金屬氟化物作為轉(zhuǎn)換反應(yīng)正極，因其低成本、環(huán)保和高能量密度等優(yōu)點(diǎn)而受到越來(lái)越多的關(guān)注。其中，CuF₂ 具有較高的理論能量密度（1874 Wh/kg）和轉(zhuǎn)換反應(yīng)電位（3.55 V vs. Li+/Li），但由于在脫硫化過(guò)程中會(huì)發(fā)生銅的溶解，其可逆性較差。

在此，中國(guó)科學(xué)院上海硅酸鹽研究所李馳麟團(tuán)隊(duì)采用富含羥基的氟化銅（Cu₂(OH)₃F）作為轉(zhuǎn)化正極，并結(jié)合電解質(zhì)添加劑工程來(lái)解決可逆性瓶頸問(wèn)題。

其中，羥基的存在可有效抑制Cu²⁺的溶解，并賦予 Cu₂(OH)₃F 分相轉(zhuǎn)化機(jī)制，從而提高反應(yīng)的可逆性和動(dòng)力學(xué)性能。與具有路易斯酸性的硼陰離子受體為基礎(chǔ)的電解質(zhì)相結(jié)合，促進(jìn)了陰離子從 Cu₂(OH)₃F 晶格中的解離和轉(zhuǎn)化，從而進(jìn)一步提高了循環(huán)性能，50 次循環(huán)后的可逆容量超過(guò) 200 mA h/g。

圖1. 制備流程及結(jié)構(gòu)表征

總之，該工作提出了一種富含羥基的銅基氟化物材料（Cu2(OH)3F-c）作為氟化鋰電池的轉(zhuǎn)換正極（可逆容量～500 mA h/g）。OH 的存在能有效抑制 Cu(I) 的溶解，顯著提高銅基氟化物的轉(zhuǎn)化反應(yīng)可逆性。此外，與F相比，OH作為陰離子配體具有更好的電子傳導(dǎo)性，有利于改善轉(zhuǎn)化反應(yīng)動(dòng)力學(xué)。

結(jié)果顯示，Cu₂(OH)₃F-c 具有分相轉(zhuǎn)換機(jī)制，從而導(dǎo)致異質(zhì)結(jié)構(gòu)界面的增加。LiOH 和 LiF 納米結(jié)構(gòu)周圍更多的多相界面也為離子傳輸提供了更多潛在途徑，并促進(jìn)了 Cu₂(OH)₃F-c 正極的轉(zhuǎn)化反應(yīng)動(dòng)力學(xué)。

此外，BAA 策略還用于改善 Li-Cu₂(OH)₃F-c 電池的性能，這主要得益于具有溫和路易斯酸性的 BAA 對(duì)陰離子（F^– 和 OH^–）從固體晶格中解離和轉(zhuǎn)化的輔助作用。

圖2. 電池性能

Enable reversible conversion reaction of copper fluoride batteries by hydroxyl solution and anion acceptor, Energy Storage Materials 2023 DOI: 10.1016/j.ensm.2023.103073