中科院上海硅酸盐所《AM》：前所未有！高倍率和长寿命可充电氟化碳电池

图1、 一种高度可充电的 Li-CFx 电池，它采用氧处理的氟化石墨（CFO）作为阴极 的结构和形态特征

图2、基于不同电解质的 CFO 可充电性。

图3、基于LiPF6的电解液中CFO的表面成分演变

图5、CFO在含TSbCl电解质中的电化学性能。

图6、CFO在含TSbCl的电解质中的反应机理。

图7、含TSbCl电解质中CsLiF2的转化反应。

总之，我们通过氧掺杂和电解质配方，提出了一种具有前所未有的高倍率和长寿命的可充电氟化碳电池。Mn2+-O和Cs的存在可促进锂-F在充电过程中的解离，保证了锂-氟化碳电池持久的转换反应可逆性。在添加了 CsF 和 TSbCl 的改良电解质体系中，TSbCl 可作为阴离子受体溶解 CsF，并通过与氟离子和 LiPF+6 络合形成稳定的界面层，从而限制 Li-F 物种向电解质的扩散，减少氟化物的损失。释放出的铯阳离子在放电过程中介入锂和氟化物的结合，导致不寻常的双金属氟化物 CsLiF2优先沉积和生长，在充电过程中更容易电化学分裂。相应的锂-CFO电池不仅基于阴极实现了高达 1012 Wh kg-1 的能量密度，而且在电流密度为 10Ag-1 和 20 A g-1 时分别实现了高达 19873 W kg-1 和 38342 W kg-1 的功率密度。即使在 10 A g-1 和 20 A g-1 的超高电流密度下，电池也能在600次和 260 次循环中表现出稳定的循环性能，容量保持率分别为 98% 和 96%。此外，这种锂-CFO 系统还具有低温操作（如在 -20 °C）、低自放电（即延长存储寿命）、大规模袋式电池操作以及兼容更高的活性材料负载（5-6 mg cm-2）等能力，因此应用前景广阔。这项工作为高能量密度 CFx 的电化学可逆性提供了解决方案，而 CFx 长期以来一直被认为是原电池的阴极。