能量密度是锂电池 6-7 倍，氟离子电池又是什么？

据日经新闻 4 日报道，作为新一代蓄电池，采用氟的 “氟化物离子电池” 日趋受到关注。

据悉，这种电池存储电力的性能提高至目前锂离子电池的 6～7 倍，能实现重量更轻、体积更小的电池，充电一次行驶 1000 公里，有望成为 2030 年以后蓄电池的有力竞争者之一，丰田等汽车厂商也已启动开发。

什么是氟离子电池？

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。

目前主流的新能源车型搭载的都是三元锂以及磷酸铁锂电池，三元锂电池存能量密度大续航里程长低温活性好的优点，但是存在稳定性差，事故后容易自燃等安全问题。

而磷酸铁锂电池有着低成本高安全性的优势，但是低温表现一般，能量密度没有特别高。纵观整个新能源市场，还没有哪款车型可以做到续航 1000Km 的水平。

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。

据中国科学技术大学教授马骋团队此前的研究，

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。

丰田等汽车厂商已启动开发

据媒体此前 2020 年 8 月报道，丰田和京都大学研究人员正在联合开发新型氟离子电池。汽车厂商非常关注这一领域，本田旗下的本田研究所也于 2018 年携手美国国家航空航天局（NASA）等发布了有关氟离子电池的研究成果。

不过，实用化面临的问题很多，例如未找到电极材料和电解质的最佳组合，充放电的可重复次数和电动势等性能目前仍落后于锂离子电池等。

但是据日本立命馆大学教授冈崎健等人的团队于今年 9 月发布了分析氟离子电池的电极和电解质材料的组合如何影响电极反应的成果，用于正极的铋与氟离子直接产生反应，电极的体积发生改变，而用于负极的铅溶解于电解液，与氟离子产生反应，存在结晶析出等诸多问题，这种差异会影响充放电的可重复次数等，冈崎表示 “已显示出材料探索的方向”，将在 2025 年之前，通过电极材料采用铜和铝的低成本方式试制资源采购风险低的氟离子电池。

国内也有相关研究

据中国科学报 2021 年 12 月 30 日消息，中国科学技术大学教授马骋团队设计了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，容量没有发生显著衰减，相关研究成果刊发于 Small。

据悉，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，吸引了人们对全固态氟离子电池关注的目光，让人们看到未来电池多元化发展的希望。

据马骋介绍，它最重要的意义还在于它是一种 ‘从 0 到 1’ 的突破，由于缺乏合适的电解质，氟离子电池在很长一段时间内并不被业界看好，相关研究也极其稀少，而新型固态电解质的发现则将 “不可能” 变成了 “可能”。

其同时指出，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，而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。他们此次报道的新材料克服了固态电解质的瓶颈，但目前仍然不存在性能令人满意的正极材料和负极材料。

应用场景想象空间大

据丰田等涉足的开发所研究显示：

1）面向纯电动汽车方面，氟离子电池属于被视为新一代的强有力竞争者的蓄电池之一。

2）面向太阳能和风力等可再生能源的蓄电用途也受到期待。

3）而在钠离子电池和镁离子电池等各种竞争者当中，氟离子电池可同时解决超过锂离子电池的大容量化和资源问题的潜力构成优势”。

不过，马骋团队也坦言，这一技术虽然具有独特的优势和良好的应用前景，但未来发展仍面临很多挑战。

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。