近日，南開(kāi)大學(xué)與上海空間電源研究所的科研團(tuán)隊(duì)在《自然》雜志發(fā)表了一項(xiàng)關(guān)于鋰電池技術(shù)的重大突破。該團(tuán)隊(duì)成功研發(fā)出多種含氟電解液，使鋰電池在室溫下的能量密度達(dá)到707瓦時(shí)/公斤，刷新全球紀(jì)錄。更令人矚目的是，這種新型電池在零下50℃環(huán)境中仍能穩(wěn)定輸出約400瓦時(shí)/公斤的能量密度，即便在零下70℃的極端低溫下，其放電容量保持率依然可觀，為低溫環(huán)境下的能源應(yīng)用開(kāi)辟了新路徑。

當(dāng)前市場(chǎng)上主流鋰電池在室溫下的能量密度約為300瓦時(shí)/公斤，而在零下20℃環(huán)境下，其能量密度會(huì)驟降至150瓦時(shí)/公斤以下。相比之下，中國(guó)科研團(tuán)隊(duì)的新成果在低溫性能上實(shí)現(xiàn)了質(zhì)的飛躍。這一突破源于對(duì)電解液配方的創(chuàng)新設(shè)計(jì)——傳統(tǒng)商用鋰電池多采用含氧或含氮的溶劑作為電解液，雖然能通過(guò)強(qiáng)配位作用溶解大量鋰鹽，但鋰離子在電極表面脫溶劑化時(shí)需消耗大量能量，導(dǎo)致低溫環(huán)境下電池內(nèi)阻激增、性能急劇下降。

為解決這一難題，科研團(tuán)隊(duì)提出“氟+碳+氫”的化合物設(shè)計(jì)思路，既利用氟與鋰離子的弱配位作用降低脫溶劑化能壘，又確保鋰鹽的充分溶解。通過(guò)合成多種單氟代烷烴，團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)當(dāng)氟原子以-CH?F形式存在時(shí)，其電子云密度更高，可溶解超過(guò)2摩爾/升的鋰鹽。其中，1,3-二氟丙烷的性能尤為突出：其粘度低于水，流動(dòng)性極佳；在零下70℃時(shí)離子電導(dǎo)率遠(yuǎn)超傳統(tǒng)電解液；交換電流密度是傳統(tǒng)醚類電解液的14倍，電極反應(yīng)速度顯著提升。

上海空間電源研究所研究員李永介紹，這一創(chuàng)新成果得益于團(tuán)隊(duì)對(duì)電解液配方的系統(tǒng)性優(yōu)化。傳統(tǒng)氟化溶劑因配位作用過(guò)弱導(dǎo)致導(dǎo)電性差，而新型含氟電解液通過(guò)精準(zhǔn)調(diào)控氟原子位置，實(shí)現(xiàn)了鋰鹽溶解度與離子導(dǎo)電性的平衡。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示，基于1,3-二氟丙烷的軟包電池在室溫下能量密度達(dá)707瓦時(shí)/公斤，在零下70℃時(shí)仍能保持良好放電能力，為新能源汽車、無(wú)人機(jī)、人形機(jī)器人等產(chǎn)品的續(xù)航提升提供了技術(shù)支撐。

該技術(shù)若實(shí)現(xiàn)商業(yè)化應(yīng)用，將顯著改變多個(gè)領(lǐng)域的能源使用格局。例如，新能源汽車在東北、西北等寒冷地區(qū)的續(xù)航問(wèn)題將得到徹底解決；航天器可減少為應(yīng)對(duì)低溫而配備的環(huán)境控制系統(tǒng)，從而增加有效載荷；極地科考設(shè)備也將擺脫對(duì)傳統(tǒng)保溫措施的依賴。目前，科研團(tuán)隊(duì)正進(jìn)一步優(yōu)化電池循環(huán)壽命，并開(kāi)展安全性能測(cè)試，為新型鋰電池的規(guī)模化應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。