中国战略新兴产业融媒体记者 赵紫宸

想让手机坚持一周、无人机飞得更远、电动车跑到天涯？你可能只差一种“聪明点”的电池。

近日，国际学术期刊《自然》在线发表了天津大学科研团队与合作者的最新研究成果。该团队联合多方力量，经过数年持续攻关，在锂金属电池领域实现关键性突破，首次提出“离域化”电解液设计理念，有效打破了传统电解液对主导溶剂化结构的依赖。

>>8月13日，在天津大学的实验室里，天津大学材料学院胡文彬教授团队正在进行实验。新华社发

这一原创性方案在全球范围内首次制备出能量密度超过600Wh/kg的软包电芯和480Wh/kg的模组电池，在电池轻量化与高续航方面取得显著进展，整体性能较现有主流锂离子电池提升2-3倍，为新一代高能电池的产业化应用打开了现实路径。

01 把电解液“重写一遍”

放眼当下的主流市场，无论是地上跑的新能源汽车还是手里用的消费电子，支撑其运行的依旧是以三元或磷酸铁锂为正极、石墨为负极的传统锂离子电池体系。近年来，这套技术路线的性能改进多呈“挤牙膏式”推进。

受限于材料本身和系统结构的限制，整包电池要想装进更多电，已变得愈发困难。对于用户而言，“更轻、更小、更耐用”的期待，距离真正落地仍有一定的距离。

牙膏为啥“挤不动”？一个关键瓶颈还是“负极材料”和“电解液”之间的老问题。目前，锂金属电池因其远高于传统锂离子电池的理论能量密度，被视为突破续航与性能瓶颈的下一代方向；但难点在于电解液方案难以同时满足高能量输出与长循环寿命的双重要求。

过去两年，业内所谈论的“高比能”更多把目光放在半固态、全固态上；此次提出的“离域化电解液”，则为液态体系打开了一个新思路。

石墨负极的理论天花板是一定的；如果把负极换成金属锂，虽然账面上的能量密度会显著跃升，但随之而来的是枝晶、生热、界面不稳、寿命衰减等一连串问题。简单说，以往的主流电解液往往让某一类分子“说了算”，溶剂化结构很有序，可副作用是离子走得不够顺、界面保护层不耐用，越到高比能体系短板就越明显。

这次天津大学团队的工作之所以引发行业关注，是因为进展不在于简单更换材料和配方，而是把电解液的“组织方式”重写了一遍。

该团队在《自然》发表的研究中提出“离域化电解液”设计理念，即不再依赖单一主导的溶剂化结构，而是引入更分散、无序的微观环境，降低离子传输阻力并增强界面稳定性，从而在锂金属体系中实现高能量密度与循环性能的双提升。值得一提的是，团队还借助人工智能和材料计算，对数百种溶剂和锂盐进行结构筛选和性能评估，从中筛选出最佳组合，才让这一设计从理念走向现实。

研究通过实测制备出能量密度超过600 Wh/kg的软包电芯，并成功组装成能量密度达480 Wh/kg的电池包，验证了“Battery600”与“Pack480”目标在实际电池层级的可行性。团队负责人、天津大学材料学院教授胡文彬指出，这项技术的突破为未来锂金属电池的应用奠定了重要基础。同时，该技术还同时兼具优异的循环稳定性和安全特性。

在业内已有的参照体系下，这一成果的意义更加直观。以特斯拉4680电芯为例，多方拆解数据显示其重能量密度约在272-296 Wh/kg之间；比亚迪现行一代刀片电池系统则普遍在150 Wh/kg上下，即便新一代版本瞄准190-210 Wh/kg，也仍受限于材料体系的能量上限。对比之下，天津大学团队所制锂金属软包电芯 超过 600 Wh/kg，以及组装成的电池包 达到约 480 Wh/kg 的成绩，在“同重量装多少电”的层面，确实显著领先。

它通过改变电解液的微观组织结构，同样可以把能量密度继续抬高。专业人士将症结归结为传统设计过度依赖单一溶剂化结构，难以兼顾多项性能。天津大学团队成员韩晓鹏在接受媒体采访时表示，“目前的电解液设计往往只能集中于电池的一种特性，要么集中于提升电池容量，要么集中于提升电池的耐久度，总之，不能实现性能的全面兼顾。”

因此，天津大学团队要做的，就是让锂金属电池从“偏科”走向“全能”。

02 安全性比长续航更值得关注

对广大用户来说，续航固然重要，但最终决定信任与否的，还是“到底安不安全”。近年来，无论是在道路上的电动车，还是大型储能站，关于“热失控”“起火爆炸”的新闻时有出现。随着行业迈向更高比能的锂金属时代，在“同样重量装更多电”的同时，是否会带来更大风险，也需要被同等重视。

前一部分谈到“把电解液的组织方式重写”，安全性究竟如何落在样件上，需要用事实说话。天津大学团队论文显示，在NCM811||Li软包体系下，研究团队采用应变与温度映射系统进行针刺测试，使用“离域化”电解液的电芯在热与力学响应上更为稳定；在更为严苛的针刺条件下，结论依旧一致。

