我國科研團隊研發出新型锂電池電解液：-50℃仍可高效放電

　　近日，我國科研團隊在锂電池領域取得重大突破。由南開大學與上海空間電源研究所組成的聯合研究團隊，設計合成了一種新型氟代烴電解液，成功研制出能量密度高達700瓦時/公斤的锂金屬電池，且在零下50攝氏度的極寒環境中仍能釋放接近400瓦時/公斤的高能量。相關研究成果于北京時間2月26日在線發表于國際頂尖學術期刊《自然》。

　　打破兩百年“氧配位”傳統

　　自1800年伏特發明電堆以來，電池已深入人們生活的各個角落。從鉛酸電池、鎳氫電池到被稱為現代社會“能量心髒”的锂電池，電池體系的變革離不開電解液的更新疊代。

　　長久以來，氧原子被認為是電解液溶劑中不可或缺的元素。目前商用的锂電池電解液通常由锂鹽和碳酸酯類溶劑組成，锂與碳酸酯溶劑中氧的離子-偶極作用可促進锂鹽的溶解。然而，這種溶劑浸潤性差、用量多，導緻電池能量密度始終難以進一步提升；同時，強相互作用會阻礙電池中界面電荷轉移，限制低溫性能，通常零下50攝氏度以下電池就難以工作。

　　為此，研究團隊打破锂電池延續兩百年的“氧配位”傳統，創新設計出氟配位的新型電解液。

　　氟配位技術實現雙重突破

　　研究團隊設計合成了系列新型氟代烴溶劑分子，通過調控氟原子的電子密度和溶劑分子的空間位阻，實現電解液中锂鹽的有效溶解，成功取代了傳統的锂-氧配位方式。

　　通過進一步優化分子結構，團隊厘清了該類電解液的設計原則和锂金屬相容性規律。相比于傳統基于锂-氧配位的電解液體系，由于氟代烴溶劑浸潤性好、利用率高，可顯著降低電解液用量；同時锂與氟配位更弱，在低溫下可擺脫束縛，仍具有快速的電荷轉移動力學。

　　在原創設計并合成的單氟代烷烴中，1,3-二氟丙烷的性能最為突出。其粘度比水還低，流動性極佳；離子電導率在零下70攝氏度遠超傳統電解液；交換電流密度比傳統醚類電解液高14倍，電極反應速度極快。

　　性能卓越：室溫700Wh/kg，-50℃仍接近400Wh/kg

　　基于新型電解液體系，研究團隊成功研制出室溫下能量密度高達700瓦時/公斤的超高比能锂金屬電池，同時在零下50攝氏度的環境中，電池仍展現出接近400瓦時/公斤的高能量密度。

　　相比之下，目前市場上的锂電池在室溫下的能量密度約為300瓦時/公斤左右；零下20攝氏度環境下，能量密度會驟降到150瓦時/公斤以下。此次研究成果将這兩個關鍵指标均提升了一倍以上。

　　應用前景廣闊：從新能源汽車到極地探索

　　研究團隊表示，基于該電解液的高比能電池在新能源汽車、具身智能機器人、低空經濟以及極寒地區和航空航天等領域具有廣闊的應用潛力。在航天領域，如果使用這種新型锂電池，有望不再配備應對寒冷太空的環境控制系統，使衛星等航天器可以安裝更多的載荷。在極地考察中，這種新型锂電池也能發揮重要作用。

　　該研究工作由南開大學聯合上海空間電源研究所共同完成，南開大學為論文第一完成單位。研究得到了國家自然科學基金重大項目、科技部重點研發計劃等項目的支持。