马年首篇Nature，南开大学最新成果

在过去的几十年中，电化学装置的电解质溶剂主要由氧(O)基和氮(N)基配体组成，对于这些配体，偶极-离子(Li+、Na+等)相互作用通常为离子解离和传输奠定基础，但会阻碍电解质-电极界面的电荷转移过程。

2026年2月25日，南开大学赵庆、陈军、上海空间电源研究所李永共同通讯在Nature在线发表题为“Hydrofluorocarbon electrolytes for energy-dense and low-temperature batteries”的研究论文。该研究围绕锂电池电解液开展研究，打破长久以来电解液中氧配位的动力学束缚，设计合成了系列氟配位的新型氟代烃溶剂分子，基于此构建的电解液体系，取代了传统电解液的锂-氧配位方式，助力700瓦时/公斤锂金属电池实现可逆循环。

在电化学储能装置中，电解质作为电荷载体和界面成形剂是至关重要的，特别是对于能量密集型锂金属电池(LMBs)。含氧基(如碳酸盐和醚)和氮基(腈、sp轨道杂化N原子、sp–N)配体的溶剂因其对Li+的强偶极-离子相互作用而在整个电池历史中被广泛使用，为电解质中的锂盐离解提供了基础。然而，强Li+–O或sp–N结合同时导致电极-电解质界面处巨大的去溶剂化障碍，阻碍了快速充电或低温条件下的应用。

为了解决这个问题，人们提出了各种方法来降低氧和氮原子的路易斯碱性，但通常是以引入大量取代物为代价，这会导致高溶剂粘度。因此，探索具有快速Li+去溶剂化动力学的本质上不同的配位结构是解决上述缺陷的必要条件。众所周知，氢氟碳化合物具有出色的流动性和高电压耐受性，而弱Li+–F配位限制了盐的溶解。如果可以通过增强F原子的路易斯碱性来微妙地设计唯一的HFCs-F和Li+配位，以使大量的Li盐溶解，则可预测的低结合能将促进高能量密度电池的界面动力学。

HFCs作为电解质溶剂的设计原则和特性（图源自Nature）

在这里，通过合成具有单氟化结构的烷烃，证明了具有设计的空间位阻和路易斯碱性的氟(F)基配体能够使盐溶解超过2mol L-1。其中，基于1，3-二氟丙烷(DFP)的锂离子电解质具有高能量密度和低温电池的所有优点，包括低粘度(0.95 cp)、高氧化稳定性(> 4.9 V)和70℃下0.29 mS cm-1的离子电导率。通过在第一溶剂化壳层中引入F原子， 弱F–Li+配位促进了Li电镀/剥离过程，库仑效率(CE)高达99.7%，交换电流密度比50°c时的O–Li+配位高一个数量级。电解液进一步使锂金属袋电池能够在电解液量小于0.5g Ah-1的情况下运行，在室温下实现大于700 Wh kg-1的能量密度，在50°c时实现约400 Wh kg-1的能量密度。该研究中的氢氟烃(HFC)电解液为构建电化学系统提供了可行的方法。

该研究工作得到了国家自然科学基金重大项目、面上项目、重大研究计划培育项目、国家自然科学基金委创新群体、科技部重点研发计划等项目支持，依托特种化学电源全国重点实验室、有机新物质创造前沿科学中心、南开大学前沿交叉学科研究院、物质绿色创造与制造海河实验室、空间电源全国重点实验室等平台开展。

参考消息：

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