上海勁孚化工科(kē)技有(yǒu)限公司

     www.shjinfu.com.cn（上海勁孚化工科(kē)技  021-57629631）--亞太地(dì)區(氟)化工原料與特種新材料專業供應商(shāng)。

     公司緻力于氟樹脂工業與其他特種新材料産業的(de)前沿技術與銷售，目前主要經營氟塑料（PTFE/FEP/PFA/ETFE/PVDF等）、色母、氟塗料、PEEK、芳綸、碳纖維、玻璃纖維、功能性化學(xué)品及其他特種新材料。   

獲得高(gāo)性能氟離(lí)子(zǐ)電池的(de)技術及關鍵點---（下文/上海勁孚化工科(kē)技小編以專業的(de)文字來表述）

  【 使氟離(lí)子(zǐ)電池獲得優異電化學(xué)性能的(de)關鍵在于F^-的(de)快速傳輸以及氟基電化學(xué)反應的(de)有(yǒu)效進行(xíng)，因此開發能快速傳導 F^-的(de)電解質與能有(yǒu)效發生氟基電化學(xué)反應的(de)電極材料至關重要。】

  關于氟離(lí)子(zǐ)電池的(de)報道(dào)最早可(kě)以追溯到40年(nián)前，但是直到Reddy和(hé)Fichtner使用LaF3和(hé)BaF2作為(wèi)固态電解質，金屬氟化物和(hé)金屬铈分别作為(wèi)正極和(hé)負極,才使氟離(lí)子(zǐ)電池真正引起了人們的(de)重視(shì)。氟離(lí)子(zǐ)電池的(de)工作原理(lǐ)如(rú)下圖所示[1]，這其中BiF3為(wèi)正極，Mg為(wèi)負極，放電的(de)時候Mg被氧化轉變為(wèi)MgF2，而BiF3被還原為(wèi)Bi金屬。

金屬氟化物一(yī)般都具有(yǒu)高(gāo)容量的(de)特性，例如(rú)BiF3，CuF2和(hé)FeF3等材料的(de)理(lǐ)論容量分别達到302mAh/g，528mAh/g和(hé)712mAh/g，這就使得氟離(lí)子(zǐ)電池在重量能量密度上具有(yǒu)先天優勢，同時由于金屬氟化物的(de)質量密度一(yī)般較高(gāo)，因此氟離(lí)子(zǐ)電池也能夠獲得很高(gāo)的(de)體積能量密度。相比于Li資源，含氟化合物的(de)儲量十分豐富(例如(rú)常見的(de)螢石(GaF2)等)，價格便宜，使得氟離(lí)子(zǐ)電池無論是從能量密度，還是成本和(hé)可(kě)持續性上都要比锂離(lí)子(zǐ)電池具有(yǒu)優勢，因此氟離(lí)子(zǐ)近年(nián)來吸引了廣泛的(de)關注。

　　德國(guó)HIU研究所的(de)F. Gschwind等[1]對比了氟離(lí)子(zǐ)電池與Li-ion電池，Zn-O電池，Li-S電池，Li-O電池的(de)理(lǐ)論重量比能量和(hé)體積比能量，并分析了有(yǒu)多少種氟離(lí)子(zǐ)電池體系的(de)理(lǐ)論性能優于這些電池，結果如(rú)下表所示。從F. Gschwind的(de)分析結果來看，氟離(lí)子(zǐ)電池不僅對于锂離(lí)子(zǐ)電池具有(yǒu)壓倒性優勢，對于Li-S和(hé)Li-O電池在體積能量密度方面也具有(yǒu)一(yī)定的(de)優勢，因此氟離(lí)子(zǐ)電池值得我們進行(xíng)深入的(de)研究分析。

  氟離(lí)子(zǐ)電池主要有(yǒu)兩種結構，一(yī)種采用固态電解質的(de)全固态結構，這種電池需要在高(gāo)溫下進行(xíng)工作，另外一(yī)種采用液态電解液，這種電池可(kě)以在常溫下進行(xíng)工作。

  采用固态電解質的(de)氟離(lí)子(zǐ)電池大多需要在高(gāo)達170℃的(de)溫度下工作，這也導緻了氟離(lí)子(zǐ)電池的(de)循環穩定性差，容量衰降過快，提高(gāo)固态電解質的(de)F離(lí)子(zǐ)電導率，特别是低(dī)溫下的(de)F離(lí)子(zǐ)電導率，降低(dī)氟離(lí)子(zǐ)電池的(de)工作溫度是改善氟離(lí)子(zǐ)電池循環性能的(de)關鍵，德國(guó)的(de)HIU和(hé)KIT研究所的(de)Le Zhang等利用旋塗的(de)工藝制備了厚度僅為(wèi)4-5um的(de)La0.9Ba0.1F2.9薄膜電解質層，該薄膜電解質層克服了厚電解質層電阻率大的(de)問題，在170℃下F離(lí)子(zǐ)電導率可(kě)達1.6´10-4S/cm，該薄膜電解質層在80℃下的(de)離(lí)子(zǐ)電電導率相當于厚電解質層在170℃下的(de)離(lí)子(zǐ)電導率，從而使得氟離(lí)子(zǐ)電池可(kě)以在更寬的(de)溫度範圍內(nèi)正常工作，提高(gāo)氟離(lí)子(zǐ)電池的(de)循環性能。

