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【导(dǎo)语(yǔ)】氟(fú)化(huà)石墨作为高端氟化碳材料，具备诸多优异特性，在特种电池、润滑剂、复合材料等领域应用价值突出。不过当前我国氟化碳产业起步晚，自主创新与供应能力不足，与国外先进水平差距较大。好在部分国内企业已具备一定实力，取得一定成果。未来，氟化石墨在民用市场尤其是锂电池和摩擦润滑领域需求缺口大，前景广阔 。

 氟(fú)化(huà)石(shí)墨(mò)（CF_x），是(shì)高(gāo)纯(chún)石(shí)墨(mò)与(yǔ)氟(fú)元(yuán)素(sù)合(hé)成(chéng)出(chū)来(lái)的(de)一(yī)种(zhǒng)产(chǎn)物(wù)，属(shǔ)于(yú)氟(fú)化(huà)碳(tàn)材(cái)料(liào)的(de)一(yī)种(zhǒng)。其(qí)具(jù)有(yǒu)表(biǎo)面(miàn)能(néng)低(dī)、电活性高、吸收热中子断面积小、润滑性好等特点，在特种电池材料、核反应堆防吸附材料、润滑剂原料、除腐、涂层、新型复合材料等领域的应用的综合价值超过了石墨。

1、氟化石墨材料还是一条“软肋”

氟化石墨无疑是石墨中的高端产品，不过目前产量大、水平高的氟化碳材料企业主要集中在日本和美国，我国氟化碳产业发展较晚，2000年才实现小规模生产，2019年中国的主要氟碳化学品生产企业只有30余家，主要统计产品（含原料用途）的总产能和产量分别仅达到203.3万吨/年和131.4万吨/年。

截至目前，我国氟化碳材料（氟化石墨）产业仍面临自主创新和自主供应能力不足局面，距离到“十四五”末，我国氟化碳材料和国外先进企业“并跑”甚至“领跑”的发展目标有很大差距。

氟化石墨 图源：湖北卓熙熙

2、氟化石墨性能强与价值高

氟化石墨的分子式常用(CF_x)_n表示，常见的有(CF)_n、(C₂F_x)_n及(C₄F)_n三种结构。其中X为不定值，代表氟原子与碳原子的结合程度或氟的含量,大小为0＜X＜1.25，CF（1-1.25）称为高氟化度石墨，CF（0.5-0.99）被称之为低氟化度石墨，颜色随着氟含量的增加，由灰黑色变为雪白色，高氟化度石墨具有优良的热稳定性，是电和热的绝缘体，不受强酸和强碱的腐蚀，润滑性能超过MoS₂和鳞片石墨。

不同种类C-F键示意图(tú)

氟化石墨和石墨有很多相同的应用，但却展现出了更胜一筹的特性。据粉体网编辑了解，润滑剂用氟化石墨属于较为常见的产品，但其售价也达到了230元/公斤，而锂电池正极材料用氟化石墨售价差不多要高出一倍，至于美国、日本氟化碳材料企业在军工、核反应以及其他更高端领域应用领先发展的高纯度、高氟化度的石墨售价则超过千元每公斤甚至更高，价值可见一斑。

3、氟化石墨聚焦高端应用

（1）高性能电池材料

由于氟化石墨表面能低，电活性极高，可作为电池的活性材料，在一次锂离子电池中应用较广泛，许多研究者在此方面进行了相关的研究。氟化石墨主要与锂或含锂的有机溶剂混合制成高性能锂电池。除了作为锂电池正极材料外，氟化石墨还可作为高能量密度镁电池、铝离子电池正极材料等。

罗振亚等通过碳源结构的设计与氟化条件的调控，制备得到的纳米氟化石墨材料兼具高氟含量、高电子电导率和高离子电导率，极大提升了Li/CF_x电池的电化学性能。另外，发展了一种新型的Na/CF_x电池和K/CF_x电池，进一步降低了成本并取得了更高的能量密度。并在此基础上，实现了3D结构花状多孔氟化石墨微球的公斤级制备，设计并组装了软包型电池。

（2）固体润滑剂或润滑添加剂

氟化石墨“CF”表面为化学键组成的重叠结构，不但表面能小、层间距大，而且化学性质及热稳定性好，特别是在高温、高压及高载荷(882kg/cm²)条件下，仍然保持良好的润滑性能。目前氟化石墨常被用作布精加工用烧毛机、采暖设备自动控制装置滑动部位、吊车起重机导轮和滑动部位、高精度坐标镗床轴承、机床离合器、轧钢厂输送机链条、回转窑窑车轴承、排气通风机轴承和高温轴承等。

