我國(guó)科研團(tuán)隊(duì)打破了長(zhǎng)久以來(lái)鋰電池電解液中氧配位的動(dòng)力學(xué)束縛，設(shè)計(jì)合成了系列基于氟代烴溶劑的新型電解液體系，助力鋰電池的能量密度達(dá)到700瓦時(shí)/公斤。

該研究成果由南開(kāi)大學(xué)化學(xué)學(xué)院研究員趙慶，中國(guó)科學(xué)院院士、南開(kāi)大學(xué)常務(wù)副校長(zhǎng)陳軍，聯(lián)合上海空間電源研究所研究員李永帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)共同取得，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。

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)致鋰電池能量密度難以進(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。

為此，科研人員設(shè)計(jì)合成了系列新型氟代烴溶劑分子，實(shí)現(xiàn)電解液中鋰鹽的有效溶解，成功取代了傳統(tǒng)的鋰-氧配位方式。相比于傳統(tǒng)基于鋰-氧配位的電解液體系，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(guò)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。

趙慶介紹，通過(guò)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)。

“基于該電解液的高比能電池在新能源汽車、具身智能機(jī)器人、低空經(jīng)濟(jì)以及極寒地區(qū)和航空航天等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用潛力。”陳軍說(shuō)。