突破极低温瓶颈 我国团队实现锂硫电池宽温域新跨越
时间：2026-07-10 17:34:55 来源：河北众亿天融机械设备有限公司
电子发烧友网综合报道
随着临近空间探测、突破团队极地科考等极端环境探索不断推进，极低颈国高比能且适配超宽温度范围的温瓶电源技术成为行业迫切需求。锂硫电池因高理论能量密度，实现被视作下一代储能体系的锂硫重要方向，但其低温性能短板长期制约应用落地。电池
传统技术多聚焦正极优化、宽温跨隔膜改性与电解液调整，域新仅能支撑电池在0℃至-60℃区间工作，突破团队温度低于-60℃时，极低颈国多硫化物转化动力学停滞，温瓶电池快速失效；常用的实现外部加热方案则存在能量损耗高、短路风险大等问题，锂硫无法满足极端环境长期作业需求。电池
近日，宽温跨大连理工大学材料科学与工程学院胡方圆教授团队针对性攻关，提出全新电池构筑策略，将交变磁场与锂硫电池深度融合，从量子层面调控离子与电子传输路径，优化界面反应位点的自旋电子态，成功打破超低温下多硫化物转化动力学停滞的瓶颈，大幅拓展电池有效工作温度区间。相关成果已发表于国际综合科学期刊《国家科学评论》（NSR，National Science Review），标志着我国在该领域取得国际影响力的原创突破。
该新型电池系统集成微型温度传感器、智能控制芯片与磁响应正极材料，形成完整感知调控闭环。传感器实时采集温度，芯片动态调节交变磁场参数，磁响应正极材料替代传统硫载体，在磁场作用下于电极与电解液界面形成多物理场协同效应，激活低温下迟缓的电化学反应。
实验显示，磁场可诱导磁性纳米粒子电子自旋极化，强化铁3d轨道与氧2p轨道杂化，引发塞曼能级分裂并形成极化子缺陷态，降低电荷转移与锂离子扩散势垒，提升多硫化物转化效率。
拉曼光谱与同步辐射实验证实，磁场能加快硫化锂与二硫化二锂生成，抑制多硫化物穿梭效应，延长电池寿命；冷冻电镜观测则表明，多物理场协同可促使硫化锂均匀多向生长，优化电极界面结构。
团队制备的软包电池经系统测试，在-20℃至-120℃区间均表现优异：-20℃下可稳定循环2800小时，-80℃时能量密度达454.5 Wh·kg⁻¹，扣除能耗后仍有219.1 Wh·kg⁻¹，相关性能已通过轻工业化学电源研究所第三方检测。
此次突破跳出传统材料改性思路，以物理场动态调控开辟宽温域高比能电池新路径，可适配临近空间飞行器、极地科考装备等国家重大战略场景，满足-120℃至60℃全天候能源供给需求。
该研究得到多项国家级、省部级项目资助，团队在固态电池、超级电容器等领域已形成连续且有影响力的研究布局，这项成果不仅解决了锂硫电池极低温应用难题，更为储能体系低温优化提供可迁移范式，助力我国在高端储能领域构建技术优势。
随着临近空间探测、突破团队极地科考等极端环境探索不断推进，极低颈国高比能且适配超宽温度范围的温瓶电源技术成为行业迫切需求。锂硫电池因高理论能量密度，实现被视作下一代储能体系的锂硫重要方向，但其低温性能短板长期制约应用落地。电池
传统技术多聚焦正极优化、宽温跨隔膜改性与电解液调整，域新仅能支撑电池在0℃至-60℃区间工作，突破团队温度低于-60℃时，极低颈国多硫化物转化动力学停滞，温瓶电池快速失效；常用的实现外部加热方案则存在能量损耗高、短路风险大等问题，锂硫无法满足极端环境长期作业需求。电池
近日，宽温跨大连理工大学材料科学与工程学院胡方圆教授团队针对性攻关，提出全新电池构筑策略，将交变磁场与锂硫电池深度融合，从量子层面调控离子与电子传输路径，优化界面反应位点的自旋电子态，成功打破超低温下多硫化物转化动力学停滞的瓶颈，大幅拓展电池有效工作温度区间。相关成果已发表于国际综合科学期刊《国家科学评论》（NSR，National Science Review），标志着我国在该领域取得国际影响力的原创突破。
该新型电池系统集成微型温度传感器、智能控制芯片与磁响应正极材料，形成完整感知调控闭环。传感器实时采集温度，芯片动态调节交变磁场参数，磁响应正极材料替代传统硫载体，在磁场作用下于电极与电解液界面形成多物理场协同效应，激活低温下迟缓的电化学反应。
实验显示，磁场可诱导磁性纳米粒子电子自旋极化，强化铁3d轨道与氧2p轨道杂化，引发塞曼能级分裂并形成极化子缺陷态，降低电荷转移与锂离子扩散势垒，提升多硫化物转化效率。
拉曼光谱与同步辐射实验证实，磁场能加快硫化锂与二硫化二锂生成，抑制多硫化物穿梭效应，延长电池寿命；冷冻电镜观测则表明，多物理场协同可促使硫化锂均匀多向生长，优化电极界面结构。
团队制备的软包电池经系统测试，在-20℃至-120℃区间均表现优异：-20℃下可稳定循环2800小时，-80℃时能量密度达454.5 Wh·kg⁻¹，扣除能耗后仍有219.1 Wh·kg⁻¹，相关性能已通过轻工业化学电源研究所第三方检测。
此次突破跳出传统材料改性思路，以物理场动态调控开辟宽温域高比能电池新路径，可适配临近空间飞行器、极地科考装备等国家重大战略场景，满足-120℃至60℃全天候能源供给需求。
该研究得到多项国家级、省部级项目资助，团队在固态电池、超级电容器等领域已形成连续且有影响力的研究布局，这项成果不仅解决了锂硫电池极低温应用难题，更为储能体系低温优化提供可迁移范式，助力我国在高端储能领域构建技术优势。
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