【顶刊论文科普解读】从氧到氟，科学家为锂电池电解液“换赛道”

来源：光明网2026-02-28 13:11

“续航焦虑”是不少新能源汽车车主最头疼的事。如何让现有锂电池在体积与重量不变的情况下，实现续航成倍增长？

北京时间2月26日凌晨，国际顶尖学术期刊《自然》在线发表我国科学家在高比能锂电池领域的最新研究进展，通过全新的电解液技术，有望使现有锂电池在同等大小和重量的情况下，续航力成倍提升，耐低温性能也明显增强。

论文截图

给锂电池电解液“换赛道”‌

自1880年意大利物理学家亚历山德罗·伏特发明首个电堆以来，电池性能的每一次迭代升级，都离不开电解液的革新。如果把锂电池比作一台精密的能量机器，电解液就相当于它的“血液循环系统”，负责承载锂离子的传输，支撑电池完成充放电的核心过程。

长久以来，氧原子被认为是电解液溶剂中不可或缺的元素。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，氧原子如同“桥梁”，助力锂盐溶解，保障锂离子顺畅迁移，支撑电池稳定工作。

这套传统的锂-氧配位模式已十分成熟，但随着新能源汽车续航升级，极寒地区能源供给、航空航天等高端场景的需求提升，这套方法有些“力不从心”。

传统溶剂浸润性较差，需要大量使用才能保障效果，挤占了电池内部的空间，使得高能量密度、小型化的需求难以实现。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，通常在零下50℃以下电池就难以工作。就像寒冷天气会导致人体的血管收缩，血液流动速度变慢一样，低温时，电解液黏度增大，离子迁移速率减慢，电池内阻随之上升，电化学反应的速度变慢，电池的可用容量自然就会下降。

怎么实现“既要又要”的结果？南开大学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、特种化学电源全国重点实验室主任陈军，联合上海空间电源研究所研究员李永走出了一条“反常规”的研发之路——放弃锂-氧配位，改用锂-氟配位。通过设计合成系列新型氟代烃溶剂分子，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。

【顶刊论文科普解读】从氧到氟，科学家为锂电池电解液“换赛道”

氟配位卤代烃电解液的设计思路

别看只是氧和氟的一字之差，性能却有着巨大的提升。

赵庆介绍，氟代烃溶剂浸润性好，利用率高，可显著降低电解液用量。而且锂与氟配位更弱，在低温下可摆脱束缚，仍具有快速的电荷转移动力学。从而助力实现室温700瓦时/公斤超高比能锂金属电池，同时在-50℃环境中，电池仍展现出接近400瓦时/公斤的高能量密度。

从极寒到深空解锁更多可能

以氟代氧，打破了过去二百多年来电池电解液依赖氧原子的格局。对于普通消费者而言，对这项成果最直观的感受，或许是破解新能源汽车的续航与低温焦虑。

目前，商用新能源汽车的续航里程多在400-600公里，一旦成果落地应用，续航可翻倍提升。陈军介绍，经过实验室推算，基于该电解液的高比能电池如果安装在新能源汽车上，充一次电可以行驶超过1000公里甚至更高。未来，也许可以一次充电从北京直达上海。此外，在0℃环境下，传统锂电池只能释放约1/3的电量，该电池可以释放约70%电量，极大提高了效能。

在极端环境与特殊领域中，这项技术的优势则更为凸显。

“基于该电解液的高比能电池在具身智能机器人、低空经济以及极寒地区和航空航天等领域具有广阔的应用潜力。”陈军说。

在航空航天、低空经济领域，它的高比能、轻量化等特质，能为深空探测器和极地科考站装上一颗不怕冷的“心脏”，为无人机、电动垂直起降飞行器等提供更持久的动力支撑，飞得更远、工作更久；在具身智能机器人领域，高能量密度与稳定的低温性能，能提升机器人的续航能力与环境适应性，拓展其在各类场景中的应用可能。

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