突破 600Wh/kg，我国团队研发出高比能锂金属电池

<p>IT之家 8 月 27 日消息，天目山实验室 8 月 26 日宣布，天目山实验室高性能航空材料与先进制造中心宫勇吉教授团队联合清华大学化工系刘凯教授，在高比能锂金属电池电解液调控领域取得重大突破。</p><p>研究成果以 Additive Strongly-Coordinated Solvation Structure towards High-Voltage 600 Wh/kg-class Lithium Metal pouch cell 为题，在国际顶级学术期刊《Nature Communications》上发表。该文章系统性提出了“添加剂强配位溶剂化结构”全新设计策略，<strong>成功制备出 600Wh/kg 级高稳定锂金属软包电池</strong>，为长航时低空飞行器的动力升级提供了核心技术路径。</p><p>天目山实验室为第一完成单位，天目山实验室研究员翟朋博、陈乾为本文共同通讯作者。</p><p style="text-align: center;"><img alt="图片" src="https://img.ithome.com/newsuploadfiles/2026/8/5acf672e-2197-47a4-8c0e-32c292ba1a79.png" /></p><p>随着低空经济的快速崛起，电动垂直起降飞行器（eVTOL）、长航时工业无人机、电动通航飞机等装备正成为未来空中交通与物流体系的核心载体，但续航里程不足始终是制约其规模化应用的核心瓶颈。</p><p>当前商用锂离子电池基于石墨负极体系，<strong>能量密度已逼近 350Wh/kg 的理论极限</strong>，难以满足长航时低空作业的需求。锂金属电池采用超高比容量的锂金属负极搭配高电压正极，理论能量密度远超传统锂离子电池，是实现 600Wh/kg 级比能、大幅提升飞行器续航的核心技术方向。</p><p>然而，高电压工况下正负极界面副反应剧烈、电解液持续分解、锂枝晶生长等问题，导致电池循环寿命短、安全性不足；传统高浓电解液方案虽能改善界面稳定性，却存在黏度高、离子电导率低、锂盐消耗快等短板，严重制约了高比能锂金属电池的实用化进程。如何在实现超高能量密度的同时保障界面稳定性与长循环寿命，是低空电动飞行器动力电池亟待解决的关键科学问题。</p><p>针对上述难题，团队创新性提出添加剂强配位溶剂化结构（Additive Coordinated Solvation Structure, ACSS）设计策略，通过分子工程开发出新型多功能电解液添加剂 —— 三甲基硅基-2,2-二氟-2-(氟磺酰基) 乙酸酯（TMSFS）。</p><p style="text-align: center;"><img alt="图片" src="https://img.ithome.com/newsuploadfiles/2026/8/a1c79838-99bf-4f2e-bef1-312d6b9d5806.png" /></p><p>在富锂锰基（LRMO）、高镍三元等高电压正极表面，ACSS 策略诱导形成均匀、薄而致密的正极-电解液界面层（PEI），厚度仅约 6.1nm，远低于基线电解液的 14nm 以上。该无机富集界面有效抑制了高电压下正极颗粒的裂纹萌生、层状-岩盐相相变以及锰、钴、镍等过渡金属离子的溶解穿梭，<strong>显著缓解了高压循环过程中的正极结构衰变，为飞行器动力电池的长寿命服役提供了正极侧保障</strong>。</p><p>在锂金属负极侧，TMSFS 优先分解构建出富含 LiF、Li₂S、Li₂O 的无机型固体电解质界面（SEI），兼具高离子电导率与优异的机械稳定性。测试表明，该 SEI 使 Li⁺跨界面传输活化能大幅降低，交换电流密度提升 6 倍；锂沉积形貌均匀致密，无明显枝晶与苔藓状锂生成。Li||Cu 半电池平均库伦效率达 97.8%，对称电池可 1mA cm⁻² 电流密度下稳定循环超过 2000 小时，<strong>从根源上抑制了锂枝晶带来的安全隐患，显著提升了锂金属负极的循环可逆性</strong>。</p><p>基于 ACSS 电解液策略，团队成功制备了系列高比能锂金属软包电池。在 4.5V Li||NCM811 体系下，<strong>10Ah 级软包电池实现 550.7Wh/kg 的质量比能量</strong>，0.1C 充电 / 0.5C 放电循环 180 次后容量保持率仍达 80%。</p><p>该能量密度较当前主流动力电池提升超 50%，搭配更高比容量的富锂锰基正极，<strong>软包电池可逆比能量突破 602.5Wh/kg</strong>，0.1C 充放电循环 60 次容量保持 80%，处于目前公开报道中高比能锂金属软包电池的顶尖水平。</p><p style="text-align: center;"><img alt="图片" src="https://img.ithome.com/newsuploadfiles/2026/8/0865b29c-58fa-4668-aaa8-3a58a7673313.png" /></p><p>公开资料显示，天目山实验室是依托北京航空航天大学和杭州市北京航空航天大学国际创新研究院建设的航空浙江省实验室，聚焦先进航空技术和高性能航空材料两大主攻方向。自 2022 年 6 月成立以来，天目山实验室形成了系列标志性成果 ——“天目山一号”全球首款百公里级氢动力长航程多旋翼无人机、“天目山二号”全球首款垂起固定翼子母无人机、“天目山三号”全球首款吨级超级混动货运无人机、“天目山四号”岛际物流水上无人机等。</p><p>IT之家附论文链接：</p><p><a href="https://www.nature.com/articles/s41467-026-77095-x" target="_blank"><span class="link-text-start-with-http">https://www.nature.com/articles/s41467-026-77095-x</span></a></p>