
一种曾用于工业合成的含氟气体,正成为破解锂电池寿命魔咒的关键钥匙
2021年,复旦大学陈茂课题组以三氟氯乙烯气体为原料,设计出主链含氟交替共聚物。这种材料兼具不可燃、不结晶和化学稳定性,首次实现锂离子室温高效传输与5.3V高压稳定性的兼容。
四年后,该校彭慧胜、高悦团队在《自然》发表颠覆性成果——通过注射含氟有机锂盐“三氟甲基亚磺酸锂”,使锂电池循环寿命突破11818次(容量保持率96%),寿命延长10倍以上。
这两项突破共同指向一个核心逻辑:氟化学正在改写锂电池的底层规则。
锂电池的瓶颈长期存在于界面稳定性与锂损耗的矛盾中。传统氟聚合物因易结晶、溶解锂盐能力差,难以满足固态电池需求。
陈茂团队的三氟氯乙烯合成路径提供了新思路:
精准调控分子结构:以气态三氟氯乙烯为单体,在温和条件下合成主链含氟交替共聚物,突破高温高压合成的限制;
六元环稳定机制:聚合物与锂离子形成环状结构,产生弱溶剂化效应,抑制锂枝晶生长;
高压兼容性:在5.3V超宽电化学窗口下保持稳定,为高能量密度电池设计铺路。
这一成果揭示了含氟聚合物作为电解质基底的潜力,但其对“锂损耗”根本矛盾仍力有未逮。
2025年初,彭慧胜/高悦团队提出“外部锂供应”技术,将氟化学的应用推向新维度。其核心是一种名为三氟甲基亚磺酸锂(CF₃SO₂Li) 的含氟分子,通过三大特性破解锂损耗困局:
精准分解:在2.8-4.3V充电电压窗口内不可逆氧化,释放锂离子后分解为SO₂、CHF₃等气体,经排气系统实现“零残留”;
工业普适性:可溶于常规电解液,适配石墨、硅碳负极及各类正极材料,合成成本不足电池总成本的10%;
AI赋能设计:通过非监督机器学习筛选300万虚拟分子库,综合电化学活性、溶解度等参数锁定最优解。
“打针”技术的四步重生术:
配液:将CF₃SO₂Li以12.5%浓度溶于电解液;
注入:通过电池预留气孔或导管注入老化电池;
活化:充电时锂盐在阳极分解,锂离子嵌入负极;
净化:分解气体排出后密封,电池恢复初始性能。
该技术将储能电池度电成本降至0.03元/Wh(降幅70%),并推动“无锂正极”成为可能——铬氧化物(CrO)等材料使能量密度达1192 Wh/kg,达磷酸铁锂的3倍。
含氟材料的创新正从实验室涌向产业前线:
补锂技术+大电芯:688Ah储能电芯配合外部补锂,使20尺集装箱系统容量达6.9MWh,循环寿命突破15000次,支撑海上风电平台20年免维护运行;
退役电池再生:2030年我国退役储能电池预计达200万吨,补锂技术可延长其寿命5-10倍,减少70%固废;
制造工艺革新:现有产线仅需增加注液工序即可兼容新工艺,国内知名企业已推进合作。
尽管前景广阔,技术仍需跨越三重关卡:
长期安全性:多次注射对SEI膜的累积影响需验证;
标准化适配:方壳/圆柱电池的注液接口需重新设计;
经济性平衡:修复服务成本需与电池更换成本竞争。
对此,团队正开发“预埋型”分子——在电池出厂时注入,待容量衰减时激活释放锂离子,实现“零干预”修复。
从三氟氯乙烯基底构建的高压稳定界面,到AI设计的含氟“续命分子”,氟化学在锂电池领域的两次飞跃揭示了同一逻辑:
含氟材料的精准调控能力,正在解开能量存储的终极矛盾——在提升密度与延长寿命之间,人类不必再做选择。
正如彭慧胜团队的展望:“未来通过‘打针’修复电池,让产业生态走向智能化、环保化。”。当688Ah电芯遇见含氟补锂剂,一场改写储能底层逻辑的变革已然启幕。
诚邀您莅临烟台核电工业博览会!我在B2馆A67展位,静候您到来,一同探讨氟化工与核电领域的合作可能!
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2025-09-15
倒计时|常州嘉远邀您参加中国(烟台)核能安全暨核电产业链高峰论坛
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2025-09-11
硼酸|隐藏妙用大公开!
