新型锂电池在-50℃极寒下放“异彩”

近期，随着国内一款全新电解液技术问世，锂电池能够在极寒环境下保持正常工作状态。

记者日前从南开大学获悉，该校化学学院研究员赵庆，中国科学院院士、南开大学常务副校长、特种化学电源全国重点实验室主任陈军团队，联合上海空间电源研究所研究员李永在《自然》发表突破性成果。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。该技术用氟原子取代氧原子溶解锂盐，大幅提升溶剂利用率，成功研制出能量密度高达700瓦时/公斤的锂金属电池。

“基于新体系构建的锂电池，即使在-50℃的极寒环境中，仍能释放出接近400瓦时/公斤的高能量。”陈军表示。

自1800年伏特发明电堆（伏特电池）起，电池已经深入生活的各个角落。据了解，从铅酸电池、镍氢电池再到被称为现代社会“能量心脏”的锂电池，电池体系的变革离不开电解液更新迭代。

赵庆表示，通过“氟配位”实现锂盐溶解的关键，是调控氟原子的电子密度和溶剂分子的空间位阻，新研发锂电池具有高比能、耐低温等优势。

长久以来，氧原子被认为是电解液溶剂中不可或缺的元素。如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-50℃以下电池就难以工作。

针对此“痛点”，研究团队设计合成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。

“不仅将耐低温性能拉满，而且在不增大电池体积和重量情况下，续航里程直接翻倍。中国电池成为全球顶尖。”有业内人士表示。据了解，团队通过进一步优化分子结构，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，仍具有快速电荷转移动力学。

 “通过‘氟配位’实现锂盐溶解的关键，是调控氟原子的电子密度和溶剂分子的空间位阻，新研发锂电池具有高比能、耐低温等优势。”赵庆表示，传统“氧配位”锂离子电池的电解液溶剂通常含有一个重要元素——氧，它的优点在于对锂盐的溶解性很强，但这种强相互作用也限制了电荷的转移，导致电池能量密度难以进一步提升，也限制了其低温性能。而新型“氟配位”锂电池的关键突破在于内部的电解液，它在电池中起着传导离子的功能，就像正负极之间的一条“高速公路”，对于电池的能量效率、工作稳定性与温度适应性等都有关键意义。

“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。”陈军说。（来源：中华工商时报）