記者26日從南開大學(xué)獲悉，該?；瘜W(xué)學(xué)院研究員趙慶，中國科學(xué)院院士、南開大學(xué)常務(wù)副校長陳軍團(tuán)隊，聯(lián)合上?？臻g電源研究所研究員李永，打破鋰電池延續(xù)兩百年的“氧配位”傳統(tǒng)，創(chuàng)新設(shè)計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/公斤的鋰金屬電池。更關(guān)鍵的是，新電池在-50℃的極寒環(huán)境中，仍能釋放接近400瓦時/公斤的高能量，為新能源汽車及極地探索等場景提供全新動力方案。相關(guān)研究成果發(fā)表在學(xué)術(shù)期刊《自然》上。

長久以來，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，強(qiáng)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，研究團(tuán)隊設(shè)計合成了系列新型氟代烴溶劑分子，通過調(diào)控氟原子的電子密度和溶劑分子的空間位阻，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。

通過進(jìn)一步優(yōu)化分子結(jié)構(gòu)，團(tuán)隊厘清了該類電解液的設(shè)計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，在低溫下可擺脫束縛，仍具有快速的電荷轉(zhuǎn)移動力學(xué)。