氟离子电池电解质
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2025-01-06
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人们生活离不开锂离子电池，从智能手机、笔记本电脑到电动汽车和
电池储能系统都会用到。但随着用量与日俱增，也为电池原料供应带
来不小的压力。毕竟用量增加，但金属新增产量一定有限。
通常锂电池的阴极是由锂和钴、镍、锰等过度金属组成，能源顾问公
司 报告指出，随着汽车制造商增加电动汽车产量，
其电池重要金属原料锂、钴和镍等，可能会在 年中期面临供应
吃紧的现象。
因此乔治亚理工学院决定换一种材料，尝试利用氟化铁活性材料和固
态聚合物电解质纳米复合材料打造全新电极。
过去过渡金属氟化物因为其腐蚀性、过于活泼等稳定性问题，即使容
量高、材料成本低、储量多，仍不受科学家待见。但由乔治亚理工学
院材料科学与工程学院教授 带领的团队发现，把氟化物
跟固态电解质配对的话，高温下电池也能正常运作。
若实验成功，将有助于研发更轻、更便宜与安全的锂离子电池。添加
氟化铁的锂阴极容量也非常高，是钴基、镍基的两倍之多。除此之外，
铁还比钴便宜 倍、比镍便宜 倍，在材料成本方面根本完胜。
但为什么跟聚合物电解质组合就没事呢？科学家指出，主要优点有两
个：其一，它能在充放电循环时弯曲，适应氟化铁的溶胀现象，解决
过去氟化铁的膨胀和大量副反应问题；其二，能在锂氟化铁电极之间
形成稳定与可挠的接口。
实验测试指出，新型电池的容量达 ，即使处在摄氏 度
下，充放电循环也超过 次，室温环境表现也优于过去的设计。
在研究中，固态聚合物电解质功不可没。过去若采用金属氟化物电极，
只要温度超过摄氏 度，阴极表面的金属离子就会溶解到电解质中，
最后电池容量大打折扣。而固态聚合物电解质形成的界面能有效防止
金属溶解、离子“逃离”电极。
未来该团队还会持续深入研究固态聚合物电解质，研究员指出，他们
目前采用的聚合物电解质非常普遍，而且其他固态电解质或是电极结
构或许也能达成目标。目前成果已发表在《 !"!"》。
二 氟 草酸硼酸钠# $%&'() 一种新型钠离子电池电解质盐 陈君儿 *+*,
-*./*01"2"!"*3"4浙江大学化学系，浙江省
杭 州 市 西 湖 区 浙 大路 5 号，67"!/3* 0*
!"+8)9":9;;钠离子电池的研究开发一定程度上可缓和因锂资
源短缺引发的电池发展受限问题<=。电解质作为电池 的重要组成部分，成为近几年的研
究热点之一<=。以草酸钠和三氟化硼乙醚溶液合成的二氟草酸硼酸钠 # $%&'(是一种
新 型 的 钠离 子 电 池电 解 质 盐。 电 化 学 测 试 结 果 表明（ 图 ）， 使 用 不 同溶剂 （如
8.)$8. ， 8.)2. ，8.)$. ，2. 等）的; $%&' 有 机 电 解 液时 ，
> ;& 半电池均表现出良好的倍率性能 和循环寿命，而传统 .&和
2%? 有机电解液只有在特定溶剂中才能获得较好的电化学性能。 %;#(."/!
!"!" 3 $%&'@ #( ./ 1"3" ! A"! "! 3
;&3;关键词：钠离子电池；二氟草酸硼酸钠；电解质 参考文献 <=
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二氟草酸硼酸钠作为钠离子电池非水电解液添加剂的电化学性能 张 鼎，朱 芹，王 瑛
，赵成龙，刘世斌 ，徐守冬 +（;太原理工大学化学化工学院， 山西 太原
； ;山东玉皇新能源科技有限公司， 山东 菏泽 ） 摘要： 引入电解液
添加剂是提升钠离子二次电池电化学性能的重要途径;本文制备了二氟草酸硼酸钠（ $
%&'），并作为 .&>碳酸乙烯酯（8.）>碳酸丙烯酯（2.）（8.)2.体积比为
)）非水电解液的添加剂，分别考察了其加入量对于电导率特性、电化学氧化分解电压
的影响，以及应用于 ;;&半电池的电化学性能;结果表明， $%&'作为
添加剂时对于 .&>8.>2.电解液电导率提升不明显，但显著提升了电解液的氧化分
解电压；以添加 ;J4 $%&'的电解液应用于 ;;&半电池时，
首周不可逆比容量由 J下降到KJ， 同时 ;.倍率下循环 周容
量保持率由 ;L 提 升 到 5K;L ， 平均每周容 量 衰 减 为 ;?J; 因 此 ，
$%&'可以作为钠离子电池非水电解液的一种有效添加剂;关键词： 钠离子电池； 非
水电解液； 电解液添加剂； 二氟草酸硼酸钠；镍锰酸钠中图分类号： &??文献标识码：
收 稿 日 期 ： ?5 ， 修 订 日 期 ： ?5+ 通讯作者， M)#5?
