科创中国

化碳是目前世界上理论能量密度最高的原电池固态正极材料。西方发达国家一直将高能量氟化碳制备视为核心技术，严禁技术输出和公开交流。“目前国内广泛使用的氟化碳材料主要依赖国外进口，严重制约了我国相关领域的科学研究和产业发展。”不过，受自身结构限制，当前国际主流的氟化碳材料也有痛点——它难以实现“能量密度高”和“功率密度高”的兼顾。2008年，封伟团队率先提出开发具有独特结构的新型氟化碳材料，以实现能量密度和功率密度的“双高”。历经十余年攻关，团队颠覆了现有的基于石墨烯六元环结构的共价型氟碳结构，在国际上率先研制出兼具高电压和高容量的结构型氟化碳材料。经实验室实测，这一新材料能量密度达到2738Wh/kg，比国外同类产品高30%，达到国际领先水平。同时，它能在超大放电电流条件下稳定工作。据测算，其成本相比进口材料能大幅度降低。“这标志着我们突破了发达国家长达数十年的技术封锁。

锂-氟化碳（Li-CFx）电池具有众多独特的优点，因此在一系列电子设备中得到广泛应用。现代化工业应用的发展要求电源需要执行更长期任务，因此对氟化碳正极材料的能量密度、功率密度和安全可靠性提出了更高的要求，传统基于石墨类的氟化碳已经不能满足现代化设备的需求。研究团队采用非晶态煅烧澳洲坚果壳作为起始物料制备了一系列的氟化碳材料，通过改善碳材料的电子云分布以及电负性实现对氟化碳电化学性能的调控，显示出了更为优良的电化学特性。所制备的氟化果壳碳生物质果壳碳具有高的比容量和高的放电电压最大能量密度为2738 Wh／kg，比目前商业化氟化石墨提高33%，并且表现出良好的倍率特性，在1C放电条件下的放电电压也能够达到2.5 V。

经实验室实测，这一新材料能量密度达到2738Wh/kg，比国外同类产品高30%，达到国际领先水平。同时，它能在超大放电电流条件下稳定工作。据测算，其成本相比进口材料能大幅度降低。“这标志着我们突破了发达国家长达数十年的技术封锁。

封伟教授 科学技术发展研究院副院长 研究领域：功能有机碳复合材料、新能源材料与器件、导热复合材料、智能材料、二维材料与性能标志性成果·教育部技术发明一等奖（2020）·国务院特殊津贴专家（2020年）·天津市“杰出人才”（2018）·中国科技部中青年领军科学家（2017）·天津市技术发明一等奖（2017）·国家“万人计划”科技创新领军人才（2016）·天津市技术发明一等奖（2015）·科技部中青年科技创新领军人才（2015）·天津市“131”创新人才（2015年）·国家杰出青年基金获得者（2014）·教育部新世纪优秀人才（2006）·日本JSPS高级访问学者（2008年）

先进化学电源在现代国民生活领域具有重要的应用前景， Li-CF_x电池虽然已经实现了商业化应用，但还需要进一步优化满足未来电子设备对能量和功率密度的需求。生物质硬碳具有原料来源广泛、生产成本低廉、材料结构可调控性强等优点，能够大规模生产制备，目前团队已经形成公斤级生产能力，有望取代商业化氟化石墨得到广泛应用。

技术咨询，技术合作开发，锂-氟化碳（Li-CFx）电池具有众多独特的优点，因此在一系列电子设备中得到广泛应用。希望以后实现新型氟化碳材料的稳定大批量生产。