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能量密度是锂电池6-7倍，氟离子电池又是什么？
电池,离子,电解液能量密度是锂电池6-7倍，氟离子电池又是什么？
发布时间：2016-12-08加入收藏来源：互联网点击：
至此，氟离子电池替代锂离子电池还是一件很远的事情，未来10年可能还是锂离子电池的天下。
回答于 2019-09-11 08:43:50
氟离子电池是一种新型的锂离子电池，与传统锂离子电池相比，具有安全、高效、循环寿命长、无公害等优点。在锂离子电池中，通常采用阴极材料，阴极主要是指负极材料，在自然界中通常有三种形式：正极材料由氧化物、硫化物和碳化物组成；负极材料由金属氧化物和硫化物组成；正极材料由含氮原子和氧原子的氟化物组成。电池中的负极材料主要有三种形式：正极、电解液。在自然界中存在着许多类型和数量众多的负极材料，例如银、铜、铝等金属氧化物纳米材料及化合物，其中尤以银电池和铜电池最为常见。氟离子电池采用新技术进行结构设计，其优点是充电速率快，效率高；锂离子电池和锂聚合物电池因其容量大、充电速率快、稳定性好等特点迅速被市场所接受。因此开发出具有高能量密度、低环境污染、安全性好、免维护等优点和性能价格比好、充电速度快、效率高、无污染、无公害等特点的锂离子电池是当前锂离子电池发展趋势之一已成为当前锂离子电池研究的热点之一。
一、电极材料
以氟化物为负极材料的锂电池主要有氟聚合物电池、氟正极材料和氟负极材料。氟聚合物电池正极主要是采用碳纳米管及纳米颗粒；氟电极是以石墨为介质，通过特殊工艺制造而成的。碳纳米管主要用于生产电容器；电极包括石墨烯，钛酸酯(TiO)以及LiCoO2、CuCoO2、NiCoO2等碳基材料。氟聚合物电池电极采用氟酸酐和氧化铝作为电解液；钛酸酐是用来在电解液中溶解和脱去氟化氢的有机酸，一般为醋酸(PVDF)或草酸等碱性液体，其原理是在钛酸酐与硫酸根反应生成氟化氢之后形成CuCoO2。锂聚合物电池正极主要采用三氧化二铝为阴极材料，电解液作为介质；氟化氢是电解液中含有二氧化碳而形成的一种无色液体，是通过将氟化氢加热挥发而形成的无色液体，其原理是在电解液中加少量无水氟化氢进行加热挥发形成无水氟化氢。
二、电解液
电解液通常是在电解液中添加一定量的金属盐，以改变电解液的组成，以提高负极材料的电化学性能。电解液质量分数在5%-15%时，电解液的电化学性能最好。在相同质量分数时，电解液质量分数越高或电化学性能越好，可提高电池的性能。目前常用的电解液分为无机电解液、有机电解液。无机电解液有水、亚甲基蓝、氟化钠、乙二醇、硫酸铜、磷酸铁锂、甲基蓝、甲基纤维素等。有机电解液除了含有氟化物外，还含有有机溶剂和水，如用有机溶剂提取氟化铜阳极会生成一种新的纳米级材料；用乙二醇提取氟化铜阳极则会生成一种新的纳米级材料；用氢氧化钠提取氟化铜阳极则会生成一种新的纳米级材料；有机硅类电解液主要含有乙二醇、水、硅烷和氯化钙等，这些电解液水质、溶剂配比等方面有严格的要求。随着氟化铜产业链和氢氧化钠产业链的发展，以及氟化学基础研究不断深入，近年来氟化铜阳极研究成果不断涌现。
三、制备工艺
Sylvain和 Zhang研究了采用湿法制备无碱铜正极材料和采用硫化物负极化和纳米复合负极的新工艺。在无碱铜正极上以氟化钠作为电极材料，采用超声分解技术将含氟前驱体溶解并制备出均匀的无碱铜负电极结构，然后将其嵌段到正极形成高比表面积的阳极区，再利用电化学方法将银离子注入至铜负极上并形成正极膜。通过超声分解技术可以制备出良好的复合负极。在硫化物负离子中加入一份硫、对一份镍均有加成，形成镍正负极共结构；硫化物经还原后得到含有 Ni和 Se的混合溶液后，可通过电化学方法在硫化物负离子中加入银离子，使电池具有较高电压；硫化物和氟在还原性物质中均有加成。纳米复合电池作为锂离子电池的一个发展方向。通过添加微量催化剂可以降低制备过程中所需成本，提高电池的能量密度；用纳米颗粒替代银、镍材料可以抑制金属锂的扩散而减少对电极造成的污染，进而提高电池能量密度和使用寿命；还可以通过使用含有高浓度硫原子的纳米颗粒使该锂离子电池具有良好的安全性。通过上述分析，我们已经掌握了不同制备工艺对导电填料、聚合物、锂/硫复合物及其它金属氧化物材料不同微粒尺寸的影响范围以及机理。
回答于 2019-09-11 08:43:50
氟离子电池，是以氟化物作为载流子的可充电电池器件，是一种同锂离子电池具有相似工作原理的“摇椅电池”。氟离子电池通过氟化物离子（fluoride ion）在正极和负极之间移动实现充放电。
而据报道，氟离子电池如果研发成功，其能量密度（代表存储电力的性能）可达到锂离子电池的6～7倍，能做出更轻、更小的电池，同时理论上也能实现不使用稀有金属的结构，易于避免资源采购风险。
就能量密度而言，全固态氟离子电池理论能量密度极高，最高可接近每升5000瓦时，约是目前商业化锂离子电池能量密度的8倍，也超过了正在研究开发的锂空气电池。
就安全性能而言，氟是电负性最强的元素，极难转变为相应的单质，不易发生类似锂离子形成锂枝晶的反应，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。
就原料供应而言，氟元素的地壳丰度远高于锂元素。相关统计数据显示，氟元素的地壳丰度是锂元素的50倍左右，氟离子电池在原材料供应方面的压力远低于锂离子电池。
而一旦成功，全固态氟离子电池将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造成颠覆性的改变。
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