每到冬天，你是否也纳闷：手机电量为何掉得飞快？电动汽车续航里程为何大幅缩水？

    背后的“罪魁祸首”，其实都藏在锂电池的电解液里。

    来自南开大学、中国科学院、上海空间电源研究所的科研团队，以合成的新型氟代烃溶剂取代传统电解液，成功破解了这一困扰行业多年的难题，让锂电池的性能实现了质的飞跃。

    相关研究成果，2月26日发表于国际期刊《自然》。

    锂电池里有条“高速公路”

    换一种电解液，锂电池的性能为何会发生质变？

    要搞清楚这点，首先要明白电解液在电池里是干什么的。

    我们可以把锂电池想象成繁忙的城市。正负极是城市两头的工厂。电解液就是连接工厂的高速公路，锂离子会像小货车一样，在这条公路上来回搬运电能。

    这条路是否宽阔、有没有结冰，都会影响锂电池的性能。

    过去几十年间，产业界一直认为，锂电池的电解液里必须含有氧原子。

    因为，氧和锂是“铁哥们”，它们之间具有强大的相互作用力，氧原子可轻松溶解锂盐，让锂离子顺利“上路”。

    碳酸酯类溶剂，就是这一配方的典型代表。当前智能手机、笔记本电脑、电动车里的锂电池，基本上用的都是这套方案。

    不过，这一多年老配方也有不少“硬伤”：

    首先，正因氧和锂的关系“太铁”，锂离子跑到电极两端后，很难从氧身边“脱身”，无形拖慢了电池的充电速度。

    其次，氧配方铺就的“高速公路”不够“丝滑”，很难浸润电池的每个角落。为了保证畅通，只能多铺路。结果就是，大量本可以用来储存电能的宝贵空间被挤占，能量密度就这么被卡死了。

    更要命的是，温度降到零下50摄氏度时，“高速公路”会被冻上，电池也就彻底罢工了。

    铺一条更宽广“丝滑”的新路

    氧原子的表现如此不尽如人意，难道没有替代品吗？

    科研人员把目光投向了氧的“兄弟”——氟。

    氟和氧在元素周期表上是邻居，但性格大不相同，跟锂的关系也没那么密切，而且更不怕冷。

    这意味着，锂离子在新的“高速公路”上跑，到站后能轻松“下车”，快速装卸货。电池充电速度快了，低温也不太影响性能。

    此外，用氟铺就的“高速公路”质地特别“丝滑”。它还能轻松浸润电池内部的微小孔隙，只需很少的量就能完工。省下来的空间，可以用来储存更多电能。

    不过，氟也有个臭“脾气”——不太乐意“搭理”锂盐。简单说，就是氟溶解锂盐的能力较弱。

    如何让氟既保留全部优点，又能溶解锂盐呢？

    科研团队花了好几年“啃”下了这块硬骨头——通过精确调整氟原子的“电子密度”和溶剂分子的“空间结构”，找到了完美的平衡点，并合成氟代烃溶剂分子。

    测试结果让人惊喜：新型锂电池的能量密度提升至700瓦时/公斤，是主流锂电池的2到3倍。更重要的是，电池在零下50摄氏度环境中，依然能保持接近400瓦时/公斤的高能量密度。

    手机一天两充将成为历史

    上述这些数据到底意味着什么？

    对于消费电子领域而言，新技术能彻底改变手机、笔记本电脑、智能穿戴设备等产品的使用体验——同等体积下，设备续航可实现翻倍，彻底告别“一天多充”的困扰，同时低温环境下的使用稳定性大幅提升。

    对于新能源汽车产业而言，新技术可让新能源汽车续航里程直接翻倍，同时解决冬季续航“腰斩”的行业难题，降低消费者的里程焦虑。

    除此之外，新技术还可应用于特种装备、储能设备等领域，尤其是在低温储能、户外特种电源等场景中，发挥不可替代的作用。

    目前，科研团队已经完成了实验室小试，稳定性和可靠性都达到了商用标准。

    当然，科学突破与产业应用之间，仍横亘着成本、供应链和工程化的漫长鸿沟。锂电池的故事，科学界已经讲述了三十多年，不少曾在实验室里闪耀的新技术，在走向量产时却遭遇“滑铁卢”。

    新型氟代烃溶剂锂电池能否跨越产业化的“最后一公里”，还有待进一步验证，正如该成果论文作者在致谢部分所言：“该技术尚未实现产业化。”

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    延伸阅读

    电池界的“十八般武艺”

    电池的世界，很像一场热闹的武林大会，各路高手苦练绝技，争当未来的“能量大侠”。

    已经160多岁的铅酸电池，是电池江湖中的老将。它技术成熟、安全又便宜，在电动车、汽车启动、应急灯里默默出力。但铅酸电池又笨又重，能量还小，已经跟不上轻快的新时代。

    如今站在C位的，是锂离子电池。手机、电脑、电动汽车，全都离不开它。它能量足、身子轻，是名副其实的全能选手。

    不过，锂电池也有短板：怕冷、安全性还需提高。电解液就像它的血液，直接影响状态。近来我国科学家改良电解液，相当于给电池换“血”，让它跑得更远、更耐寒、也更安全。

    锂电池家族里还有两位明星——磷酸铁锂电池像踏实肯干的老黄牛，安全耐用、价格亲民，是很多家用车的好搭档；三元锂电池则是长跑健将，能量更足、续航更长，就是成本高一些。

    钠离子电池，也正在快速崛起。

    钠资源多、价格低。它还有一身耐寒功夫，零下三四十摄氏度的天气里，依旧活力满满。

    虽然能量密度暂时不如顶尖锂电池，但在经济型小车、太阳能风能储能上，钠离子电池绝对是未来的“明星”。

    当然，要说目前江湖上名声最响亮的，非固态电池莫属。

    它把液态电解液换成固态电解质，一身硬功夫不轻易发热“闹脾气”，安全性大大提升。同样大小的身体，还能装下更多能量，电动车轻松跑上千公里。目前，科研人员和车企正全力攻关，盼着这位“大侠”早日“出山”。

    从铅酸到锂电，从液态到固态，从锂到钠，科研人员像用心的“师傅”，不断打磨新技术，只为造出更安全、更强大、更实惠的电池。