續(xù)航翻倍、-50℃仍高效放電！我國(guó)鋰電池再迎新突破

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【 續(xù)航翻倍、-50℃仍高效放電！

我國(guó)鋰電池再迎新突破 】

來源：央視新聞

近日，由南開大學(xué)和上海空間電源研究所等單位科研人員組成的團(tuán)隊(duì)，取得了一項(xiàng)首創(chuàng)性的突破。通過全新的電解液技術(shù)，有望使現(xiàn)有鋰電池在同等大小和重量的情況下，實(shí)現(xiàn)續(xù)航力的成倍提升，耐低溫性能也明顯增強(qiáng)。

記者26日從南開大學(xué)獲悉，該校化學(xué)學(xué)院研究員趙慶，中國(guó)科學(xué)院院士、南開大學(xué)常務(wù)副校長(zhǎng)陳軍團(tuán)隊(duì)，聯(lián)合上海空間電源研究所研究員李永，打破鋰電池延續(xù)兩百年的“氧配位”傳統(tǒng)，創(chuàng)新設(shè)計(jì)出氟配位的新型電解液。

該技術(shù)用氟原子取代氧原子溶解鋰鹽，大幅提升溶劑利用率，成功研制出能量密度高達(dá)700瓦時(shí)/公斤的鋰金屬電池。更關(guān)鍵的是，新電池在-50℃的極寒環(huán)境中，仍能釋放接近400瓦時(shí)/公斤的高能量，為新能源汽車及極地探索等場(chǎng)景提供全新動(dòng)力方案。

相關(guān)研究成果于北京時(shí)間2月26日在線發(fā)表于國(guó)際學(xué)術(shù)期刊《自然》上。

來源：Science

新電池的核心突破在于內(nèi)部的電解液，它在電池中起著傳導(dǎo)離子的功能，就像正負(fù)極之間的一條“高速公路”，對(duì)于電池的能量效率、工作穩(wěn)定性與溫度適應(yīng)性等都有關(guān)鍵意義。

長(zhǎng)久以來，氧原子被認(rèn)為是電解液溶劑中不可或缺的元素。如目前商用的鋰電池電解液通常由鋰鹽和碳酸酯類溶劑組成，鋰與碳酸酯溶劑中氧的離子-偶極作用可促進(jìn)鋰鹽的溶解。

然而，這種溶劑浸潤(rùn)性差，用量多，導(dǎo)致電池能量密度始終難以進(jìn)一步提升；同時(shí)，強(qiáng)相互作用會(huì)阻礙電池中界面電荷轉(zhuǎn)移，限制低溫性能，通常-50℃以下電池就難以工作。

南開大學(xué)化學(xué)學(xué)院研究員趙慶表示，電解液既想讓離子快速解離，又想讓離子發(fā)生快速的電荷轉(zhuǎn)移反應(yīng)，兩者實(shí)際上是有一定矛盾的。我們就想到了同周期的氟元素，因?yàn)榉弯嚨呐湮桓跻恍菀鬃屼囯x子發(fā)生電荷轉(zhuǎn)移，這樣的話整個(gè)電池的功率密度就得到提升。

為此，研究團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)合成了系列新型氟代烴溶劑分子，通過精準(zhǔn)調(diào)控氟原子的電子云分布及分子空間結(jié)構(gòu)，使鋰離子得以穩(wěn)定、高效地與氟原子發(fā)生配位，從而完成電解質(zhì)溶解與離子傳導(dǎo)功能，成功取代了傳統(tǒng)的鋰-氧配位方式。

通過進(jìn)一步優(yōu)化分子結(jié)構(gòu)，團(tuán)隊(duì)厘清了該類電解液的設(shè)計(jì)原則和鋰金屬相容性規(guī)律。相比于傳統(tǒng)基于鋰-氧配位的電解液體系，由于氟代烴溶劑浸潤(rùn)性好，利用率高，可顯著降低電解液用量；同時(shí)鋰與氟配位更弱，在低溫下電池仍可實(shí)現(xiàn)快速的電荷轉(zhuǎn)移過程。

基于此新型電解液體系，團(tuán)隊(duì)打造出室溫條件下700瓦時(shí)/公斤超高比能鋰電池，同時(shí)在-50℃環(huán)境中，鋰電池仍展現(xiàn)出接近400瓦時(shí)/公斤的高能量密度，為新能源汽車、極地科考、高空長(zhǎng)航飛行器、具身智能機(jī)器人等對(duì)能源密度與環(huán)境適應(yīng)性要求極高的應(yīng)用場(chǎng)景，提供了切實(shí)可行的技術(shù)路徑。

趙慶介紹，通過氟配位實(shí)現(xiàn)鋰鹽溶解的關(guān)鍵是調(diào)控氟原子的電子密度和溶劑分子的空間位阻，基于該電解液的鋰電池將具有高比能、耐低溫等優(yōu)勢(shì)。

陳軍指出，該項(xiàng)技術(shù)具備廣泛的產(chǎn)業(yè)化前景，有望在新能源交通、智能裝備、低空運(yùn)行系統(tǒng)、嚴(yán)寒地區(qū)基礎(chǔ)設(shè)施以及航空航天等關(guān)鍵領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。

（來源：新華社、央視新聞、南開大學(xué)；整理：Penn）

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