天津大學研究團隊突破現(xiàn)有傳統(tǒng)鋰離子電池在能量密度和應用性能上的瓶頸，首創(chuàng)鋰金屬電池電解液“離域化”設(shè)計理念，研制了能量密度超過600瓦時/千克的軟包電芯和480瓦時/千克的模組電池，其性能指標比現(xiàn)有鋰離子電池的能量密度和續(xù)航能力提高了2至3倍。這一研究成果于8月13日發(fā)表于國際頂級期刊《自然》。
隨著電動交通、低空經(jīng)濟、消費電子及人形機器人等新興領(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。鋰金屬電池因具備遠高于傳統(tǒng)鋰離子電池的理論能量密度，被視為解決現(xiàn)有電池性能瓶頸和續(xù)航能力的新一代電池技術(shù)。但目前的電解液設(shè)計主要依賴溶劑主導或陰離子主導的溶劑化結(jié)構(gòu)，難以同時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)。
為解決上述問題，天津大學的研究團隊與合作者聯(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)計理念，打破了傳統(tǒng)電解液設(shè)計對主導溶劑化結(jié)構(gòu)的依賴。
該研究團隊負責人、天津大學材料學院胡文彬教授介紹，這種全新的離域電解液設(shè)計理念，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)計理念能夠有效平衡溶劑主導和陰離子主導的溶劑化結(jié)構(gòu)，減少動力學障礙，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。與此同時，該技術(shù)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)域發(fā)揮前沿引領(lǐng)作用。
開發(fā)過程中，研究團隊強化多學科交叉，借助人工智能技術(shù)成功將傳統(tǒng)電解液材料篩選的研發(fā)周期大幅縮短。目前，該團隊正積極推進相關(guān)成果的技術(shù)轉(zhuǎn)化和應用驗證，已經(jīng)建成高能鋰金屬電池中試生產(chǎn)線，產(chǎn)品應用于3款微型全電無人飛行器，比現(xiàn)有電池續(xù)航時間提高了2.8倍。
