一、作为电池正极材料的核心应用

1. 锂 - 氟化石墨一次电池（Li-CFx）

工作原理：

利用锂金属作为负极，氟化石墨（CFx）作为正极，通过电化学反应释放能量：

负极：Li - e⁻ → Li⁺

正极：CFx + xLi⁺ + xe⁻ → C + xLiF

其理论比容量可达 250-800 mAh/g（取决于氟化度 x），工作电压平台为 2.5-3.5V，能量密度可达 500-1000 Wh/kg，远超传统锌锰电池（~100 Wh/kg）。

典型应用场景：

军事与航天领域：

用于导弹引信、卫星备用电源等，要求电池具备长储存周期（10 年以上）和宽温适应性（-50℃至 + 80℃）。例如，美国 NASA 的深空探测器曾使用 Li-CF₁.2 电池，在极端环境下保持稳定供电。

特殊电子设备：

为水下传感器、矿用应急通讯设备、心脏起搏器等提供长效电源。如日本东芝开发的 Li-CF₁电池，容量是同体积锂电池的 2 倍，适用于智能电表的备用电源。

性能优势：

高能量密度：氟化石墨的氟原子与碳形成强共价键，释放能量时 Li⁺嵌入破坏键能，释放大量化学能。

超低自放电率：化学稳定性强，储存过程中几乎不与电解质反应，自放电率 < 1%/ 年，优于传统锂电池（5%-10%/ 年）。

2. 二次电池（可充电电池）的正极改性

锂离子电池正极添加剂：

在 LiCoO₂、LiNCM 等正极材料中添加 1%-5% 的氟化石墨，可改善界面稳定性：

抑制副反应：氟化石墨在电极表面形成稳定的 SEI 膜，减少电解液分解，提升循环寿命。例如，添加 CF₀.8 的 LiNCM 电池，100 次循环后容量保持率从 75% 提升至 88%。

改善倍率性能：层状结构的氟化石墨为 Li⁺提供快速传输通道，高电流密度下放电容量衰减减缓。

锂硫电池正极修饰：

硫正极存在 “穿梭效应”（多硫化锂溶于电解液），氟化石墨通过物理阻隔和化学吸附改善这一问题：

物理阻隔：氟化石墨的层间间隙（~0.6nm）小于多硫化锂分子尺寸，阻止其扩散。

化学吸附：氟原子与多硫化锂中的 Li⁺形成弱配位键，抑制穿梭。某研究显示，CF₁.0 修饰的锂硫电池，循环 100 次后容量保持率从 50% 提升至 72%。