雷鸣采用熔融共混挤出-注塑的加工方式制备了聚醚醚酮（PEEK）/氟化石墨复合材料，并采用环-块摩擦磨损试验机探究其与304#钢环、45#钢环的摩擦学性能。结果表明，当氟化石墨添加量低于10%时，PEEK复合材料与45#钢环摩擦时展示出更低的摩擦因数。当氟化石墨添加量超过于15%时，PEEK复合材料与304#钢环展示出更低的摩擦因数。

（3）脱模剂、防水憎油材料及表面漆

由于表面能低，氟化石墨可以用于各种材料的模压，含金属模模铸、塑料等的脱模剂，研磨剂，光学中的研磨等方面；还可以用在固体表面，防止水或油的浸湿，达到防腐的目的；或涂覆在飞机、船舶等运输设施表面，起到防腐、防污、减小摩擦阻力、提高速度等作用。

周少锋等以氟化石墨（FGi）填充改性氟碳（FEVE）涂料，制备氟化石墨/氟碳（FGi/FEVE）复合涂层，并对其附着力、硬度以及耐磨防腐性能等进行分析，探讨其耐磨防腐作用机制。结果表明：当添加1%的氟化石墨时，涂层具有更好的防腐性能，由于氢键作用，使氟化石墨在氟碳涂料中具有良好的分散性，可以形成致密的复合涂层，提升涂层的耐蚀性能。

氟化石墨SEM电镜

（4）复合材料

含(hán)氟(fú)化(huà)石(shí)墨(mò)的(de)复(fù)合(hé)储(chǔ)氢(qīng)材(cái)料(liào)有(yǒu)较(jiào)好(hǎo)的(de)中(zhōng)低(dī)温(wēn)放(fàng)氢(qīng)动(dòng)力(lì)学(xué)特(tè)性(xìng)和(hé)较(jiào)高(gāo)的(de)放(fàng)氢(qīng)容(róng)量(liàng)，可(kě)应(yīng)用(yòng)于(yú)小(xiǎo)型(xíng)移(yí)动(dòng)设(shè)备(bèi)、笔(bǐ)记(jì)本(běn)电(diàn)源(yuán)、独(dú)立(lì)电(diàn)堆(duī)系(xì)统(tǒng)的(de)供(gōng)氢(qīng)源(yuán)等(děng)领(lǐng)域；或(huò)制(zhì)成(chéng)其(qí)他(tā)复(fù)合(hé)材(cái)料(liào)，如(rú)氟(fú)化(huà)石(shí)墨(mò)/聚(jù)噻(sāi)吩(fēn)新(xīn)型(xíng)材(cái)料(liào)、聚(jù)苯(běn)胺(àn)/氟(fú)化(huà)石(shí)墨(mò)新(xīn)型(xíng)材(cái)料(liào)等(děng)，使(shǐ)用(yòng)在(zài)导(dǎo)电(diàn)材(cái)料(liào)、电(diàn)池(chí)、电(diàn)显(xiǎn)器(qì)、静(jìng)电(diàn)屏(píng)蔽(bì)和(hé)微(wēi)波(bō)吸(xī)收(shōu)等(děng)方(fāng)面(miàn)。

（5）其(qí)他(tā)及(jí)氟(fú)化(huà)石(shí)墨(mò)烯(xī)

除(chú)此(cǐ)以(yǐ)外(wài)，基(jī)于(yú)氟(fú)化(huà)石(shí)墨(mò)的(de)特(tè)殊(shū)性(xìng)能(néng)，还(hái)可(kě)将(jiāng)氟(fú)化(huà)石(shí)墨(mò)涂(tu)覆(fù)于(yú)物(wù)质(zhì)表(biǎo)面(miàn)制(zhì)成(chéng)吸(xī)音(yīn)材(cái)料(liào)；作(zuò)为(wèi)核(hé)反(fǎn)应(yīng)堆(duī)的(de)减(jiǎn)速(sù)剂(jì)、涂(tu)敷(fū)材(cái)料(liào)和(hé)反(fǎn)射(shè)材(cái)料(liào)等(děng)，阻(zǔ)碍(ài)相(xiāng)应(yīng)物(wù)质(zhì)的(de)吸(xī)附(fù)；用(yòng)于(yú)内(nèi)燃(rán)机(jī)及(jí)其(qí)产(chǎn)生(shēng)的(de)废(fèi)气(qì)排(pái)放(fàng)管(guǎn)处(chù)，以(yǐ)降(jiàng)低(dī)噪(zào)音(yīn)等(děng)。另(lìng)外(wài)，根(gēn)据(jù)氟(fú)化(huà)石(shí)墨(mò)的(de)结(jié)构(gòu)特(tè)点(diǎn)，通(tōng)过(guò)脱(tuō)氟(fú)作(zuò)用(yòng)、低(dī)温(wēn)熔(róng)融(róng)氢(qīng)氧(yǎng)化(huà)物(wù)处(chù)理(lǐ)、化(huà)学(xué)合(hé)成(chéng)等(děng)方(fāng)法(fǎ)用(yòng)来(lái)制(zhì)取(qǔ)不(bù)同(tóng)种(zhǒng)类(lèi)的(de)石(shí)墨(mò)烯(xī)；或(huò)者(zhě)使(shǐ)用(yòng)机(jī)械(xiè)剥(bō)离(lí)、乙(yǐ)二(èr)胺(àn)溶(róng)液(yè)、离(lí)子(zi)液(yè)体(tǐ)等(děng)方(fāng)法(fǎ)制出氟化石墨烯。

