氟化石墨烯纳米片/聚苯胺复合阴极：高性能锂/钠/钾一次电池的协同设计策略

本文开发了一种氟化石墨烯纳米片/聚苯胺（FG/PANI）复合阴极，通过纳米结构设计与导电聚合物复合的协同策略，显著提升了CFx材料的电子电导率和离子扩散速率。该材料在锂一次电池（LPBs）中实现了25C超高倍率放电，功率密度达38,559 W kg?1，能量密度为893 Wh kg?1，并兼容钠（SPBs）、钾（PPBs）电池体系，为高功率储能器件提供了新思路。

　　

Highlight

本研究通过纳米结构设计与导电聚合物复合的协同策略，成功制备了氟化石墨烯纳米片/聚苯胺（FG/PANI）复合阴极。原位聚合过程中，聚苯胺（PANI）的嵌入不仅提高了材料导电性，还扩大了FG的层间距以促进离子扩散。此外，氧化剂参与的聚合过程调控了表面C-F键，形成富含活性半离子C-F键和导电sp² C=C键的结构，显著降低电极阻抗。

Results and discussion

FG/PANI阴极在锂一次电池（LPBs）中展现出25C的超高放电倍率，功率密度达38,559 W kg^?1，远超原始FG（12C）和商用CF_1.0（5C）。在钠（SPBs）和钾（PPBs）电池中，5C倍率下分别实现7482 W kg^?1和7875 W kg^?1的高功率输出。实验表明，这种优势源于更高的离子扩散系数和更低的阻抗。

Conclusion

FG/PANI复合阴极通过PANI的协同作用，实现了电子传导增强和离子扩散加速的双重优化。该工作为CF_x材料在多元碱金属电池体系中的应用提供了普适性策略。