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從新能源汽車到極地探險(xiǎn)，從低空經(jīng)濟(jì)到航空航天，電池的“怕冷"一直是困擾行業(yè)的難題。如今，中國(guó)科學(xué)家給出了答案。

 

 

電池的“冬季焦慮"

 

每到冬天，電動(dòng)車主的焦慮就會(huì)如期而至——續(xù)航縮水、充電變慢、加速乏力。數(shù)據(jù)顯示，普通鋰電池在-20℃以下就難以正常工作，到了-30℃基本“罷工"。而在南北極、高海拔地區(qū)乃至航空航天領(lǐng)域，-50℃甚至更低的極寒環(huán)境，對(duì)電池來(lái)說(shuō)幾乎是災(zāi)難。

 

但這正在被中國(guó)科學(xué)家打破。

 

 

700 Wh/kg的突破：改寫鋰電池的“配方"

 

北京時(shí)間2026年2月26日，國(guó)際學(xué)術(shù)期刊《自然》在線發(fā)表了一項(xiàng)來(lái)自中國(guó)的重磅研究成果。

 

由南開大學(xué)化學(xué)學(xué)院研究員趙慶，中國(guó)科學(xué)院院士、南開大學(xué)常務(wù)副校長(zhǎng)陳軍團(tuán)隊(duì)，聯(lián)合上海空間電源研究所研究員李永共同完成的研究，成功研制出能量密度高達(dá)700瓦時(shí)/公斤的鋰金屬電池。

 

700瓦時(shí)/公斤是什么概念？目前主流的鋰離子電池能量密度在160-300瓦時(shí)/公斤之間，這意味著新電池的能量密度是現(xiàn)有技術(shù)的2倍以上。更驚人的是，這款電池在-50℃的極寒環(huán)境中，仍能釋放出接近400瓦時(shí)/公斤的高能量。

 

“基于新體系構(gòu)建的鋰電池，室溫能量密度高達(dá)700瓦時(shí)/公斤，即使在-50℃的極寒環(huán)境中，仍能釋放出接近400瓦時(shí)/公斤的高能量。"陳軍院士在接受采訪時(shí)表示。

 

 南開大學(xué)科研團(tuán)隊(duì)測(cè)試新研發(fā)的鋰電池

從“氧配位"到“氟配位"

 

電池的“老傳統(tǒng)"

 

自1800年伏特發(fā)明電堆（伏特電池）以來(lái)，電池的電解液體系經(jīng)歷了從鉛酸、鎳氫到鋰電池的多次迭代。但有一個(gè)底層邏輯始終未變：氧原子被認(rèn)為是電解液溶劑中關(guān)鍵的元素。

 

目前商用的鋰電池電解液，通常由鋰鹽和碳酸酯類溶劑組成。鋰與碳酸酯溶劑中氧的離子-偶極作用，可以促進(jìn)鋰鹽的溶解。但這個(gè)“老傳統(tǒng)"存在兩個(gè)致命缺陷：

 

溶劑浸潤(rùn)性差、用量多，導(dǎo)致電池能量密度始終難以進(jìn)一步提升；

鋰與氧的強(qiáng)相互作用會(huì)阻礙電池中界面電荷轉(zhuǎn)移，嚴(yán)重限制低溫性能——通常-50℃以下電池就難以工作。

 

“氟配位"的新思路

 

南開大學(xué)團(tuán)隊(duì)另辟蹊徑：用氟原子取代氧原子溶解鋰鹽。

 

他們?cè)O(shè)計(jì)合成了系列新型氟代烴溶劑分子，通過(guò)調(diào)控氟原子的電子密度和溶劑分子的空間位阻，實(shí)現(xiàn)了電解液中鋰鹽的有效溶解，成功以鋰-氟配位新體系替代了傳統(tǒng)的鋰-氧配位模式。

 

“氟代烴溶劑浸潤(rùn)性好、利用率高，可顯著降低電解液用量；同時(shí)鋰與氟配位更弱，在低溫下可擺脫束縛，仍具有快速的電荷轉(zhuǎn)移動(dòng)力學(xué)。"趙慶研究員解釋道。

 