硼酸,这个在实验室中常见的化学物质,其实也是家庭生活中的万能小帮手!它不仅可以用于清洁、消毒,还有许多隐藏的妙用。今天,我们就来详细了解一下硼酸的安全使用指南以及它的多种用途吧安全使用指南 硼酸虽然用途广泛,但在使用时仍需注意安全。首先,硼酸应存放在儿童和宠物无法触及的地方,避免误食。其次,使用硼酸时建议佩戴手套,避免直接接触皮肤。如果不慎接触到眼睛或皮肤,应立即用大量清水冲洗,并寻求医疗帮助。此外,硼酸不宜与食物混合使用,避免误食。 隐藏妙用大公开 天然杀虫剂:硼酸是有效的杀虫剂,尤其对蟑螂和蚂蚁有奇效。将硼酸与糖混合,撒在害虫经常出没的地方,糖会吸引害虫,而硼酸则能有效消灭它们。 清洁剂:硼酸可以用于清洁马桶、浴缸等卫生设施。将硼酸与水按1:1的比例混合,喷洒在需要清洁的地方,静置几分钟后擦拭,能有效去除污垢和细菌。 除臭剂:硼酸具有吸湿和除臭的功能。将硼酸撒在鞋柜或垃圾桶内,能有效吸收异味,保持空气清新。 植物护理:硼酸对植物生长也有益处。将少量硼酸溶解在水中,喷洒在植物叶片上,能促进植物健康生长,预防病害。 硼酸的多功能性使其成为家庭生活中不可或缺的小物。只要掌握正确的使用方法,它就能为你带来诸多便利。快来试试这些隐藏的妙用吧。
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2025-09-10
“氟”驭未来:新材料领域的隐形冠军
“氟”驭未来:新材料领域的隐形冠军 从智能手机的显示屏到太阳能电池板,从抗癌药物到新能源汽车的电池,一种名为“氟”的元素正以各种形式悄然改变我们的生活。在2025年秋季美国化学会的首次新分子披露会议上,13个新披露分子中就有7个至少包含一个氟原子。这个看似简单的元素已成为每位材料科学家和药物研发人员工具箱中的标配,正在医药、新能源、电子信息技术等领域掀起创新浪潮。 01 氟元素的多面魅力氟原子被誉为现代科技领域的“魔法元素”。当其被引入分子结构后,能够显著提升分子的稳定性、生物活性及材料性能。在医药领域,近50%的小分子创新药物为含氟化合物,氟原子的引入可以改善药物分子的膜通透性与靶标结合能力。在材料领域,含氟材料凭借其优异的化学惰性、耐候性和低表面能,广泛应用于半导体制造、新型显示、锂电池等高端产业链。02 医药领域的氟动力五氟硫基(SF5)作为新一代含氟基团,其脂溶性和吸电子能力显著优于传统CF3基团。在药物设计领域,氟原子的战略布局正在改变游戏规则。氟原子可以根本性地改变化合物的酸碱度、脂溶性和代谢稳定性。03 光伏产业的氟守护在光伏领域,氟塑料制品作为关键封装材料正经历技术革新。改性PVDF、ETFE等氟塑料制品已经广泛应用于双面发电、钙钛矿等新型光伏组件中。2025年数据显示,含氟涂层背板成本较全氟膜结构降低了40%,市场占有率已达63%。氟塑料制品通过材料创新正推动光伏行业持续降本增效。04 半导体制造的氟精度半导体制造对材料纯度有着极致要求。电子级超纯可熔性聚四氟乙烯(PFA)是半导体行业不可或缺的重要原材料。超纯PFA能够将半导体制程中金属离子含量从ppm级(百万分之一)控制到ppb级(十亿分之一),成为14nm尤其是7nm以下高端芯片制程不可替代的材料。以前国内已经可以做工业级PFA,但用于半导体行业的电子级PFA长期依赖进口。05 能源技术的氟突破氟在能源领域也展现出巨大潜力。氟离子电池是一种突破性的化学电池技术,与现有电池技术相比,新材料不仅能量密度高,还更加环保。本田研究院与NASA/JPL-Caltech的研究人员合作,开发出了可在室温下运行的氟离子基能量电池。与众所周知的挥发性锂离子电池不同,氟离子电池更加安全,没有过热的风险。研究表明,氟离子化学电池的能量密度可达到锂离子电池的10倍。这项技术未来可能被用于消费电子产品、电动汽车等各种电池领域。 06 表面材料的氟创新表面涂层技术中的氟创新同样令人惊叹。研究人员通过氟硅烷(FAS-17)修饰Ti3C2Tx MXene,开发出了一种新型涂层技术。这种涂层兼具超疏水(接触角170°)、高效光热转换(1-sun下72°C)和抗结冰特性(-10°C延迟结冰40分钟)。其独特的微纳米结构设计实现了被动防冰与主动除冰的协同效应,为航空航天和能源设备表面防护提供了创新解决方案。氟材料的故事没有终点。随着科学家不断探索氟原子与其他元素的新组合,更多奇迹正在实验室里孕育:自修复型氟塑料薄膜已在实验室实现3μm划痕24小时自愈合,预计2027年产业化。
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2025-09-09