锂电池的“冬日emo”有解了？ “氟老弟”替班，打破低温魔咒

背后的“罪魁祸首”，其实都藏在锂电池的电解液里。

来自南开大学、中国科学院、上海空间电源研究所的科研团队，以合成的新型氟代烃溶剂取代传统电解液，成功破解了这一困扰行业多年的难题，让锂电池的性能实现了质的飞跃。

相关研究成果，2月26日发表于国际期刊《自然》。

锂电池里有条“高速公路”

换一种电解液，锂电池的性能为何会发生质变？

要搞清楚这点，首先要明白电解液在电池里是干什么的。

我们可以把锂电池想象成繁忙的城市。正负极是城市两头的工厂。电解液就是连接工厂的高速公路，锂离子会像小货车一样，在这条公路上来回搬运电能。

这条路是否宽阔、有没有结冰，都会影响锂电池的性能。

过去几十年间，产业界一直认为，锂电池的电解液里必须含有氧原子。

因为，氧和锂是“铁哥们”，它们之间具有强大的相互作用力，氧原子可轻松溶解锂盐，让锂离子顺利“上路”。

碳酸酯类溶剂，就是这一配方的典型代表。当前智能手机、笔记本电脑、电动车里的锂电池，基本上用的都是这套方案。

不过，这一多年老配方也有不少“硬伤”：

首先，正因氧和锂的关系“太铁”，锂离子跑到电极两端后，很难从氧身边“脱身”，无形拖慢了电池的充电速度。

其次，氧配方铺就的“高速公路”不够“丝滑”，很难浸润电池的每个角落。为了保证畅通，只能多铺路。结果就是，大量本可以用来储存电能的宝贵空间被挤占，能量密度就这么被卡死了。

更要命的是，温度降到零下50摄氏度时，“高速公路”会被冻上，电池也就彻底罢工了。

铺一条更宽广“丝滑”的新路

氧原子的表现如此不尽如人意，难道没有替代品吗？

科研人员把目光投向了氧的“兄弟”——氟。

氟和氧在元素周期表上是邻居，但性格大不相同，跟锂的关系也没那么密切，而且更不怕冷。

这意味着，锂离子在新的“高速公路”上跑，到站后能轻松“下车”，快速装卸货。电池充电速度快了，低温也不太影响性能。

此外，用氟铺就的“高速公路”质地特别“丝滑”。它还能轻松浸润电池内部的微小孔隙，只需很少的量就能完工。省下来的空间，可以用来储存更多电能。

不过，氟也有个臭“脾气”——不太乐意“搭理”锂盐。简单说，就是氟溶解锂盐的能力较弱。

如何让氟既保留全部优点，又能溶解锂盐呢？

科研团队花了好几年“啃”下了这块硬骨头——通过精确调整氟原子的“电子密度”和溶剂分子的“空间结构”，找到了完美的平衡点，并合成氟代烃溶剂分子。

测试结果让人惊喜：新型锂电池的能量密度提升至700瓦时/公斤，是主流锂电池的2到3倍。更重要的是，电池在零下50摄氏度环境中，依然能保持接近400瓦时/公斤的高能量密度。

手机一天两充将成为历史

上述这些数据到底意味着什么？

对于消费电子领域而言，新技术能彻底改变手机、笔记本电脑、智能穿戴设备等产品的使用体验——同等体积下，设备续航可实现翻倍，彻底告别“一天多充”的困扰，同时低温环境下的使用稳定性大幅提升。

对于新能源汽车产业而言，新技术可让新能源汽车续航里程直接翻倍，同时解决冬季续航“腰斩”的行业难题，降低消费者的里程焦虑。

除此之外，新技术还可应用于特种装备、储能设备等领域，尤其是在低温储能、户外特种电源等场景中，发挥不可替代的作用。

目前，科研团队已经完成了实验室小试，稳定性和可靠性都达到了商用标准。

当然，科学突破与产业应用之间，仍横亘着成本、供应链和工程化的漫长鸿沟。锂电池的故事，科学界已经讲述了三十多年，不少曾在实验室里闪耀的新技术，在走向量产时却遭遇“滑铁卢”。

新型氟代烃溶剂锂电池能否跨越产业化的“最后一公里”，还有待进一步验证，正如该成果论文作者在致谢部分所言：“该技术尚未实现产业化。”

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