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700Wh/kg低温性能优异的电池,离实用化还有多久?

5月前浏览750

前几天的电池学术界的重要成果不少,有压实密度3.0的铁锂,有有机电池,但是这一篇论文可能引起的关注更大,就是高比能电池突破700Wh/kg的新闻:  


 那今天咱们简单总结和分析一下这篇文章,大概推测一下它离实用化大概还有多久,可能会在哪里实用?  


 
 
 

主要内容  

我们的锂离子电池用的电解液溶剂一般都是用各种酯类,里面依赖含氧(O)或含氮(N)的配位基团来解离锂盐+形成内电路电导。不过,这些基团的强配位作用导致锂离子在电极界面脱溶剂化困难,限制了低温性能和快充能力。因此在很多特定的领域(比如低温),我们常常要对锂离子电池做很多针对性的体系改性,来尽量满足性能的期望。  


 而南开的这个工作的内容就是:开发新的电解液溶剂体系,合成了一系列单氟化烷烃(如  DFPDFB等),通过调控F原子的电子密度和空间位阻,发现单氟化的溶剂效果最好,最终实现了对LiFSI盐的高溶解度(>2 mol/L)。  


 其中  1,3-二氟丙烷(DFP) 表现出优异的综合性能:低粘度(0.95 cp)、高氧化稳定性(>4.9 V)、低温离子电导率(-70°C下为0.29 mS/cm)、高库仑效率(最高99.7%)、优异的锂沉积/剥离可逆性-稳定性等。  

用该电解液做出的软包电池,使用的正负极化学体系是NCM811+锂金属,能量密度可达700Wh/kg,低温到-50℃都可以工作而且还有相当的容量保持率。  


    




应用前景推测简评  

从整体内容和作者情况看,应该是很适合用在特种电源领域的。这个低温性能和很可能不错的倍率性能都是重要的亮点,而且该氟化溶剂体系对于更激进的化学体系的兼容性(811+Li金属)已经在文中有了初步的验证,这个是必须要肯定的——这样,超高比能领域的需求应该也会很契合  

不过对于我们一般大量使用锂离子电池的领域:动力和储能来说,这个技术近期内能有多大的实用前景就不好说了,主要挑战在于:  

成本高昂:这类溶剂比起传统的酯类大化工合成,合成过程中使用大量的昂贵物质,产率不高,流程长,考虑到现在锂离子电池大量使用的领域中,性能上是有些痛点但是太贵了更没有人要,这个东西怎么打开销路就不好说了。  

毒性和环保:摆弄氟,化工上都是个麻烦的事,各种环节的东西毒性大不少。而且后续使用,降解,环保评估都是个事(欧洲人还想研究能不能粘结剂也不用氟呢)。  

良率与提纯氟化反应往往有很多多反应,生成烯烃或其他氟代副产物。论文中也提到需要通过精馏(rectification)和氢化钠(NaH)处理来除杂,还要除水。如何把这些精细调控成分生产出的溶剂从各种副产物中“摘出来”,在化工方面得有不少工作要做。  

此外我们也需要对这个电池技术有个充分认识:  

它是一个全新的体系吗?不是。700Wh/kg电池用的正极是NCM811,负极是锂金属,这不就是目前我们常常提的高比能、“固态”中最常见的体系吗?它的主要工作就是更换了新型电解液使得性能/体系兼容有所提升,并不是把旧体系完全打碎了,完全不是。  

那已有体系的问题它能解决多少?比如高比能带来的安全、膨胀问题。当然这个全要求它来解决也不公平,在这只是提醒。  

性能是不是在各方面都没有短腿?这个文章里起码还少了像日历寿命,也是需要验证的。以及好像没有大倍率的数据(只有2C?)?后面有条件,大电芯,各种体系,各种性能都拉个遍,很多问题才能看的更清楚。  

分子设计的成分和工艺窗口有多宽?该论文也探索了不少分子设计上的方向,但是很多方向(更长的碳链、更多的氟取代),效果就不那么好了。所以设计空间如何,以及成分/结构控制的窗口对于化工生产带来的挑战有多大?  

它能适配哪些锂盐?光适配LiFSI那肯定不够,太贵了,更便宜的体系一起工作效果如何?期待更进一步的工作。



 

总结  

肯定是很牛的工作,在特种电源领域、超高比能电源方面的应用应该会比较快见到进展;在更走量的领域的使用方面,可以启发我们的新一代的体系开发设计工作。  

如果各位对于最近的其它的技术进展有明确的兴趣,可以留言,如果需求特别大的,可以专门开几篇介绍一下。  

本文为个人业余时间所作,不代表任何组织机构观点。  


    

来源:弗雷刘
化学电源电路电子UG储能控制
著作权归作者所有,欢迎分享,未经许可,不得转载
首次发布时间:2026-03-05
最近编辑:5月前
弗雷刘
博士 动力电池 新能源行业科普
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