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具有潛在高能量密度的金屬氟化物-鋰電池被認為是下一代低成本可充電池的有希望的候選者。然而，液態電解質金屬氟化物-鋰電池存在反應動力學遲緩、副反應導致的高電壓滯后、倍率能力差以及循環過程中容量快速下降等問題。此外，對采用金屬氟化物正極的硫化物全固態電池（ASSBs）的研究還很缺乏。

圖1. 材料制備及表征

中科院物理所吳凡等首次將四種氟化鐵材料應用于硫化物全固態鋰電池體系，以研究最佳正極及相應方法。

電化學試驗顯示了四種正極在不同電流密度（0.1、0.3和1C）下的循環和倍率性能，其規律如下：FeF₃-HT > FeF₃·RT > FeF₃·0.33H₂O > FeF₃·3H₂O。其中，FeF₃-HT AASB在0.3C條件下循環120次后的可逆容量為519.9 mAh g^-1，即使在1C的高倍率下循環400次后仍能保持340.7 mAh g^-1。

圖2. 不同材料的電化學性能對比

此外，上述四種正極的電阻抗光譜和循環伏安測試表明，不同的晶水含量、形態和顆粒大小對正極的儲鋰機制有很大影響。

另外，根據不同掃描速率下的循環伏安圖測試，作者揭示了FeF₃-HT正極在高電流密度下與其他正極相比具有優越的比容量和倍率性能的原因，其原因是FeF₃-HT在正極表面控制過程中的貢獻容量比例最高。

上述研究為FeF₃-HT、FeF₃-RT、FeF₃·0.33H₂O、FeF₃·3H₂O正極在硫化物ASSB中的應用開辟了一條新途徑。

圖3. 動力學研究

High-Capacity, Long-Life Iron Fluoride All-Solid-State Lithium Battery with Sulfide Solid Electrolyte. Advanced Energy Materials 2023. DOI: 10.1002/aenm.202300706

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