氟化石墨烯是指石墨烯中的碳原子被部分或者全部氟化后形成的新型片状纳米碳结构。氟元素的特殊性质赋予了石墨烯许多有趣而独特的性质，如超疏水、超润滑、低介电、光致发光、高导热和催化活性等。而且许多性质可以通过调整氟/碳比以及元素掺杂等方法来进行有效调控，进而应用在抗磨润滑材料、超疏水材料、分离材料、化学电源、超级电容、传感器、药物靶向输送、低介电复合材料、散热材料、催化材料。

4、我国氟化石墨需要更多核心企业

虽说我国氟化石墨产业发展水平相对落后，不过值得期待的是，国内部分企业已经具备了一定的生产能力和技术底蕴。

湖北卓熙氟化股份有限公司是一家致力于高纯氟气和5%-30%氟氮混合气氟化技术，自主研发、生产与销售含氟精细化学品及含氟新材料的高新技术企业。氟化碳材料产品包括：石墨烯、天然石墨、软炭、硬碳、碳纤维、炭黑等。应用领域有锂氟碳一次电池正极材料、固体润滑剂、润滑油酯添加剂；高分子聚合物PP/HDPE等表面氟化改性如汽车零部件、化学品包装、化妆品瓶等。2024年该公司建设100吨/年的氟化石墨项目。

厦(shà)门(mén)中(zhōng)科(kē)希(xī)弗(fú)科(kē)技(jì)有(yǒu)限(xiàn)公(gōng)司(sī)突(tū)破(pò)了(le)氟(fú)化(huà)碳(tàn)材(cái)料(liào)稳(wěn)定(dìng)制(zhì)备(bèi)核(hé)心(xīn)技(jì)术(shù)，建(jiàn)设(shè)具(jù)有(yǒu)自(zì)主知(zhī)识(shi)产(chǎn)权(quán)的(de)年(nián)产(chǎn)10吨(dūn)氟(fú)化(huà)碳(tàn)材(cái)料(liào)半(bàn)自(zì)动(dòng)化(huà)生产线，生产技术拥有完全自主核心发明专利，并在2024年实现了吨级量产。目前已形成氟化碳、氟化石墨、氟化石墨烯、氟(fú)化(huà)碳(tàn)纳(nà)米(mǐ)管(guǎn)、氟(fú)化(huà)碳(tàn)纤(xiān)维(wéi)、氟(fú)化(huà)富(fù)勒(lēi)烯(xī)六(liù)大(dà)系列产品。

山东重山光电材料股份有限公司“高功率型锂氟化碳电池正极材料(氟化石墨)制备工艺研究项目”因其对高功率型锂氟化碳电池正极材料关键、核心技术的突破和产品潜在的巨大应用前景获批成为2018年度淄博市创新发展重点计划项目。

结语

虽然我国氟化碳材料的开发和应用方面已取得了显著的进展，能够实现批量的生产，但目前主要作为高端材料满足军工需求，未来民用市场仍具有很大的需求缺口，尤其是在锂电池和摩擦润滑领域，这也是未来重要的市场。

参(cān)考(kǎo)来(lái)源(yuán)：

朴正杰：氟化石墨的加工技术及其应用新进展，山东科技大学

赵菁：氟化石墨的制备研究进展，河南省宗祥环保工程有限公司

王学军：氟化石墨烯制备与应用研究进展，炼焦煤资源开发及综合利用国家重点实验室

封伟：我国氟化碳材料的基础研究现状及发展趋势，天津大学

罗振亚：纳米氟化石墨的制备及其在锂/钠/钾原电池中的应用，湘潭大学

周少锋：氟化石墨/氟碳(tàn)复(fù)合(hé)涂(tu)层(céng)耐(nài)磨(mó)防(fáng)腐(fǔ)性(xìng)能(néng)研(yán)究(jiū)，中(zhōng)北(běi)大(dà)学(xué)

雷鸣：不同对磨面材质对氟化石墨改性聚醚醚酮摩擦学性能的影响，成都产品质量检验研究院有限责任公司

(中国粉体网编辑整理/昧光)

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