积容量≈4.5 mAh cm⁻²）在0.2 C倍率下的循环性能。 g) 与已报道工作的固态锂金属电池(SSLMBs)能量密度比较（除非另有说明，能量密度均在室温下获得）。
界面机制解析
XPS深度剖析证实UPCE生成的SEI层LiF含量显著提升（图6c,d）。TEM显示循环后锂沉积致密均匀（图6a），而对照组出现枝晶；LCO正极表面CEI层厚度仅4.3 nm（图6g），有效抑制副反应。理论计算表明FMB优先还原，驱动富LiF界面形成。
图 6. 电极/电解质界面研究。 a) 在0.5 mA cm⁻², 0.1 mAh cm⁻²条件下循环50次后不同锂金属的SEM图像。 b) HOMO和LUMO能级及其相应的电子密度分布图。 c) F 1s XPS光谱和 d) 在0.5 mA cm⁻², 0.1 mAh cm⁻²条件下循环50次后锂金属的XPS深度剖析分析，以及SEI层组分的相对比例。 e) 循环后锂金属负极示意图，显示使用P(VEC-FMB-TMPTMA)的循环锂金属呈现致密均匀的锂沉积，而使用P(VEC-TMPTMA)则出现严重的锂枝晶生长。 在1 C倍率下循环100次后的LCO正极TEM图像：f) P(VEC-TMPTMA) 和 g) P(VEC-FMB-TMPTMA)。
产业化前景
该工作通过电解质结构工程与相分离加工技术，首次同步解决超薄电解质的高离子传导、枝晶抑制与高压稳定性难题。6.3 Ah软包电池（NCM811正极）已实现338 Wh/kg（含封装）能量密度，并通过折叠、穿刺等安全测试。团队提出的可规模化制备方案，为固态锂金属电池商业化铺平道路。