北京時間2月26日凌晨，國際頂尖學術期刊《自然》（Nature）在線發表南開大學化學學院研究員趙慶，中國科學院院士、南開大學常務副校長、特種化學電源全國重點實驗室主任陳軍，聯合上海空間電源研究所研究員李永在高比能鋰電池領域的最新研究進展。

　　該研究題為“Hydrofluorocarbon electrolytes for energy-dense and low-temperature batteries”。團隊圍繞鋰電池電解液開展研究，打破長久以來電解液中氧配位的動力學束縛，設計合成了系列氟配位的新型氟代烴溶劑分子，基于此構建的電解液體系，取代了傳統電解液的鋰-氧配位方式，助力700瓦時/公斤鋰金屬電池實現可逆循環。

　　自1800年伏特發明了電堆（伏特電池）起，電池已經深入到我們生活的各個角落。從鉛酸電池、鎳氫電池再到被稱為現代社會“能量心臟”的鋰電池，電池體系的變革離不開電解液的更新迭代。長久以來，氧原子被認為是電解液溶劑中不可或缺的元素。如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-偶極作用可促進鋰鹽的溶解。然而，這種溶劑浸潤性差，用量多，導致電池能量密度始終難以進一步提升；同時，強相互作用會阻礙電池中界面電荷轉移，限制低溫性能，通常-50℃以下電池就難以工作。

氟配位鹵代烴電解液的設計思路

　　為此，南開大學團隊設計合成了系列新型氟代烴溶劑分子，通過調控氟原子的電子密度和溶劑分子的空間位阻，實現電解液中鋰鹽的有效溶解，成功取代了傳統的鋰-氧配位方式。

　　通過進一步優化分子結構，團隊厘清了該類電解液的設計原則和鋰金屬相容性規律。相比于傳統基于鋰-氧配位的電解液體系，由于氟代烴溶劑浸潤性好，利用率高，可顯著降低電解液用量；同時鋰與氟配位更弱，在低溫下可擺脫束縛，仍具有快速的電荷轉移動力學。從而助力實現室溫700瓦時/公斤超高比能鋰金屬電池，同時在-50℃環境中，電池仍展現出接近400瓦時/公斤的高能量密度。

　　趙慶介紹，通過氟配位實現鋰鹽溶解的關鍵是調控氟原子的電子密度和溶劑分子的空間位阻，新研發鋰電池具有高比能、耐低溫等優勢。

　　“基于該電解液的高比能電池在新能源汽車、具身智能機器人、低空經濟以及極寒地區和航空航天等領域具有廣闊的應用潛力。”陳軍說。

　　該工作由南開大學聯合上海空間電源研究所共同完成，南開大學為該論文第一完成單位。南開大學化學學院2022級博士研究生吳嵐清為該論文第一作者，趙慶、陳軍、李永為該論文通訊作者。南開大學化學學院研究生張勁羽、范振宇、任雙鑫、張潔、李雅雯，倪優璇副教授、謝偉偉副研究員、盧勇研究員共同參與研究。

　　上述研究工作得到了國家自然科學基金重大項目、面上項目、重大研究計劃培育項目、國家自然科學基金委創新群體、科技部重點研發計劃等項目支持，依托特種化學電源全國重點實驗室、有機新物質創造前沿科學中心、南開大學前沿交叉學科研究院、物質綠色創造與制造海河實驗室、空間電源全國重點實驗室等平臺開展。

　　論文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41586-026-10210-6