Существительное, неодушевлённое, средний род, 2-е склонение (тип склонения 6*a по классификации А. А. Зализняка); в художественной (особенно поэтической) речи допустима также форма предл. пад. ед. ч. полнолу́ньи.
астрон., устар., поэт. и разг. то же, что полнолуние; фаза Луны, при которой Солнце освещает всё видимое с Земли полушариеЛуны◆ В новолунье, в полнолунье // Правит миром ночь-колдунья. М. С. Петровых, «В новолунье, в полнолунье…» [Превращения, 2], 1972 г.[НКРЯ]
устар., поэт. и разг. то же, что полнолуние; соответствующий периодлунного месяца◆ К его ногам бросаются колдуньи, // их оградить моля от Сатаны, // из чёрных книг и знаков в полнолуньи // пред ним костры повсюду зажжены ..Эллис (Л. Л. Кобылинский), Мария : «Простые строфы рыцарской поэмы…» [Мария, 2], 1905–1913 гг.[НКРЯ]◆ В полнолунье в Большом Афанасьевском перулке (столичном Музее кошки), что в самом центре Москвы, разгуливает кот-призрак. «Привидения наступают» // «Аргументы и факты», 06 мая 2003 г.[НКРЯ]