首创！我国科学家将锂电池能量密度和续航能力提高了2-3倍(附论文详细内容)

天津大学科研团队在《自然》期刊发表重大突破，首创高能金属锂电池电解液’离域化’设计理念，成功研制出能量密度超过600瓦时/公斤的软包电芯，比现有锂电池性能提升2-3倍，为下一代能源存储技术奠定基础。

智能速览

• 首创电解液’离域化’设计理念，打破传统设计依赖

• 实现600Wh/kg软包电芯，480Wh/kg模组电池

• 已应用于微型无人机，续航时间提高2.8倍

• 全部原材料和关键技术自主可控

• 预计今年下半年全面投产运行

精华内容

传统锂离子电池能量密度瓶颈终于被突破。天津大学团队通过创新性电解液设计，实现了高能量密度与循环稳定性的完美平衡。

技术突破原理

天津大学团队提出’离域化’电解液设计，突破了传统电解液对主导溶剂化结构的依赖。通过创造高度无序的溶剂化微观环境，减轻了动力学障碍并稳定了界面，实现了能量密度与综合性能的双提升。

这种设计整合了多样化的电解液微观环境，利用溶剂主导和阴离子主导溶剂化结构的互补优势，优化整体性能。通过分子动力学模拟验证，超分散化电解液产生类似面状的溶剂化微观环境，缺乏主导的特定溶剂化结构。

性能数据表现

在实际测试中，5.5Ah的Ni90||Li软包电池实现了604.2Wh/kg的能量密度，并在1.0gAh-1的苛刻电解液含量下保持超过100次循环。更严格条件下，5.2Ah软包电池达到618.2Wh/kg能量密度，在0.9gAh-1超苛刻电解液下稳定循环超过90次。

电池组层面，70-104V的NCM811||Li电池组展现出480.9Wh/kg的高能量密度，总能量3904Wh，在25次循环中保持稳定。这一性能远超现有商用锂电池，达到了美国Battery500项目的目标。

产业化进展

依托天津大学国家储能技术产教融合创新平台，团队已建设高能金属锂电池中试生产线，掌握了’材料-电解液-电极-电池’全链条核心技术。全部原材料和关键技术实现自主可控，具备高一致性批量化生产能力。

研究成果已成功应用于我国三款型号微型全电无人飞行器，比现有电池续航时间提高2.8倍。预计今年下半年将全面投产运行，为电动交通、低空经济等领域提供技术支撑。

安全稳定性

在安全性测试中，超分散化电解液在钉刺测试中展现出显著稳定的热和机械行为，显著减少了分解气体和晶格氧的释放。电极形貌分析显示，使用新电解液循环的锂箔厚度和孔隙率增加显著减少。

界面分析表明，该电解液形成薄且均匀的SEI层，富含LiF、Li3N等无机化合物，厚度小于2纳米。相比传统电解液形成的厚且不均匀界面，新设计大大提升了电池的内在安全性和循环寿命。