中國鋰電技術再登國際頂刊！不用固態電池也能續航翻倍，零下五十度照樣跑

車東西（公眾號：chedongxi）
作者 ｜ Janson
編輯 ｜ 志豪

中國科學家最新研究可讓電動汽車續航輕松翻倍，-50℃極寒環境依然可以持續輸出！

車東西2月27日消息，日前，國際頂尖學術期刊《自然》（Nature）發表了一項來自中國科學家的重磅成果。

▲最新研究成果登陸《自然》

南開大學化學學院趙慶研究員、陳軍院士團隊，聯合上海空間電源研究所李永研究員，成功研發出一種全新的“氟配位”新型氟代烴電解液。

這項顛技術打破了鋰電池的“低溫魔咒”與“能量瓶頸”。

基于該電解液組裝的鋰金屬電池，不僅在室溫下實現了高達700Wh/kg的超高能量密度，更能在-50℃的極寒環境中保持接近400Wh/kg的輸出能力。

當下主流高鎳三元鋰電池的密度約為250Wh/kg，如果該技術投入量產，不用固態電池，電池容量也可以輕松翻兩倍。

如果是一輛500km續航的純電車型，同樣電池包大小的情況下，續航將直接來到1500km以上。

一、新技術讓電車續航翻倍 極寒環境也能打

研究中采用的新溶劑具備極佳的浸潤性和像水一樣順暢的超低粘度（0.38 cp），電池內部的電解液用量被大幅壓縮，在同容量下減輕了電池重量，同重量上則可以提升續航表現。

這樣的設計不僅僅體現在能量密度上，在寒冷工況下的表現也有驚喜。

傳統電池在冬季往往“大打折扣”，在-50℃以下甚至會直接失效罷工。

而此次研究的電池技術在-50℃的超低溫環境中，依然能穩定輸出約400 Wh/kg的高能量密度，徹底打破了傳統電池的極寒禁區。

▲不同溫度放電曲線

此外，這種電解液不僅能承受高達4.9V的高電壓，還能在金屬鋰負極表面誘導形成一層堅固的雙層固體電解質界面膜（SEI），有效抑制了容易引發短路的鋰枝晶生長，使得鋰的沉積/剝離庫倫效率高達99.7%。

▲10μm下沉積鋰在不同溫度下的圖像

這也可以有效提升鋰電池的壽命，減緩衰減速度。

為什么過去的電池做不到這些？這要從傳統電池的“基因缺陷”說起。

自鋰電池發明以來，電解液（由鋰鹽和溶劑組成）就扮演著傳輸鋰離子的角色。

長久以來，氧原子被認為是電解液溶劑中不可或缺的元素。

鋰離子需要靠溶劑中的氧原子“抱著”才能溶解并在電池里游走，這被稱為“氧配位”。

但這種傳統的化學配位像是一個“粘性過強的擁抱”。

雖然它能很好地溶解鋰鹽，但在低溫或快充時，由于結合得太緊，鋰離子到了電極界面很難脫身（去溶劑化能壘高），導致電荷轉移極其緩慢，電池在冬天就會被凍傷。

此外，這類溶劑浸潤性差，必須加注很多，那多出來的重量直接拖累了電池的能量密度。

▲使用DMP和DFP電解質時電流密度

為了解決上述難題，南開大學團隊另辟蹊徑，提出用氫氟烴（HFCs）這類流動性好、耐高壓的物質做溶劑，并挑戰了一個傳統難題：氟原子本來很高冷，對鋰離子吸引力太弱，沒法溶解足夠的鋰鹽。

團隊通過一系列分子級別的操作，設計合成了一系列單氟代烷烴溶劑（特別是1,3-二氟丙烷，簡稱DFP），在微觀世界里找到了一個平衡點。

研究發現，相比帶有兩三個氟原子的基團，只帶一個氟原子的基團（-CH2F）上的氟擁有更高的電子密度。

這提升了它對鋰離子的吸引力，成功溶解了超過2 mol/L的高濃度鋰鹽。

在溶解鋰鹽的同時，該技術“氟-鋰”的結合力依然比傳統的“氧-鋰”弱得多，使得鋰離子在到達電極時能瞬間掙脫包裹。

▲不同物質的電化學性能

因此，數據顯示，在-50℃時，其交換電流密度比傳統電解液高出一個數量級，這也是能在極寒中保持電池容量的關鍵原因。

二、中科院院士與南大化學院領銜 具有良好應用前景

這項研究不僅在基礎科學層面開創了超越傳統配位化學的新體系，更為未來能源應用打開了巨大的想象空間。

同時，團隊通過調整碳鏈長度，還開發出了適應更高溫度環境的分子，讓“全天候”電池成為可能。

本研究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，聯合上海空間電源研究所研究員李永共同完成。

▲趙慶研究員簡歷

趙慶研究員現任南開大學化學學院?特聘研究員、博士生導師?。他于2012年和2017年分別在南開大學化學學院獲得?化學學士和無機化學博士學位?，隨后在?2017年至2021年于美國康奈爾大學化學與生物工程學院從事博士后研究?，并于2021年加入南開大學。?

他提到，“通過氟配位實現鋰鹽溶解的關鍵是調控氟原子的電子密度和溶劑分子的空間位阻，新研發的鋰電池具有高比能、耐低溫等顯著優勢。”

中國科學院院士、南開大學常務副校長陳軍教授對該成果的應用前景表示了高度期待：“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、低空經濟以及極寒地區和航空航天等領域具有廣闊的應用潛力。”

結語：鋰電池再現重大突破

可以預見，隨著該項技術的進一步成熟與工程化，未來的出行和裝備將不再受制于嚴寒與重量。

從擺脫“掉電焦慮”的家用汽車，到翱翔低空的飛行器，再到極地科考與深空探測的尖端設備，都將擁有更加強健可靠的能量心臟。