近日，南開大學與上海空間電源研究所的科研團隊在《自然》雜志發表了一項關于鋰電池技術的重大突破。該團隊成功研發出多種含氟電解液，使鋰電池在室溫下的能量密度達到707瓦時/公斤，刷新全球紀錄。更令人矚目的是，這種新型電池在零下50℃環境中仍能穩定輸出約400瓦時/公斤的能量密度，即便在零下70℃的極端低溫下，其放電容量保持率依然可觀，為低溫環境下的能源應用開辟了新路徑。
當前市場上主流鋰電池在室溫下的能量密度約為300瓦時/公斤，而在零下20℃環境下，其能量密度會驟降至150瓦時/公斤以下。相比之下，中國科研團隊的新成果在低溫性能上實現了質的飛躍。這一突破源于對電解液配方的創新設計——傳統商用鋰電池多采用含氧或含氮的溶劑作為電解液，雖然能通過強配位作用溶解大量鋰鹽，但鋰離子在電極表面脫溶劑化時需消耗大量能量，導致低溫環境下電池內阻激增、性能急劇下降。
為解決這一難題，科研團隊提出“氟+碳+氫”的化合物設計思路，既利用氟與鋰離子的弱配位作用降低脫溶劑化能壘，又確保鋰鹽的充分溶解。通過合成多種單氟代烷烴，團隊發現當氟原子以-CH?F形式存在時，其電子云密度更高，可溶解超過2摩爾/升的鋰鹽。其中，1,3-二氟丙烷的性能尤為突出：其粘度低于水，流動性極佳；在零下70℃時離子電導率遠超傳統電解液；交換電流密度是傳統醚類電解液的14倍，電極反應速度顯著提升。
上海空間電源研究所研究員李永介紹，這一創新成果得益于團隊對電解液配方的系統性優化。傳統氟化溶劑因配位作用過弱導致導電性差，而新型含氟電解液通過精準調控氟原子位置，實現了鋰鹽溶解度與離子導電性的平衡。實驗數據顯示，基于1,3-二氟丙烷的軟包電池在室溫下能量密度達707瓦時/公斤，在零下70℃時仍能保持良好放電能力，為新能源汽車、無人機、人形機器人等產品的續航提升提供了技術支撐。
該技術若實現商業化應用，將顯著改變多個領域的能源使用格局。例如，新能源汽車在東北、西北等寒冷地區的續航問題將得到徹底解決；航天器可減少為應對低溫而配備的環境控制系統，從而增加有效載荷；極地科考設備也將擺脫對傳統保溫措施的依賴。目前，科研團隊正進一步優化電池循環壽命，并開展安全性能測試，為新型鋰電池的規模化應用奠定基礎。