差分电化学质谱测试进一步表明，该体系在充电过程中的分解气体与晶格氧释放明显更低，指向更可控的热与化学行为。结合多项安全评估，科研团队将这种“本质安全”的改进主要归因于经聚类筛选确定的含氟锂盐与溶剂，使体系获得更高的热稳定性与更稳固的界面。

在此基础上，团队将单体思路扩展到成组层级，组装出约3.9kWh、24串2并的锂金属电池包；在计入全部部件质量的条件下，电池包实现接近500 Wh/kg的能量密度，并在多轮循环中保持稳定输出。

这一串安全取向的验证也说明，高比能并不必然以牺牲安全为代价，材料与界面工程可以把风险“前移”并纳入设计。把目光从实验室转移到产业现场，安全性为何如此重要，数据给出了答案。

国家能源局最新发布显示，2025年上半年，全国新型储能装机已达9491万kW/2.22亿kWh，较2024年底增长约29%，发展速度快、体量大，安全边界自然更受关注。与此同时，海外近年来多起储能火灾事故再次提醒行业：热失控一旦发生，可能引发连锁扩散，成为能源转型中的关键风险点。

中国化学与物理电源行业协会储能应用分会产业政策研究中心主任冯思遥表示，电芯在高应力场景下的热稳定性，是锂电储能安全的“命门”。高应力场景包括过充、短路、机械损伤（如针刺、冲击）、高温、高倍率充放电、外部火源等。

据了解，在电芯侧，标准新增了振动、加速冲击、浅刺、强制放电等项目，并对过充等工况提出更严要求；在系统侧，明确对热失控“不起火、不爆炸”的更高门槛，并要求对热扩散进行更长时间的观测与约束，推动风险被控制在单体与电池包内部，避免蔓延。业内判断，这一严格的门槛将促使企业把安全从被动合规，转为设计与研发的标配能力，真正带动产业从成本优先向安全为本转型。

对公众来说，续航再长也要安全。国家层面的强制性标准已托底，行业也在用更严的测试和认证抬高门槛。下一步，随着强制国标落地、应用示范场景扩大，这项技术还需在更长周期、更复杂工况中接受规模化验证，这将决定它能否真正走向大规模应用。

03 谁最有可能“先用上”？

如今，高比能电池的研究早已不只是“能不能做出来”的问题，而是“能不能真正用起来”。这一次，天津大学团队的目标也不仅是取得一组漂亮的数据，而是希望这项成果能尽快在产业中派上用场。

胡文彬表示，本次高能锂金属电池的技术突破将大幅提升储能系统的能量密度与续航能力，其在电动交通、低空经济、航天装备及高端储能等领域应用广泛。据了解，该团队已打通高能锂金属电池从材料、电解液到电极、电池的完整技术链条，核心原材料与关键工艺均实现自主可控，并具备稳定一致的规模化生产能力，计划在今年下半年正式投入全面运行。

高能量密度，首先更可能会在“对重量和体积极度敏感”的场景显现价值。通过研究论文我们可以得知，从单体到3.9kWh、24串2并的成组电池，之所以能稳定运行，背后是一致性与稳定性要求被显著抬高——电解液与电极界面必须在更苛刻的工况下维持均衡，这被视作从“实验室电芯”走向“工程化电池包”的关键门槛之一。

就“谁会先用”而言，低空经济与专业无人系统，非常可能成为前锋部队。据了解，团队正积极推进相关成果的技术转化和应用验证，已经建设高能金属锂电池中试生产线，成功应用于我国三款型号微型全电无人飞行器，比现有电池的续航时间提高了2.8倍。这类应用对重量、体积与续航的敏感度极高，新增续航通常可以直接转化为有效载荷或任务时间，对行业吸引力较强。与此同时，国家层面已将“低空经济”连续写入政府工作报告，工信部等四部门发布的《通用航空装备创新应用实施方案（2024-2030年）》提出到2030年推动形成万亿级市场规模，这为高比能电池在无人机、eVTOL等装备上的示范与应用，提供了长期且明确的政策场景。

消费电子端，“把电装得更多”的意义同样直观。科研团队在接受媒体采访时判断，若电池能量密度获得量产级提升，用户的充电频率和终端形态都有望发生变化——诸如“更长的单次使用周期”“更大的显示与算力空间”等设想将具备现实可能。以手机为例，胡文彬表示，受限于电池能量密度，不少用户如今基本一天一充才能维持正常使用；一旦能量密度大幅提高，“一周充两次”也有望变成现实。但对手机这类出货量大的产品来说，真正落地并不容易。光有材料突破还不够，还要解决BMS算法、热管理等一整套系统问题，才能进入成熟的供应链。

从“离域化电解液”到样件成组，真正的挑战或许在后面：寿命、成本、一致性与安全认证，能否经受长期与多场景检验；标准愈加从严，产业链也在调整。技术路线已有入口，但要走向大规模落地仍要稳扎稳打。这项技术在真实应用中的表现如何，值得持续关注。