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具有潜在高能量密度的金属氟化物-锂电池被认为是下一代低成本可充电池的有希望的候选者。然而，液态电解质金属氟化物-锂电池存在反应动力学迟缓、副反应导致的高电压滞后、倍率能力差以及循环过程中容量快速下降等问题。此外，对采用金属氟化物正极的硫化物全固态电池（ASSBs）的研究还很缺乏。

图1. 材料制备及表征

中科院物理所吴凡等首次将四种氟化铁材料应用于硫化物全固态锂电池体系，以研究最佳正极及相应方法。

电化学试验显示了四种正极在不同电流密度（0.1、0.3和1C）下的循环和倍率性能，其规律如下：FeF₃-HT > FeF₃·RT > FeF₃·0.33H₂O > FeF₃·3H₂O。其中，FeF₃-HT AASB在0.3C条件下循环120次后的可逆容量为519.9 mAh g^-1，即使在1C的高倍率下循环400次后仍能保持340.7 mAh g^-1。

图2. 不同材料的电化学性能对比

此外，上述四种正极的电阻抗光谱和循环伏安测试表明，不同的晶水含量、形态和颗粒大小对正极的储锂机制有很大影响。

另外，根据不同扫描速率下的循环伏安图测试，作者揭示了FeF₃-HT正极在高电流密度下与其他正极相比具有优越的比容量和倍率性能的原因，其原因是FeF₃-HT在正极表面控制过程中的贡献容量比例最高。

上述研究为FeF₃-HT、FeF₃-RT、FeF₃·0.33H₂O、FeF₃·3H₂O正极在硫化物ASSB中的应用开辟了一条新途径。

图3. 动力学研究

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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