該研究打破鋰電池延續兩百年的“氧配位”傳統，創新設計出氟配位的新型電解液，用氟原子取代氧原子溶解鋰鹽，大幅提升溶劑利用率，從而助力實現室溫700瓦時/公斤超高比能鋰金屬電池。
來自南開大學的消息顯示，北京時間2月26日凌晨，國際頂尖學術期刊《自然》（Nature）在線發表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、特種化學電源全國重點實驗室主任陳軍，聯合上海空間電源研究所研究員李永在高比能鋰電池領域的最新研究進展。
長久以來，氧原子被認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-偶極作用可促進鋰鹽的溶解。然而，這種溶劑浸潤性差，用量多，導致電池能量密度始終難以進一步提升；同時，強相互作用會阻礙電池中界面電荷轉移，限制低溫性能，通常-50℃以下電池就難以工作。
氟配位鹵代烴電解液的設計思路 圖片來源：南開大學
為此，研究團隊設計合成了系列新型氟代烴溶劑分子，通過調控氟原子的電子密度和溶劑分子的空間位阻，實現電解液中鋰鹽的有效溶解，成功取代了傳統的鋰-氧配位方式。
通過進一步優化分子結構，研究團隊厘清了該類電解液的設計原則和鋰金屬相容性規律。相比于傳統基于鋰-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移動力學。
該研究打破鋰電池延續兩百年的“氧配位”傳統，創新設計出氟配位的新型電解液，用氟原子取代氧原子溶解鋰鹽，大幅提升溶劑利用率，從而助力實現室溫700瓦時/公斤超高比能鋰金屬電池，同時在-50℃環境中，電池仍展現出接近400瓦時/公斤的高能量密度。
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