(?*8)F:!/!;; 国家自 然 科 学 基 金 项 目
# ;?(及山西省自然科学基金项目# ;， ;?(
资助 电化学 H&6C 4&%848.MC&.-8I0MC第 卷 第 期 年 5月 N;
; ; $&I) ;5>9;!";? .! !) H;
8!"; * #() K "!I$)?#(
-!!1)>>!";F;;锂离子电池的广泛应用使锂的需求量急剧增加， 但锂
是稀有金属， 生产和回收技术也不够成熟，构成了未来规模化应用的短板，因此开发新的
高性能二次电池体系显得尤为重要;钠与锂都处于第 I周期，在价态、反应活性等方面具有
相似的特性，同时钠在地壳中含量丰富，且易于生产和回收， 因此用钠代替锂构造的钠离
子电池潜在经济效益和环境效益较高<=;基于非水电解液的钠离子二次电池的工作机理
类似于锂离子电池， 充放电过程中钠离子在正负极可逆的嵌入脱出;其中电解液是钠离子
传输的载体， 同时是电极过程中活性材料发生可逆反应的媒介， 其电化学性能与电池的比
容量和循环性能有密切联系<?=;目前，应用的钠离子电池非水电解液主要是 2%?和
.&的碳酸酯溶液，其中 8.>2.（碳酸乙烯酯>碳酸丙烯酯，体积比 )）溶剂制备的
电解液具有良好的电化学稳定性和对钠金属化学稳定性， 已获得广泛的认可和应用<5=;
对于电解质盐， .&由于价格相对低廉、纯度较高，容易获取，成为众多科学研究中
应用最广泛 的电解质盐;基于高氯酸钠的碳酸酯电解液优点是室温离子电导率高，与硬碳
负极材料的相容
本发明涉及氟离子电池用电解液和氟离子电池。本发明以提供一种对含有氟化物络阴离子
的离子液体赋予氟阴离子传导性的氟离子电池用电解液为课题。在本发明中，通过提供以
如下为特征的氟离子电池用电解液来解决上述课题，该氟离子电池用电解液含有：含有特
定的氟化物络阴离子的离子液体、和具有特定的受主数的阴离子受体。
."8"/：卤素离子作为摇椅电池和双离子
电池电荷载流子
年? 月K 日å/O!"7G
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&"0!!67"!/*."7*60
Carbon EnergyO#(
DOI:;>/;01
成果简介
俄勒冈州立大学纪秀磊等关于卤素离子作为摇椅电池和双离子电池电荷载流子展开综述。本综述讨
论了卤化物离子是如何作为电荷载流子在阴离子摇椅电池和双离子电池系统中应用的。由于大能量
密度值和含卤化物材料的天然丰度，基于氟离子和氯离子的阴离子摇椅电池在过去的 年出现并引
起越来越多的研究兴趣。由于低成本和高工作电压的特点，双离子电池使用卤化物类作为阴离子电
荷载体被视为是有前景的下一代电池技术之一。尽管大量的多原子离子被研究作为电荷载体，但单
卤化物离子如%P和.P以及金属基超卤化物如（<.=P）作为双离子电池阴离子电荷载体的研究相
对较少。这里，本文对一些关键进步以及近期关于卤化物载流子在电化学能量存储中的进展做出综
述。同时提出了对该领域现状的看法，并提供了路线图期望能够帮助研究人员在这些有前途的新兴
领域中取得进步。该成果以“A review of halide charge carriers for rocking-chair
and dual-ion batteries”为题发表在 Carbon Energy 上。02
研究背景
不断出现的全球变暖挑战和环境污染问题从根本上威胁着整个全球人口的幸福和安全，也推动了可
持续清洁能源的发展。作为能量存储设备，可充电电池由于其转换效率高，易于维护和寿命长等特
点已经逐步发展为能量存储系统中的佼佼者。作为可充电电池的一种，锂离子电池在近几十年来得
到飞速发展。传统的锂离子电池是阳离子摇椅电池，其中锂离子作为往返正负极材料的梭子。然而
4I' 在安全性、毒性和资源可用性方面仍面临很大挑战。因此，需要持续发展新型电池系统，包括
使用未被探究的电荷载流子以及新的工作机制。03
图文解析
图1.O工作机理示意图：（）阳离子摇椅电池，（'）阴离子摇椅电池，#.(双离子电池和（$）反
向双离子电池。
§要点
关于阴离子摇椅电池、双离子电池和反向双离子电池工作机理的研究较少。类似于阳离子摇椅电池，
阴离子摇椅电池使用单个阴离子作为梭子。放电过程，阴离子载流子穿过电解液从正极移动到负极。
充电时，反向过程发生。阴离子电池的例子如卤素离子电池（DI'）即氟离子电池#%I'(和氯离子
电池。代表性地，过渡金属卤化物作为正极，另一种金属作为负极。在 %P作为电荷载流子，.%
和4 分别作为正极和负极材料的传统DI' 电池充电过程中，正负极分别发生反应，可表达为：
摘要：
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人们生活离不开锂离子电池，从智能手机、笔记本电脑到电动汽车和电池储能系统都会用到。但随着用量与日俱增，也为电池原料供应带来不小的压力。毕竟用量增加，但金属新增产量一定有限。通常锂电池的阴极是由锂和钴、镍、锰等过度金属组成，能源顾问公司WoodMackenzie报告指出，随着汽车制造商增加电动汽车产量，其电池重要金属原料锂、钴和镍等，可能会在2020年中期面临供应吃紧的现象。因此乔治亚理工学院决定换一种材料，尝试利用氟化铁活性材料和固态聚合物电解质纳米复合材料打造全新电极。过去过渡金属氟化物因为其腐蚀性、过于活泼等稳定性问题，即使容量高、材料成本低、储量多，仍不受科学家待见。但由乔治亚理工学院材...
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