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。