通俗來(lái)說(shuō)：在傳統(tǒng)電池中，鋰離子被氧原子“牢牢抓住"，低溫下更難掙脫；而在新體系中，氟原子對(duì)鋰離子的“束縛"更弱，讓鋰離子即使在-50℃的嚴(yán)寒中也能自由穿梭、快速放電。

 

 

從實(shí)驗(yàn)室到應(yīng)用：這些場(chǎng)景將被改寫

 

這項(xiàng)成果具備自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，其應(yīng)用前景令人振奮。

 

新能源汽車

 

續(xù)航焦慮和低溫性能，一直是制約電動(dòng)車普及的兩大瓶頸。陳軍院士表示：“能量密度和低溫性能是阻礙電動(dòng)汽車廣泛應(yīng)用的瓶頸。"

 

相比之下，新電池在-50℃仍能保持近400Wh/kg的能量密度，這意味著即使在中國(guó)北端的漠河、在俄羅斯的西伯利亞、在加拿大的育空地區(qū)，電動(dòng)車也能正常行駛。

 

 

低空經(jīng)濟(jì)與具身智能

 

隨著低空經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，無(wú)人機(jī)、飛行汽車對(duì)電池的能量密度和安全性提出了更高要求。同時(shí)，具身智能機(jī)器人需要在各種復(fù)雜環(huán)境中作業(yè)，極寒環(huán)境下的續(xù)航能力至關(guān)重要。

 

 

極地探索與航空航天

 

南極科考、北極探險(xiǎn)、高空探測(cè)……這些環(huán)境對(duì)電池的低溫性能有著近乎苛刻的要求。新電池的突破，為這些領(lǐng)域提供了全新的動(dòng)力方案。

 

陳軍院士展望道：“基于該電解液的高比能電池在新能源汽車、具身智能機(jī)器人、低空經(jīng)濟(jì)以及極寒地區(qū)和航空航天等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用潛力。"

 

 

不止于此：從500到1000公里的量產(chǎn)落地

 

值得注意的是，這并非南開大學(xué)團(tuán)隊(duì)在電池領(lǐng)域的突破。

 

就在同一月，該團(tuán)隊(duì)聯(lián)合中國(guó)一汽紅旗品牌，發(fā)布了可量產(chǎn)化的超高能量密度富鋰錳基固液混合電池系統(tǒng)。該系統(tǒng)單體能量密度超過(guò)500Wh/kg，搭載該電池的電動(dòng)車?yán)m(xù)航里程可達(dá)1000公里以上。

 

南開大學(xué)化學(xué)學(xué)院教授嚴(yán)振華介紹，相比之下，目前主流鋰離子電池續(xù)航里程約800公里，工作溫度通常在-20℃至-30℃區(qū)間。

 

中國(guó)一汽新能源電池公司總經(jīng)理盧天軍更透露了一個(gè)令人期待的消息：搭載新電池、續(xù)航超1000公里的電動(dòng)車，預(yù)計(jì)將于2026年底實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)。

 

“保守估計(jì)，其性能相當(dāng)于比現(xiàn)有技術(shù)提升了約50%。"盧天軍表示。

 

 

 結(jié)語(yǔ)：從“能量心臟"到新質(zhì)生產(chǎn)力

 

從伏特電池到鋰電池，電池技術(shù)的每一次迭代，都深刻改變著人類社會(huì)。作為現(xiàn)代社會(huì)的“能量心臟"，電池的升級(jí)始終是科技革命的重要驅(qū)動(dòng)力。

 

陳軍院士說(shuō)：“我們不能總是待在塔里。我們的目標(biāo)是解決真實(shí)的工業(yè)挑戰(zhàn)。"

 

從-50℃極寒環(huán)境下的穩(wěn)定放電，到700Wh/kg的能量密度突破，再到1000公里續(xù)航的量產(chǎn)落地——中國(guó)科學(xué)家正在重新定義電池的“極限"。這些成果，將為我國(guó)加快發(fā)展新質(zhì)生產(chǎn)力注入強(qiáng)勁動(dòng)能。

 

下一次，當(dāng)你駕駛電動(dòng)車穿越冰天雪地，或看到無(wú)人機(jī)在極地上空巡航時(shí)，請(qǐng)記?。哼@背后，是一場(chǎng)從“氧"到“氟"的化學(xué)革命。