700Wh/kg低温性能优异的电池，离实用化还有多久？
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 DFP、DFB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
