CFx电池的边沿传播放电机制——第一性原理与实验研究

氟化石墨（CFx）正极与锂负极耦合在 primary batteries（一次电池）中可产生最高理论能量密度之一（>860 Wh/g）。实际上，观测到的放电电压（~2.5 V）显著低于热力学极限（>4.5 V），放电速率低，且迄今为止Li/CFx仅用于一次电池。在原子尺度上理解放电机制将改善CFx的实际能量密度、倍率性能与可充电性。迄今为止，纯实验技术尚未确定正确的放电机制或解释放电电压。我们应用密度泛函理论（Density Functional Theory）计算证明，基于部分放电CFx中CF/C边界处锂插入的CFx边沿传播放电机制表现出2.5至2.9 V的电压范围——取决于是否有溶剂分子参与。该电压及溶剂依赖性与我们的放电和恒电流间歇滴定技术测量一致。预测的放电动力学与CFx运行一致。最后，我们预测了在高电位下Li/CFx的可充电性，沿不同于放电的充电路径。我们的工作代表了一个通用的准动力学框架来理解转换正极的放电，规避了广泛使用的相图方法，该方法很可能不适用于Li/CFx，因为该系统未达成平衡条件。