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記者2月26日從南開(kāi)大學(xué)獲悉，該?；瘜W(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)陳軍團(tuán)隊(duì)，聯(lián)合上?？臻g電源研究所研究員李永在《自然》發(fā)表突破性成果。研究團(tuán)隊(duì)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，新電池在零下50攝氏度的極寒環(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。

據(jù)介紹，自1800年伏特發(fā)明了電堆（伏特電池）起，電池已經(jīng)深入我們生活的各個(gè)角落。從鉛酸電池、鎳氫電池再到被稱為現(xiàn)代社會(huì)“能量心臟”的鋰電池，電池體系的變革離不開(kāi)電解液的更新迭代。

長(zhǎng)久以來(lái)，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。

為此，南開(kāi)大學(xué)團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)合成了系列新型氟代烴溶劑分子，通過(guò)調(diào)控氟原子的電子密度和溶劑分子的空間位阻，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。

通過(guò)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，在低溫下可擺脫束縛，仍具有快速的電荷轉(zhuǎn)移動(dòng)力學(xué)。從而助力實(shí)現(xiàn)室溫700瓦時(shí)/公斤超高比能鋰金屬電池，同時(shí)在-50℃環(huán)境中，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，新研發(fā)鋰電池具有高比能、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?！标愜娬f(shuō)。