天津大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)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，研制了能量密度超過(guò)600瓦時(shí)/千克的軟包電芯和480瓦時(shí)/千克的模組電池，其性能指標(biāo)比現(xiàn)有鋰離子電池的能量密度和續(xù)航能力提高了2至3倍。這一研究成果于8月13日發(fā)表于國(guó)際頂級(jí)期刊《自然》。
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(duì)高能量、長(zhǎng)續(xù)航可充放電池的需求日益迫切。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(kāi)發(fā)新一代更高能量、更長(zhǎng)續(xù)航的鋰電池技術(shù)，是目前全球范圍內(nèi)各國(guó)研究人員都在力求突破的技術(shù)難關(guān)。
為解決上述問(wèn)題，天津大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)與合作者聯(lián)合攻關(guān)，經(jīng)過(guò)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(duì)主導(dǎo)溶劑化結(jié)構(gòu)的依賴。
該研究團(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(guò)引入多樣化的電解液微環(huán)境，增加溶劑化環(huán)境的無(wú)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。與此同時(shí)，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(kāi)發(fā)過(guò)程中，研究團(tuán)隊(duì)強(qiáng)化多學(xué)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(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)建成高能鋰金屬電池中試生產(chǎn)線，產(chǎn)品應(yīng)用于3款微型全電無(wú)人飛行器，比現(xiàn)有電池續(xù)航時(shí)間提高了2.8倍。
