研究中的鋰離子軟包電池。

日前，一項長達4年的研究在浙江大學迎來“春天”。

一直以來，浙大材料科學與工程學院范修林研究員團隊致力于鋰離子電池研究。近期，該團隊開發(fā)并驗證了一套新型極端電解液設計原則，打破了傳統(tǒng)的鋰離子傳輸模式，并為具備特殊物化性質的電解液開辟了一條全新的研究途徑?；诖死砟睿瑘F隊設計出一款新型電解液，不僅能夠支持高比能鋰離子電池在-70℃到60℃的超寬溫區(qū)內進行可逆充放電，還可以讓高能量密度鋰離子電池在10分鐘內完成快速充放電。這項研究于2月29日刊發(fā)在國際期刊《自然》（Nature）上。

鋰離子電池的充電速度、工作溫度、安全性依舊是制約電動汽車進一步發(fā)展的障礙。鋰離子電池要實現(xiàn)快充的突破，電解液的特性至關重要。要讓鋰離子電解液同時具備有效的電解液—電極界面膜、寬溫域內高離子電導率和快速離子傳輸動力學，這對于此前已有研究的電解液來說都是不可能實現(xiàn)的。

在這項“不可能”的研究中，范修林團隊進行了4年的探索。

面對幾萬種溶劑，該團隊首次建立了一套溶劑篩選原則，用于篩選符合標準的潛在溶劑，進而將23種目標材料，制作成電解液并應用于鋰電池，展開實證研究。記者在實驗室看到研究中的鋰離子軟包電池，如同一塊塊壓縮餅干，卻能展現(xiàn)出不同的功能效應。

在一次次實驗中，浙大科研人員提出并驗證了一種全新機制——“配體通道促進傳輸”機制，建立了離子在電解液和固態(tài)電解質中傳輸?shù)慕y(tǒng)一框架，最終確定了電解液的最佳配方。

相關測試數(shù)據(jù)表明，浙大提出的新型電解液在25℃室溫下的離子電導率是商用電解液的4倍；在-70℃時高于商用電解液3個數(shù)量級以上。“在同等條件下，我們設計的鋰離子電池，能夠實現(xiàn)充電10分鐘，達到八成充電量，展現(xiàn)出超快的離子傳輸行為。”快充性能優(yōu)異，也意味著低溫充放電性能較為優(yōu)質，“在低溫下我們的電池也能展現(xiàn)出良好的性能?！狈缎蘖纸榻B。

談及未來應用方向，范修林認為當前電池成本還比較高，可以率先在極地科考、空間探測、海底勘探等極端溫度情況中應用。而隨著電解液技術的不斷攻關迭代，范修林對新型鋰離子電池裝配到新能源汽車很有信心，“目前，我們團隊已經(jīng)與相關企業(yè)開展緊密合作?！?/p>

“我們的電解液設計原則不僅對極端工況下鋰電池有效，隨著研究的深入，我們發(fā)現(xiàn)其對鈉離子電池和鉀離子電池也十分有效。”范修林說，“這也將讓科研成果聚焦國民經(jīng)濟主戰(zhàn)場，更好服務‘雙碳’目標，推動能源綠色低碳發(fā)展。”