科创中国

行业领域

新能源及节能技术

需求背景

氟离子电池通过氟化物离子在正极和负极之间移动实现充放电。金属氟化物一般都具有高容量的特性，这就使得氟离子电池在重量能量密度上具有先天优势，同时由于金属氟化物的质量密度一般较高，因此氟离子电池也能够获得很高的体积能量密度。相比于Li资源，含氟化合物的储量十分丰富，价格便宜，使得氟离子电池无论是从能量密度，还是成本和可持续性上都要比锂离子电池具有优势，因此氟离子近年来吸引了广泛的关注。

   本项目拟通过开发新型氟离子固态电解质，实现室温下全固态氟离子电池的稳定长循环，综合提高电池的能量密度和安全性能，拓宽电池的使用范围且降本增质，拟解决的关键技术有：

（1）为氟离子电池构筑固态电解质，优化结构设计、提升应用性能发挥、拓宽应用领域，降低生产成本；

（2）对电极材料进行改性研究，从而提高电极材料的循环性能；

（3）匹配隔膜的选择以及配方确定，优化参数，提高锂离子电池应用性能发挥。  

需解决的主要技术难题

电池构筑固态电解质，优化结构设计, 电极材料进行改性研究 将金属氟化物M'F与固体电解质基体材料及导电碳混合,制备氟离子电池用复合正极材料;采用预烧结处理结合共沉淀法或球磨法制备氟铈矿结构的LnMF电解质粉体材料,采用冷压,热压和有机无机复合方法制备具有氟离子选择性通过的固态电解质材料;选用活性金属作氟离子电池负极.本发明可有效减少正极材料与电解质的固固界面电阻,采用合适的电极材料进行组合,FIBs理论容量高达1500Wh/kg,是锂空气电池理论容量的***倍,是锂硫电池理论容量的2倍,制备方法简单,既具有全固态电池的高安全性,又具有新型电池体系高能量密度的特性.

期望实现的主要技术目标

（1）研发出具备高离子电导率和宽电化学窗口的新型氟离子固态电解质;

（2）实现室温下固态氟离子电池的稳定长循环。

需求解析

解析单位：“科创中国”纳米技术专业科技服务团（上海市纳米科技与产业发展促进中心） 解析时间：2023-11-21

李小丽

上海市纳米科技与产业发展促进中心

研究员

综合评价

清洁可再生能源的大力开发与研究已经成为当今世界各国在未来发展中重要的战略目标。近年来，氟离子电池由于具有高能量密度、原材料资源丰富、全固态结构等优点受到了广泛关注，但其中还有问题亟待解决。正极材料的严苛的高温工作条件和固态电解质不理想的的电化学性能阻碍了其实际的应用。 对于正极材料的改性，建议将金属氟化物与固体电解质基体材料及导电炭混合，以制备氟离子电池用复合正极材料；对于固态电解质材料的选择，建议采用预烧结处理结合共沉淀法或球磨法制备氟铈矿结构的LnMF电解质粉体材料，采用冷压,热压和有机无机复合方法制备具有氟离子选择性通过的固态电解质材料。该项目可以有效减少正极材料与电解质的固固界面电阻，改善正极材料对于环境的苛刻要求，能为该产业带来突破性应用价值。

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