记者26日从南开大学获悉,该校化学学院研究员赵庆,中国科学院院士、南开大学常务副校长陈军团队,联合上海空间电源研究所研究员李永,打破锂电池延续两百年的“氧配位”传统,创新设计出氟配位的新型电解液。该技术用氟原子取代氧原子溶解锂盐,大幅提升溶剂利用率,成功研制出能量密度高达700瓦时/公斤的锂金属电池。更关键的是,新电池在-50℃的极寒环境中,仍能释放接近400瓦时/公斤的高能量,为新能源汽车及极地探索等场景提供全新动力方案。相关研究成果发表在学术期刊《自然》上。
长久以来,氧原子被认为是电解液溶剂中不可或缺的元素。如目前商用的锂电池电解液通常由锂盐和碳酸酯类溶剂组成,锂与碳酸酯溶剂中氧的离子-偶极作用可促进锂盐的溶解。然而,这种溶剂浸润性差,用量多,导致电池能量密度始终难以进一步提升;同时,强相互作用会阻碍电池中界面电荷转移,限制低温性能,通常-50℃以下电池就难以工作。
为此,研究团队设计合成了系列新型氟代烃溶剂分子,通过调控氟原子的电子密度和溶剂分子的空间位阻,实现电解液中锂盐的有效溶解,成功取代了传统的锂-氧配位方式。
通过进一步优化分子结构,团队厘清了该类电解液的设计原则和锂金属相容性规律。相比于传统基于锂-氧配位的电解液体系,由于氟代烃溶剂浸润性好,利用率高,可显著降低电解液用量;同时锂与氟配位更弱,在低温下可摆脱束缚,仍具有快速的电荷转移动力学。
记者26日从南开大学获悉,该校化学学院研究员赵庆,中国科学院院士、南开大学常务副校长陈军团队,联合上海空间电源研究所研究员李永,打破锂电池延续两百年的“氧配位”传统,创新设计出氟配位的新型电解液。该技术用氟原子取代氧原子溶解锂盐,大幅提升溶剂利用率,成功研制出能量密度高达700瓦时/公斤的锂金属电池。更关键的是,新电池在-50℃的极寒环境中,仍能释放接近400瓦时/公斤的高能量,为新能源汽车及极地探索等场景提供全新动力方案。相关研究成果发表在学术期刊《自然》上。
长久以来,氧原子被认为是电解液溶剂中不可或缺的元素。如目前商用的锂电池电解液通常由锂盐和碳酸酯类溶剂组成,锂与碳酸酯溶剂中氧的离子-偶极作用可促进锂盐的溶解。然而,这种溶剂浸润性差,用量多,导致电池能量密度始终难以进一步提升;同时,强相互作用会阻碍电池中界面电荷转移,限制低温性能,通常-50℃以下电池就难以工作。
为此,研究团队设计合成了系列新型氟代烃溶剂分子,通过调控氟原子的电子密度和溶剂分子的空间位阻,实现电解液中锂盐的有效溶解,成功取代了传统的锂-氧配位方式。
通过进一步优化分子结构,团队厘清了该类电解液的设计原则和锂金属相容性规律。相比于传统基于锂-氧配位的电解液体系,由于氟代烃溶剂浸润性好,利用率高,可显著降低电解液用量;同时锂与氟配位更弱,在低温下可摆脱束缚,仍具有快速的电荷转移动力学。
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