【泽润聚焦】全固态氟离子电池

导 读

在新时代的能源浪潮中，作为目前电池领域的“主力”，全固态锂离子电池正面临能量密度有限、伴随锂枝晶具有安全隐患、锂元素原料供应紧缺等多重挑战。谁又将是“下一代电池”的有力竞争者？

早在2020年，丰田就与日本京都大学合作，开始了全固态氟离子电池的研究，并宣称一次充电可续航 1000 公里。中国科学技术大学马聘教授团队设计出一种新型氟离子固态电解质——钙钛矿氟离子导体，首次实现室温下全固态氟离子电池的稳定长循环，在25℃下持续充放电4581小时后，电池容量没有发生显著衰减。相关研究成果日前发表于《Small》。

这一成果创造了全固态氟离子电池领域循环时间最长、容量保持率最高的世界纪录，也让人们看到未来电池多元化发展的希望。今天，就让我们一起来了解全固态氟离子电池。

钙钛矿氟离子导体的晶体结构

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让“不可能”变为“可能”

“全固态氟离子电池”这一重大科研成果最重要的意义在于它是一种“从0到1”的突破。氟离子电池在很长一段时间内由于缺乏合适的电解质，并不被业界看好。因此，相关的研究非常稀少，而新型固态电解质的发现则将这一“不可能”变成“可能”，氟离子电池成为一个值得尝试的方向。

马骋教授的团队历时两年研发的新型氟离子固态电解质——钙钛矿氟离子导体，采用了特别有利于阴离子传输的钙钛矿结构，在具备高离子电导率的同时，还拥有较宽的电化学窗口，突破了过去“高离子电导率”与“宽电化学窗口”不能兼得的重大技术瓶颈，且对于潮气的稳定性远超全固态锂电池常用的硫化物和氯化物固态电解质。

在业界人士看来，这一重大突破证明了全固态氟离子电池具有实用化的可能。

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极具上升空间

与采用液态电解质的锂离子电池相比，全固态锂电池在能量密度和安全性能方面均有很大提升。但与全固态氟离子电池相比，其能量密度、安全性能、原料供应的上升空间仍相当有限。

在安全性能方面，全固态锂电池锂枝晶生长造成短路一直是难以克服的瓶颈。但氟是电负性最强的元素，极难转变为相应的单质，不易形成枝晶，因此基于不可燃无机固态电解质的氟离子电池，安全性能无疑更好。

此外，氟元素地壳丰度约是锂元素的50倍，氟离子电池在原材料供应方面的压力远低于锂离子电池。我国萤石（主要成分为氟化钙）资源在全球优势明显，氟离子电池可以充分利用这一优势。

以上这些优势，造就了全固态氟离子电池得天独厚的上升空间。

理想的固态电解质性能

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面向充满挑战的未来

在马骋教授眼中，全固态氟离子电池“小荷才露尖尖角”，如同一个初生的婴儿。

全固态氟离子电池由固态电解质、正极材料、负极材料共同组成，只有三者同时具备优异的性能，这种电池才有可能投入实际应用。马骋教授表示，他们此次报道的新材料克服了固态电解质瓶颈，但目前仍然不存在性能令人满意的正负极材料。这也将成为课题组今后重点攻关的方向。

而真正实现全固态氟离子电池产业化，令其在未来“走进寻常百姓家”，需要的不仅仅是基础科学的突破，还需要综合考虑成本和可持续发展。这必将经历一个漫长而又充满挑战的过程。

诚如马骋教授所言，钙钛矿氟离子导体的发现为破解这些问题带来希望。一旦成功，全固态氟离子电池将会以优异的安全性和极高的能量密度对新能源汽车、储能等重度依赖电池技术的领域带来颠覆性变革。

届时全固态氟离子电池能否由“涟漪”汇成“浪潮”，让我们拭目以待。

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