鋰離子電池LIB大家的都不陌生，鋰離子電池通過Li+在正負極之間往返穿梭，反復(fù)在嵌入和脫出正負極的晶體結(jié)構(gòu)，從而實現(xiàn)儲能的目的。其實能夠在正負極之間攜帶電荷的離子很多，例如H+、Na+、Mg2+等都可以作為正負極之間的載流子。Li+由于質(zhì)量輕、電勢低的優(yōu)勢，能夠顯著的提高儲能電池的能量密度，因此被廣泛的作為正負極之間的載流子使用，也就是我們常見的鋰離子電池LIB。但是鋰資源有限，價格居高不下，導(dǎo)致鋰離子電池的價格較高，影響了鋰離子電池的普及，特別是在這種對鋰離子電池需求量巨大的領(lǐng)域，對儲能電池的價格非常敏感，因此人們嘗試開發(fā)單位Wh成本更低的儲能電池，例如Na離子電池、Al離子電池等。

在眾多的新型電池中有一匹黑馬，這就是我們今天要向大家介紹的氟離子電池FIB。在元素周期表中，F(xiàn)元素是電負性最高的元素，因此F原子一但得到電子成為F-，就變得十分穩(wěn)定，因此F-非常適合作為電池中的載流子。關(guān)于氟離子電池的報道最早可以追溯到40年前，但是直到Reddy和Fichtner使用LaF3和BaF2作為固態(tài)電解質(zhì)，金屬氟化物和金屬鈰分別作為正極和負極,才使氟離子電池真正引起了人們的重視。氟離子電池的工作原理如下圖所示[1]，這其中BiF3為正極，Mg為負極，放電的時候Mg被氧化轉(zhuǎn)變?yōu)镸gF2，而BiF3被還原為Bi金屬。

金屬氟化物一般都具有高容量的特性，例如BiF3，CuF2和FeF3等材料的理論容量分別達到302mAh/g，528mAh/g和712mAh/g，這就使得氟離子電池在重量能量密度上具有先天優(yōu)勢，同時由于金屬氟化物的質(zhì)量密度一般較高，因此氟離子電池也能夠獲得很高的體積能量密度。相比于Li資源，含氟化合物的儲量十分豐富(例如常見的螢石(GaF2)等)，價格便宜，使得氟離子電池?zé)o論是從能量密度，還是成本和可持續(xù)性上都要比鋰離子電池具有優(yōu)勢，因此氟離子近年來吸引了廣泛的關(guān)注。

德國HIU研究所的F. Gschwind等[1]對比了氟離子電池與Li-ion電池，Zn-O電池，Li-S電池，Li-O電池的理論重量比能量和體積比能量，并分析了有多少種氟離子電池體系的理論性能優(yōu)于這些電池，結(jié)果如下表所示。從F. Gschwind的分析結(jié)果來看，氟離子電池不僅對于鋰離子電池具有壓倒性優(yōu)勢，對于Li-S和Li-O電池在體積能量密度方面也具有一定的優(yōu)勢，因此氟離子電池值得我們進行深入的研究分析。

氟離子電池主要有兩種結(jié)構(gòu)，一種采用固態(tài)電解質(zhì)的全固態(tài)結(jié)構(gòu)，這種電池需要在高溫下進行工作，另外一種采用液態(tài)電解液，這種電池可以在常溫下進行工作。

采用固態(tài)電解質(zhì)的氟離子電池大多需要在高達170℃的溫度下工作，這也導(dǎo)致了氟離子電池的循環(huán)穩(wěn)定性差，容量衰降過快，提高固態(tài)電解質(zhì)的F離子電導(dǎo)率，特別是低溫下的F離子電導(dǎo)率，降低氟離子電池的工作溫度是改善氟離子電池循環(huán)性能的關(guān)鍵，德國的HIU和KIT研究所的Le Zhang等[2]利用旋涂的工藝制備了厚度僅為4-5um的La0.9Ba0.1F2.9薄膜電解質(zhì)層，該薄膜電解質(zhì)層克服了厚電解質(zhì)層電阻率大的問題，在170℃下F離子電導(dǎo)率可達1.6′10-4S/cm，該薄膜電解質(zhì)層在80℃下的離子電電導(dǎo)率相當(dāng)于厚電解質(zhì)層在170℃下的離子電導(dǎo)率，從而使得氟離子電池可以在更寬的溫度范圍內(nèi)正常工作，提高氟離子電池的循環(huán)性能。
采用液態(tài)電解質(zhì)的氟離子電池雖然能夠在常溫下工作，但是一般都因為負極鈍化等原因，無法進行充放電循環(huán)，而日本東京大學(xué)的Ken-ichi Okazaki等[3]利用離子液體作為溶劑，制備了基于液態(tài)電解液能夠在常溫下進行充放電的氟離子電池。Ken-ichi Okazaki使用1-甲基-1丙基哌啶氟(MPPF)作為電解質(zhì)鹽，N,N,N-三甲基-N-丙基雙(三氟甲磺?；?酰胺TMPA-TFSA作為溶劑，在電解質(zhì)：溶劑比例為1:10時，在298K的溫度下離子電導(dǎo)率可達2.5mS/cm，遠高于固態(tài)電解質(zhì)。以該溶液為電解液，BiF3/Bi為正極，PbF2/Pb為負極，Ken-ichi Okazaki制備了可以在常溫下進行充放電的氟離子電池，解決了液態(tài)電解液的氟離子電池?zé)o法進行充放電的問題。