中国研究人员开发出一种新型电解质,改变锂电池性能

一个中国研究团队开发了一种基于单氟化氢氟烃(HFC)的新型电解质,这改变了锂电池的性能。

根据2025年底发表在Nature上的研究,这种化学物质可以在室温下达到超过700 Wh/kg的能量密度,以及在−50 °C时达到约400 Wh/kg

这一进展代表了与当前高性能电池相比的一个飞跃,后者在正常条件下通常位于250–270 Wh/kg之间。

战略背景

在一个向加速电气化(电动交通、可再生能源储存、电气化工业)发展的世界中,保持极冷条件下的性能不再是一个技术细节,而成为一种战略条件。并非所有应用都在20 °C下运行,许多地区面临极地或大陆性气候。

电解质的作用

电解质在阳极和阴极之间传输锂离子。传统溶剂,基于氧或氮,存在以下限制:

  • 与Li⁺离子协调过强。
  • 修改后粘度高。
  • 快速充电和低温下效率下降。

问题集中在电极-电解质界面,在寒冷条件下动力学减慢。

nuevo electrolito
一种基于HFC的新型电解质提高了锂电池在极端温度下的能量密度。

HFC的创新

HFC以前曾被考虑过,但存在盐溶解度低和稳定性问题。新开发的关键在于增强氟原子的路易斯碱性,实现与Li⁺离子更弱但稳定的协调。

合成了六种溶剂,并在硬币型和袋型电池中进行了评估。新化合物能够以超过2 mol/L的浓度溶解锂盐,突破了历史性障碍。

明星电解质:1,3-二氟丙烷(DFP)

  • 低粘度:0,95 cP
  • 抗氧化稳定性:>4,9 V
  • 离子电导率:0,29 mS/cm 在−70 °C
  • 库仑效率:99,7 %,即使在苛刻条件下。
  • 每Ah电解质用量少于0,5 g,提高了整体能量密度。

潜在应用

结果是每公斤更多的能量和在−50 °C下的稳定运行。这为以下领域开辟了新可能性:

  • 寒冷地区的电动车辆,减少对化石燃料的依赖。
  • 电动航空和高空无人机,具有更长的续航能力。
  • 极端气候下的可再生能源储存,传统电池在此环境下失效。
  • 更轻的移动应用,通过减少每单位能量的重量和体积。

未来展望

如果稳定性和温度范围继续改善——通过调节HFC中的碳和氟比例——可能会巩固一代高密度锂金属电池

能源转型不依赖于单一技术,但像这样的进步使一切运作得更好。优化F–Li⁺协调性为超越当前功率和能量密度的上限开辟了一条途径,提供了更高的效率和气候韧性。

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