我国科研团队研发出新型锂电池电解液：-50℃仍可高效放电

　　近日，我国科研团队在锂电池领域取得重大突破。由南开大学与上海空间电源研究所组成的联合研究团队，设计合成了一种新型氟代烃电解液，成功研制出能量密度高达700瓦时/公斤的锂金属电池，且在零下50摄氏度的极寒环境中仍能释放接近400瓦时/公斤的高能量。相关研究成果于北京时间2月26日在线发表于国际顶尖学术期刊《自然》。

　　打破两百年“氧配位”传统

　　自1800年伏特发明电堆以来，电池已深入人们生活的各个角落。从铅酸电池、镍氢电池到被称为现代社会“能量心脏”的锂电池，电池体系的变革离不开电解液的更新迭代。

　　长久以来，氧原子被认为是电解液溶剂中不可或缺的元素。目前商用的锂电池电解液通常由锂盐和碳酸酯类溶剂组成，锂与碳酸酯溶剂中氧的离子-偶极作用可促进锂盐的溶解。然而，这种溶剂浸润性差、用量多，导致电池能量密度始终难以进一步提升；同时，强相互作用会阻碍电池中界面电荷转移，限制低温性能，通常零下50摄氏度以下电池就难以工作。

　　为此，研究团队打破锂电池延续两百年的“氧配位”传统，创新设计出氟配位的新型电解液。

　　氟配位技术实现双重突破

　　研究团队设计合成了系列新型氟代烃溶剂分子，通过调控氟原子的电子密度和溶剂分子的空间位阻，实现电解液中锂盐的有效溶解，成功取代了传统的锂-氧配位方式。

　　通过进一步优化分子结构，团队厘清了该类电解液的设计原则和锂金属相容性规律。相比于传统基于锂-氧配位的电解液体系，由于氟代烃溶剂浸润性好、利用率高，可显著降低电解液用量；同时锂与氟配位更弱，在低温下可摆脱束缚，仍具有快速的电荷转移动力学。

　　在原创设计并合成的单氟代烷烃中，1,3-二氟丙烷的性能最为突出。其粘度比水还低，流动性极佳；离子电导率在零下70摄氏度远超传统电解液；交换电流密度比传统醚类电解液高14倍，电极反应速度极快。

　　性能卓越：室温700Wh/kg，-50℃仍接近400Wh/kg

　　基于新型电解液体系，研究团队成功研制出室温下能量密度高达700瓦时/公斤的超高比能锂金属电池，同时在零下50摄氏度的环境中，电池仍展现出接近400瓦时/公斤的高能量密度。

　　相比之下，目前市场上的锂电池在室温下的能量密度约为300瓦时/公斤左右；零下20摄氏度环境下，能量密度会骤降到150瓦时/公斤以下。此次研究成果将这两个关键指标均提升了一倍以上。

　　应用前景广阔：从新能源汽车到极地探索

　　研究团队表示，基于该电解液的高比能电池在新能源汽车、具身智能机器人、低空经济以及极寒地区和航空航天等领域具有广阔的应用潜力。在航天领域，如果使用这种新型锂电池，有望不再配备应对寒冷太空的环境控制系统，使卫星等航天器可以安装更多的载荷。在极地考察中，这种新型锂电池也能发挥重要作用。

　　该研究工作由南开大学联合上海空间电源研究所共同完成，南开大学为论文第一完成单位。研究得到了国家自然科学基金重大项目、科技部重点研发计划等项目的支持。