По-видимому, причина в том, что в слове поллитровка вторая часть не представляет собой форму родительного падежа единственного числа существительного или порядкового прилагательного, как во всех остальных случаях: пол-литра, пол-лица, пол-октября, полдома, пол-одиннадцатого и т. д.
Слово не зафиксировано в академическом орфографическом словаре. Правилу соответствует дефисное написание. Часть пол- пишется через дефис как первая часть сложного слова со второй основой на л, ср.: пол-лимона, пол-литровый (кроме поллитровка).
Слово поллитровка пишется слитно, т. к. вторая часть его не является существительным в форме родительного падежа.