随着电动交通、低空经济、消费电子及人形机器人等新兴产业的爆发式增长，市场对高能量密度、长续航可充放电池的需求愈发迫切。锂金属电池因其远超传统锂离子电池的理论能量密度，被视为下一代储能技术的突破口。然而，现有电解液设计长期受限于溶剂或阴离子主导的单一溶剂化结构，难以同时兼顾高能量输出与长循环寿命，成为制约行业发展的世界性难题。
近日，团队在超高能量密度二次电池材料与器件领域取得突破性进展。借助人工智能与分子筛选，大幅缩短电解液研发周期，首创高能金属锂电池电解液“离域化”设计理念，打破了传统电解液设计对主导溶剂化结构的依赖，通过引入多样化的电解液微环境，增加溶剂化环境的无序性，从而优化整体电解液性能。这种设计理念能够有效平衡溶剂主导和阴离子主导的溶剂化结构，降低动力学传输障碍，显著改善电极/电解液界面稳定性，为电池性能的突破性提升提供了巨大潜力。依托这一创新，团队率先在国际上研制出能量密度超过600瓦时/公斤的二次金属锂软包电芯及超过480瓦时/公斤的模组电池，核心性能指标较现有主流锂离子电池提升2至3倍，为高能电池技术的实用化迈出了关键一步。
相关研究成果以“Delocalized Electrolyte Design Enables 600 Wh kg−1 Lithium Metal Pouch Cells”为题，发表于国际顶级期刊《Nature》，论文第一作者为博士生黄贺，共同通讯作者为胡文彬教授、韩晓鹏教授、郭灏博士和西北核技术研究院欧阳晓平院士。该工作得到了国家自然科学基金联合重点和教育部等项目的资助。
近年来，团队聚焦科技前沿和国家重大需求，坚持“顶天立地”做科研，主持承担国家自然科学基金杰青、优青、重点等项目，依托天津大学国家储能技术产教融合创新平台、贵金属功能材料全国重点实验室等国家级平台，强化多学科交叉融合和产学研深度合作，已跟多个头部企业开展紧密协作，掌握了高能锂电池全链条关键核心技术，已建成高能金属锂电池中试生产线，未来在航空航天、新能源汽车、低空经济、消费电子、人工智能等新兴产业领域应用潜力巨大。
文章信息：H. Huang, Y. Hu, Y. Hou, X. Wang, Q. Dong, Z. Zhao, M. Ji, W. Zhang, J. Li, J. Xie, H. Guo, X. Han, X. Ouyang, W. Hu, Delocalized Electrolyte Design Enables 600 Wh kg−1 Lithium Metal Pouch Cells, Nature, 2025.
DOI：10.1038/s41586-025-09293-4
全文链接：https://www.nature.com/articles/s41586-025-09293-4
