圖①：未來電池的應用圖景。 　　圖②：陳軍（右二）和團隊成員在實驗室工作。 　　圖③：鋰電池電解液的創新思路示意圖。 　　以上圖片均為南開大學提供

　　“十五五”規劃綱要提出，加快新一代信息技術、新能源、新材料、智能網聯新能源汽車、機器人、生物醫藥、高端裝備、航空航天等戰略性新興產業發展。鋰電池被廣泛運用於新能源汽車領域，但目前存在續航裡程有限、低溫環境表現有待提高等問題。如何讓鋰電池提升續航能力和耐低溫性能？本期“院士講科普”，我們邀請中國科學院院士、南開大學常務副校長陳軍教授，講解新型電池的科研進展。

　　——編  者

　　鋰電池被廣泛運用於新能源汽車領域，但“續航焦慮”仍令不少車主頭疼。如何讓現有鋰電池在體積與重量不變的情況下，實現續航成倍增長？

　　今年，由南開大學和上海空間電源研究所等單位科研人員組成的團隊，取得鋰電池關鍵技術新突破。團隊通過全新的電解液技術，有望使鋰電池實現續航能力成倍提升、耐低溫性能明顯增強。這一成果在國際學術期刊《自然》上發表，受到廣泛關注。

　　遇到瓶頸

　　鋰電池的“成長煩惱”

　　鋰電池堪稱現代社會的“能量心臟”，從手機、新能源汽車到航天器，都有鋰電池的身影。然而，這顆“心臟”主要有兩個“成長煩惱”：一是續航焦慮，二是低溫趴窩。

　　前者源於能量密度提升瓶頸。我們希望電動車能夠一次充電跑上千公裡，手機續航一周不用再次充電，這需要電池在不改變體積和重量的情況下儲存更多的電能。遺憾的是，過去幾十年來，鋰電池的能量密度提升遇到了困難，如同百米短跑運動員的成績，11秒要突破到10秒以內，每一步都異常艱難。

　　后者源於電化學反應速率隨溫度下降而變慢。在北方寒冷的冬天，很多車主會明顯感覺電動車續航裡程“打折”，一些用戶也發現手機會突然關機，這正是鋰電池低溫性能不佳的表現。

　　為了突破瓶頸，科學家嘗試了許多方法，但大多圍繞著“鋰—氧配位”這一基礎規則。在傳統鋰電池的電解液中，溶劑分子（可以想象成運送鋰離子的小車）上普遍含有氧原子。鋰離子通過與氧原子“手拉手”（配位）的方式，被溶劑裝載和運輸。然而，在“氧基”模式下，鋰離子“上車易下車難”，拖慢充放電﹔化學窗口窄，電池能量密度難提升﹔溶劑在高溫或濫用情況下易燃，安全性存在挑戰。可以說，“鋰—氧配位”這一基礎規則，本身就設定了電池性能的天花板。

　　創新賽道

　　“鋰—氟配位”效果好

　　電解液是鋰電池的“血液”和“高速公路”，其性能直接決定了離子傳輸的效率、電池工作的電壓窗口和溫度范圍。電解液的革新往往是電池迭代升級的關鍵。因此，團隊嘗試聚焦溶劑分子底層革新，給電解液換個賽道。

　　我們選擇從根本上改變離子“坐車”的規則——從傳統的“鋰—氧配位”轉向“鋰—氟配位”。如果把鋰離子穿越電池的過程比作一場旅行，那麼溶劑分子就是它乘坐的交通工具。過去，它一直坐的是“氧基馬車”，速度慢、負重低、怕顛簸（低溫）。現在，我們為它設計了一輛全新的“氟基超級跑車”，研發“氟代烴溶劑”作為“跑車”的材料。

　　為什麼是氟？氟是元素周期表中電負性最強的元素，吸引力極強。當鋰離子與氟原子“牽手”時，這種結合力更強、更穩定。我們通過分子設計，使得氟原子與鋰離子的結合具有恰到好處的“弱相互作用”，既能穩定地裝載離子，又能在需要時輕鬆釋放，讓離子的“上下車”效率（脫溶劑化能）大大提升。

　　全氟化或高度氟化的溶劑分子具有極高的氧化穩定性。由它們構成的電解液能夠承受更高的電壓而不被分解，這為我們匹配更高電壓的正極材料，從而大幅提升電池能量密度掃清了關鍵障礙。

　　氟代烴溶劑通常具有優異的阻燃性和極低的凝固點。前者讓電池的“血液”本身更難燃燒，提升了安全性﹔后者則讓電解液在極寒環境下也能保持流暢，解決了電池的低溫趴窩問題。

　　總的來說，“鋰—氟配位”通過氟代烴溶劑實現了“用量更少、跑得更快、更耐低溫”的效果，好比為鋰電池換上了一顆更強大、更耐用的“心臟”。

　　想象未來

　　從實驗室到改變生活

　　這項突破將為我們描繪出怎樣的未來圖景？

　　首先，它有望實質性破解新能源汽車的續航與低溫焦慮。實驗表明，基於新電解液體系的鋰電池，在同等體積和重量下，其能量密度有望比目前頂級的傳統鋰電池提升一倍以上。未來搭載此類電池的電動車續航裡程突破1000公裡將成為可能。同時，即使在嚴寒環境中，電池依然能保持大部分活性，讓北方的朋友冬天開車不再擔心。

　　其次，它將為諸多前沿領域提供更強勁的動力。在低空經濟與航空航天領域，更長續航、更輕量化的電池是“空中出租車”、物流無人機及高空長航時飛行器的作業基礎，也為深空探測等尖端裝備提供新選項。在具身智能與算力中心領域，人形機器人、外骨骼需要高能量密度、高安全性的動力源，算力中心也面臨能源需求飆升。一顆強大的“氟基”電池，正是它們的力量之源。

　　當然，這項技術從實驗室走向規模化量產，還需要解決氟代烴溶劑的大規模低成本合成與純化問題，需要優化與之匹配的正負極材料體系，需要建立全新的電池制造工藝與品控標准，可能還需要1—2年甚至更長時間的工程化攻關。

　　放眼未來，我們看到了電池乃至整個電化學儲能領域發展的新方向：從原子、分子層面進行原創性的材料設計，通過突破傳統規則的應用邊界（如配位化學），來顛覆現有技術路徑。這不只是單項技術的突破，更可能引發正極、負極、隔膜等一系列材料的連鎖創新，推動電池技術進入一個全新的代際。

　　（作者為中國科學院院士、南開大學常務副校長，本報記者李家鼎採訪整理）

　　《 人民日報 》（ 2026年11月14日 06 版）