可將鋰電池能量和續(xù)航提高2—3倍 《自然》刊發(fā)天津大學(xué)團(tuán)隊(duì)最新成果

中國教育報(bào)-中國教育新聞網(wǎng)訊（通訊員 劉曉艷 記者 陳欣然）北京時(shí)間8月13日，國際頂級(jí)期刊《自然》以“離域電解質(zhì)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn) 二次鋰金屬軟包電池突破600Wh/kg”為題在線刊發(fā)天津大學(xué)團(tuán)隊(duì)最新研究成果。該研究突破現(xiàn)有傳統(tǒng)鋰離子電池在能量密度和應(yīng)用性能上的瓶頸，首創(chuàng)鋰金屬電池電解液“離域化”設(shè)計(jì)理念，在國際上首次研制了能量密度超過600瓦時(shí)/公斤的軟包電芯和480瓦時(shí)/公斤的模組電池，其性能指標(biāo)比現(xiàn)有鋰離子電池的能量密度和續(xù)航能力直接提高了2—3倍。這一成果標(biāo)志著我國在鋰金屬電池這一前沿領(lǐng)域的全球領(lǐng)先地位。

隨著電動(dòng)交通、低空經(jīng)濟(jì)、消費(fèi)電子及人形機(jī)器人等新興領(lǐng)域迅速發(fā)展，人們對高能量、長續(xù)航可充放電池的需求日益迫切。能量密度是電池核心指標(biāo)，如何在重量更輕、體積更小的情況下儲(chǔ)能更多電量面臨重大技術(shù)挑戰(zhàn)。鋰金屬電池因具備遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)鋰離子電池的理論能量密度，被視為解決現(xiàn)有電池性能瓶頸和提高續(xù)航能力的新一代電池技術(shù)。但目前的電解液設(shè)計(jì)主要依賴溶劑主導(dǎo)或陰離子主導(dǎo)的溶劑化結(jié)構(gòu)，難以同時(shí)兼顧電池能量輸出和循環(huán)壽命的提升要求。突破電解液設(shè)計(jì)瓶頸，開發(fā)新一代更高能量、更長續(xù)航的鋰電池技術(shù)，是目前全球范圍內(nèi)各國研究人員都在力求突破的技術(shù)難關(guān)。

天津大學(xué)科研團(tuán)隊(duì)與合作者聯(lián)合攻關(guān)，經(jīng)過數(shù)年科技創(chuàng)新和技術(shù)攻關(guān)，首創(chuàng)高能鋰金屬電池電解液“離域化”設(shè)計(jì)理念，打破了傳統(tǒng)電解液設(shè)計(jì)對主導(dǎo)溶劑化結(jié)構(gòu)的依賴。

團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人、天津大學(xué)材料學(xué)院胡文彬教授介紹，這種全新的離域電解液設(shè)計(jì)理念，通過引入多樣化的電解液微環(huán)境，增加溶劑化環(huán)境的無序性，從而優(yōu)化整體電解液性能。這種設(shè)計(jì)理念能夠有效平衡溶劑主導(dǎo)和陰離子主導(dǎo)的溶劑化結(jié)構(gòu)，減少動(dòng)力學(xué)障礙，穩(wěn)定電極/電解液界面，為電池性能的突破性提升提供了巨大潛力。通過這一創(chuàng)新，研究實(shí)現(xiàn)了高能量密度電池“Battery600”的性能目標(biāo)，并成功實(shí)現(xiàn)了高能量密度電池組“Pack480”的可擴(kuò)展性，為未來鋰金屬電池的應(yīng)用奠定了重要基礎(chǔ)。與此同時(shí)，該技術(shù)同時(shí)兼具優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性和安全特性，在高能電池研究領(lǐng)域形成了前沿引領(lǐng)作用。

目前，依托天津大學(xué)國家儲(chǔ)能技術(shù)產(chǎn)教融合創(chuàng)新平臺(tái)和貴金屬功能材料全國重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室等國家級(jí)平臺(tái)，團(tuán)隊(duì)正積極推進(jìn)相關(guān)成果的技術(shù)轉(zhuǎn)化和應(yīng)用驗(yàn)證。已經(jīng)建設(shè)高能鋰金屬電池中試生產(chǎn)線，成功應(yīng)用于我國三款型號(hào)微型全電無人飛行器，比現(xiàn)有電池的續(xù)航時(shí)間提高了2.8倍。目前，團(tuán)隊(duì)已經(jīng)掌握了高能鋰電池“材料—電解液—電極—電池”全鏈條核心技術(shù)，全部原材料和關(guān)鍵技術(shù)自主可控，并且具備了高一致性批量化生產(chǎn)能力，預(yù)計(jì)今年下半年全面投產(chǎn)運(yùn)行。