我國科研團隊打破了長久以來鋰電池電解液中氧配位的動力學束縛，設計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到700瓦時/公斤。
該研究成果由南開大學化學學院研究員趙慶，中國科學院院士、南開大學常務副校長陳軍，聯(lián)合上?？臻g電源研究所研究員李永帶領團隊共同取得，相關(guān)研究成果于北京時間2月26日在線發(fā)表于國際學術(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鋰鹽的溶解。然而，這種溶劑浸潤性差，用量多，導致鋰電池能量密度難以進一步提升；同時，強相互作用會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，科研人員設計合成了系列新型氟代烴溶劑分子，實現(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，氟代烴溶劑浸潤性好，利用率高，可顯著降低電解液用量；同時鋰與氟配位更弱，在低溫下電池仍可實現(xiàn)快速的電荷轉(zhuǎn)移過程。
基于此新型電解液體系，團隊打造出室溫條件下700瓦時/公斤超高比能鋰電池，同時在-50℃環(huán)境中，鋰電池仍展現(xiàn)出接近400瓦時/公斤的高能量密度。
趙慶介紹，通過氟配位實現(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。
“基于該電解液的高比能電池在新能源汽車、具身智能機器人、低空經(jīng)濟以及極寒地區(qū)和航空航天等領域具有廣闊的應用潛力。”陳軍說。