2026 年 3 月 31 日

德國(guó)《焦點(diǎn)》雜志

劉曉毅博士編譯

編譯者序：除了目前業(yè)界熱門(mén)討論的固態(tài)鋰電池，據(jù)報(bào)道，南開(kāi)大學(xué)研究出一種新型的電解液，既能提高電池在極寒環(huán)境的性能、又能提高電池的能量密度。盡管這種氟基的電解液還處在研發(fā)階段，距離產(chǎn)業(yè)規(guī)?；a(chǎn)還有一定距離，卻不失為一種新的思路，在這里分享給各位。

圖1 中國(guó)南開(kāi)大學(xué)的研究出一種新型電解液（源：《焦點(diǎn)》雜志）

中國(guó)（南開(kāi)大學(xué)）研發(fā)的新型電解液能確保電池在極寒條件下仍保持高效運(yùn)行，或?qū)@著提升電動(dòng)汽車(chē)的續(xù)航里程。對(duì)于許多電池而言，零下低溫是最難應(yīng)對(duì)的挑戰(zhàn)。一旦氣溫下降，續(xù)航里程往往隨之減少。如今，南開(kāi)大學(xué)提出了一項(xiàng)新方案，有望改變這一現(xiàn)狀。這次的突破并非只在于增大電池容量，而是聚焦于電池內(nèi)部的電解液。它影響著鋰離子的移動(dòng)效率，以及電池在嚴(yán)寒條件下工作的穩(wěn)定性。這對(duì)電動(dòng)汽車(chē)而言尤為重要。

南開(kāi)大學(xué)的一個(gè)團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)了一種用于鋰電池的新型電解液?？茖W(xué)家們沒(méi)有使用通常含氧或含氮的溶劑，而是采用了含氟化合物。這背后是電池內(nèi)部的一種不同的化學(xué)機(jī)制。Zhao Qing對(duì)此解釋道：“通過(guò)氟配位溶解鋰鹽的關(guān)鍵，在于調(diào)節(jié)氟原子的電子密度以及溶劑分子的空間位阻?！?/p>

為何電池中的化學(xué)原理如今能帶來(lái)意想不到的幫助

雖然現(xiàn)有的電解質(zhì)能可靠地溶解鋰鹽，但在高負(fù)荷條件下卻存在弊端。此時(shí)，電極界面處的電荷轉(zhuǎn)移效率會(huì)下降。這會(huì)降低性能，尤其是在低溫環(huán)境下。這種新化學(xué)方法旨在緩解這一瓶頸。一種名為1,3-二氟丙烷（簡(jiǎn)稱DFP）的物質(zhì)在此過(guò)程中表現(xiàn)出了特別強(qiáng)的效果。數(shù)據(jù)表現(xiàn)非常突出。DFP電解液的粘度低至0.95 cP。其氧化穩(wěn)定性超過(guò)4.9伏。即使在零下70攝氏度下，離子電導(dǎo)率仍能保持在0.29 mS/cm。這一點(diǎn)至關(guān)重要，因?yàn)樵S多電池在極端低溫下性能會(huì)大幅下降，甚至完全無(wú)法正常工作。

因此，這種新溶液顯著提升了電動(dòng)汽車(chē)在寒冷環(huán)境下的續(xù)航能力。成品電芯的性能數(shù)據(jù)尤為令人振奮。新制成的軟包電芯在室溫下能量密度超過(guò)1540瓦時(shí)/千克。即使在零下50攝氏度時(shí)，其能量密度仍保持在約880瓦時(shí)/千克。據(jù)數(shù)據(jù)對(duì)比顯示，傳統(tǒng)鋰電池在室溫下的能量密度約為每公斤300瓦時(shí)，而在零下20攝氏度時(shí)約為每公斤150瓦時(shí)。

對(duì)于電動(dòng)汽車(chē)而言，這意味著：在重量不變的情況下，若儲(chǔ)能顯著增加，理論上續(xù)航里程也會(huì)隨之提升。文中提到能量存儲(chǔ)量可提高兩到三倍。這意味著，以典型續(xù)航里程約500至600公里計(jì)算，理論上可提升至約1000公里。雖然這并非日常汽車(chē)的量產(chǎn)數(shù)據(jù)，但它展示了實(shí)驗(yàn)室測(cè)試中取得的巨大飛躍。

