近日，南开大学与上海空间电源研究所的科研团队在《自然》杂志发表了一项关于锂电池技术的重大突破。该团队成功研发出多种含氟电解液，使锂电池在室温下的能量密度达到707瓦时/公斤，刷新全球纪录。更令人瞩目的是，这种新型电池在零下50℃环境中仍能稳定输出约400瓦时/公斤的能量密度，即便在零下70℃的极端低温下，其放电容量保持率依然可观，为低温环境下的能源应用开辟了新路径。
当前市场上主流锂电池在室温下的能量密度约为300瓦时/公斤，而在零下20℃环境下，其能量密度会骤降至150瓦时/公斤以下。相比之下，中国科研团队的新成果在低温性能上实现了质的飞跃。这一突破源于对电解液配方的创新设计——传统商用锂电池多采用含氧或含氮的溶剂作为电解液，虽然能通过强配位作用溶解大量锂盐，但锂离子在电极表面脱溶剂化时需消耗大量能量，导致低温环境下电池内阻激增、性能急剧下降。
为解决这一难题，科研团队提出“氟+碳+氢”的化合物设计思路，既利用氟与锂离子的弱配位作用降低脱溶剂化能垒，又确保锂盐的充分溶解。通过合成多种单氟代烷烃，团队发现当氟原子以-CH₂F形式存在时，其电子云密度更高，可溶解超过2摩尔/升的锂盐。其中，1,3-二氟丙烷的性能尤为突出：其粘度低于水，流动性极佳；在零下70℃时离子电导率远超传统电解液；交换电流密度是传统醚类电解液的14倍，电极反应速度显著提升。
上海空间电源研究所研究员李永介绍，这一创新成果得益于团队对电解液配方的系统性优化。传统氟化溶剂因配位作用过弱导致导电性差，而新型含氟电解液通过精准调控氟原子位置，实现了锂盐溶解度与离子导电性的平衡。实验数据显示，基于1,3-二氟丙烷的软包电池在室温下能量密度达707瓦时/公斤，在零下70℃时仍能保持良好放电能力，为新能源汽车、无人机、人形机器人等产品的续航提升提供了技术支撑。
该技术若实现商业化应用，将显著改变多个领域的能源使用格局。例如，新能源汽车在东北、西北等寒冷地区的续航问题将得到彻底解决；航天器可减少为应对低温而配备的环境控制系统，从而增加有效载荷；极地科考设备也将摆脱对传统保温措施的依赖。目前，科研团队正进一步优化电池循环寿命，并开展安全性能测试，为新型锂电池的规模化应用奠定基础。
