续航、安全、耐低温,一直是锂电池追求的目标。之前普遍认为实现这一目标的路径是固态电池,但越来越涌现出一些技术,证明固态电池可能不是唯一路线。
北京时间2月26日,南开大学和上海空间电源研究所等单位科研人员组成的团队,在国际学术期刊《自然》上发表一项成就,通过改进电解液,做出了能量密度高达700Wh/kg的电池。并且,该电池具有极佳的耐低温性能,即便在-50℃低温下,仍有400Wh/kg的能量密度。

目前主流磷酸铁锂电池的能量密度一般不超过200Wh/kg,三元锂一般不超过300Wh/kg。所以南开大学和上海空间电源研究所这款电池,可以说实现了锂电池续航的翻倍。即便在-50℃低温下,续航也比最好的磷酸铁锂高1倍。而固态电池当前的能量密度,目前也就400Wh/kg多一点,超过500Wh/kg的都很少。所以这款电池的能量密度,甚至到了碾压固态电池的程度;并且即便在-50℃低温下,能量密度与半固态电池也有一拼。
值得一说的是,该电池并非固态电池,其电解质仍是液态的。而其之所以有这么高的能量密度和耐低温能力,也是因为在电解质上做了改进。传统锂离子电池电解液溶剂通常含氧,其优点是对锂盐有很强的溶解性,但这种强相互作用也限制了电荷的转移,导致电池能量密度难以进一步提升,也限制了其低温性能。团队用同周期的氟元素替代氧元素,因为氟和锂的配位更弱一些,容易让锂离子发生电荷转移,以此使整个电池的功率密度得到了提升。

但氟配位的新型氟代烃溶剂,并非电池实现700Wh/kg能量密度的唯一秘籍,它同时还搭配了锂金属负极。锂金属负极是共用技术,固态电池也可以用。但即便锂金属负极的固态电池,能量密度能超过600Wh/kg的也很少,所以南开大学和上海空间电源研究所这款锂离子电池,甚至可以碾压锂金属负极的固态电池。同时也说明,其核心秘诀不是锂金属负极,而还是在氟配位的新型氟代烃溶剂上。
参与该电池研制的上海空间电源研究所,又称航天八院811所,一看就是主攻航天电源的。那这么逆天的耐低温锂电池,应该也是用在航天领域,载人航天、探月工程、北斗高航、高分遥感估计都用得上。
在“瓦森纳安排”两用物项管制清单中,航天用的“高能原电池及二次电池”也是管制物项。在陈立泉院士等人努力下,我国锂电池技术不仅实现了追平还实现了赶超。这次南开大学和上海空间电源研究所等单位联合研制的使用新型氟代烃溶剂的锂电池,可以说再次扩大了我国在该领域的优势,进而扩大了我国在航天领域的优势。
当然我们普通人关心的,还是这款电池能不能用在家用汽车上?能用的话啥时候量产?价格贵不贵?首先可以肯定的是,这款电池能用在家用汽车上,南开大学宣传时也提到了新能源汽车场景。但至于什么时候量产,这个确实不好回答,从论文情况看,这还是个非常早期的实验室技术;并且量产价格估计也不会便宜,即便抛开其他因素,氟这种元素也比氧昂贵许多。
所以在家用汽车上,值得期待的还是固态电池,这个今年应该就能装车;而南开大学和上海空间电源研究所等单位研制的这个“航天电池”,短期内还很难“飞入寻常百姓家”。