   采用液态電解質的(de)氟離(lí)子(zǐ)電池雖然能夠在常溫下工作，但是一(yī)般都因為(wèi)負極鈍化等原因，無法進行(xíng)充放電循環，而日本東京大學(xué)的(de)Ken-ichi Okazaki等[3]利用離(lí)子(zǐ)液體作為(wèi)溶劑，制備了基于液态電解液能夠在常溫下進行(xíng)充放電的(de)氟離(lí)子(zǐ)電池。Ken-ichi Okazaki使用1-甲基-1丙基哌啶氟(MPPF)作為(wèi)電解質鹽，N,N,N-三甲基-N-丙基雙(三氟甲磺酰基)酰胺TMPA-TFSA作為(wèi)溶劑，在電解質：溶劑比例為(wèi)1:10時，在298K的(de)溫度下離(lí)子(zǐ)電導率可(kě)達2.5mS/cm，遠高(gāo)于固态電解質。以該溶液為(wèi)電解液，BiF3/Bi為(wèi)正極，PbF2/Pb為(wèi)負極，Ken-ichi Okazaki制備了可(kě)以在常溫下進行(xíng)充放電的(de)氟離(lí)子(zǐ)電池，解決了液态電解液的(de)氟離(lí)子(zǐ)電池無法進行(xíng)充放電的(de)問題。

   氟離(lí)子(zǐ)電池正負極活性物質的(de)候選材料很多，不同體系的(de)氟離(lí)子(zǐ)電池的(de)能量密度是我們關注的(de)焦點，F. Gschwind等對多種氟離(lí)子(zǐ)電池的(de)電極材料進行(xíng)了理(lǐ)論計算，當不同的(de)材料之間相互匹配時，它們的(de)體積比能量和(hé)比容量數據如(rú)下圖所示，通過該圖我們可(kě)以按照我們的(de)需求比能量等指标，選擇我們需要的(de)材料組成電池，然後進行(xíng)針對性的(de)優化。

　　雖然氟離(lí)子(zǐ)電池在理(lǐ)論上具有(yǒu)遠高(gāo)于锂離(lí)子(zǐ)電池的(de)重量能量密度和(hé)體積能量密度，但是在實際上由于種種因素的(de)限制，使得氟離(lí)子(zǐ)電池很難達到其理(lǐ)論上的(de)能量密度，例如(rú)雖然很多金屬氟化物着很高(gāo)的(de)理(lǐ)論比容量，但是由于F-嵌入過程中對其結構的(de)破壞，造成其不可(kě)逆容量較大，因此很難發揮出理(lǐ)論上的(de)高(gāo)容量。常見的(de)氟離(lí)子(zǐ)電池正極材料Bi，當與CeF3組成電池時，充電容量可(kě)達400mAh/g(4V)，但是放電容量僅為(wèi)20mAh/g(2.3V)，同樣的(de)現象還發生在CaF2/Bi和(hé)MgF2/Bi電池上，因此為(wèi)氟離(lí)子(zǐ)電池尋找合适的(de)正極材料是提高(gāo)氟離(lí)子(zǐ)電池能量密度的(de)關鍵。

   研究顯示造成Bi金屬可(kě)逆容量較低(dī)的(de)主要原因是在充電過程中，随着BiF3的(de)形成，原本光滑的(de)Bi金屬表面發生膨脹變的(de)非常粗糙，甚至發生分層剝落，而在還原的(de)過程中，部分BiF3因為(wèi)失去(qù)了與底層Bi金屬的(de)到導電連接，從而無法發生還原反應，進而導緻氟離(lí)子(zǐ)電池在循環過程中可(kě)逆容量低(dī)，循環性能差。為(wèi)了克服這一(yī)問題，德國(guó)德姆施塔特工業大學(xué)的(de)Mohammad Ali Nowroozi等開發了一(yī)種可(kě)供F離(lí)子(zǐ)嵌入的(de)鹽LaSrMnO4F和(hé)LaSrMnO4F4-X，F離(lí)子(zǐ)可(kě)以嵌入到兩種鹽的(de)晶體之中，可(kě)逆容量達到100mAh/g左右，極大的(de)提高(gāo)了氟離(lí)子(zǐ)電池的(de)庫倫效率，是一(yī)種理(lǐ)想的(de)氟離(lí)子(zǐ)電池正極材料。