嚴(yán)寒會(huì)使許多電池過(guò)早失效——而這款電池的性能卻保持穩(wěn)定

此外，充電和放電過(guò)程也更加穩(wěn)定。氟與鋰之間較弱的化學(xué)鍵促進(jìn)了負(fù)極反應(yīng)的進(jìn)行。庫(kù)侖效率最高可達(dá)99.7%。據(jù)消息來(lái)源稱，在零下50攝氏度時(shí)，其交換電流密度是氧基系統(tǒng)的十倍。換言之：電池內(nèi)的反應(yīng)速度明顯更快。

這使得該技術(shù)不僅對(duì)汽車(chē)領(lǐng)域具有吸引力，無(wú)人機(jī)、機(jī)器人、航天技術(shù)或可再生能源儲(chǔ)能系統(tǒng)也可能從中受益。在這些領(lǐng)域，嚴(yán)苛條件下的性能往往比低廉的大規(guī)模生產(chǎn)價(jià)格更為重要。來(lái)自中國(guó)的公告稱，這款新型電池具有“高比能量和耐低溫等優(yōu)勢(shì)”。

一個(gè)問(wèn)題尚未解決，阻礙了量產(chǎn)

不過(guò)，這項(xiàng)技術(shù)尚未完全成熟。一個(gè)問(wèn)題依然存在：高溫。為了使電解液在多種氣候條件下都能正常工作，其沸點(diǎn)必須進(jìn)一步提高。只有這樣，才能為更廣泛的應(yīng)用鋪平道路。這也是目前距離量產(chǎn)還有較大距離的原因之一。

盡管如此，發(fā)展方向是明確的。這里的進(jìn)步并非來(lái)自外部，不是通過(guò)更大的電池組，也不是通過(guò)徹底改變車(chē)輛結(jié)構(gòu)。突破源自電池內(nèi)部。在那個(gè)曾被視為不起眼組件的液體所在之處，或許將決定未來(lái)某天電動(dòng)汽車(chē)在冬季的實(shí)際續(xù)航里程。

簡(jiǎn)而言之：

引起轟動(dòng)的并非更大的電池，而是來(lái)自中國(guó)的一種新型電解液：據(jù)稱它能顯著提升電池在極端低溫下的性能。在實(shí)驗(yàn)室測(cè)試中，即使在零下50至零下70攝氏度的環(huán)境下，電池單元仍表現(xiàn)出驚人的穩(wěn)定性，其儲(chǔ)能能力遠(yuǎn)超當(dāng)前的標(biāo)準(zhǔn)電池。這對(duì)電動(dòng)汽車(chē)而言，在冬季尤為重要：在嚴(yán)寒條件下能實(shí)現(xiàn)更長(zhǎng)的續(xù)航里程。但這還無(wú)法成為面向大眾市場(chǎng)的解決方案，因?yàn)樵摷夹g(shù)在高溫環(huán)境下的表現(xiàn)仍需進(jìn)一步優(yōu)化。

編譯者 劉曉毅博士：觀昱機(jī)電技術(shù)（www.costkey-solutions.com）創(chuàng)始人、CEO），德國(guó)戴姆勒集團(tuán)（奔馳汽車(chē)）20多年新生產(chǎn)工藝、整車(chē)企劃（含新能源汽車(chē)）和成本工程；德國(guó)物理學(xué)家獎(jiǎng)獲得者；工信部“長(zhǎng)風(fēng)計(jì)劃”新能源與智能網(wǎng)聯(lián)汽車(chē)產(chǎn)業(yè)智庫(kù)專家；長(zhǎng)城汽車(chē)、海辰儲(chǔ)能高層技術(shù)管理；中國(guó)工信出版集團(tuán)“國(guó)之重器出版工程”重點(diǎn)圖書(shū)《制造企業(yè)的成本工程體系》作者；上海交通大學(xué)電子信息與電氣工程學(xué)院研究生企業(yè)導(dǎo)師；同濟(jì)大學(xué)汽車(chē)學(xué)院客座教授; 工信部人才交流中心/中國(guó)汽車(chē)產(chǎn)業(yè)培訓(xùn)基地/高頓財(cái)稅學(xué)院成本工程特聘講師；蓋世汽車(chē)《劉曉毅專欄》作者；CostKey是觀昱機(jī)電技術(shù)自主開(kāi)發(fā)的國(guó)內(nèi)首個(gè)云端企業(yè)級(jí)成本工程SaaS軟件系統(tǒng)， 獲得上海市科委創(chuàng)新基金獎(jiǎng)。

返回第一電動(dòng)網(wǎng)首頁(yè) >