美、日環伺，我國高端石墨這條“軟肋”，迫切需要壯大！

氟化石墨（CFx），是高純石墨與氟元素合成出來的一種產物，屬于氟化碳材料的一種。其具有表面能低、電活性高、吸收熱中子斷面積小、潤滑性好等特點，在特種電池材料、核反應堆防吸附材料、潤滑劑原料、除腐、涂層、新型復合材料等領域的應用的綜合價值超過了石墨。

1、氟化石墨還是一條“軟肋”

氟化石墨無疑是石墨中的高端產品，不過目前產量大、水平高的氟化碳材料企業主要集中在日本和美國，我國氟化碳產業發展較晚，2000年才實現小規模生產，2019年中國的主要氟碳化學品生產企業只有30余家，主要統計產品（含原料用途）的總產能和產量分別僅達到203.3萬噸/年和131.4萬噸/年。

截至目前，我國氟化碳材料（氟化石墨）產業仍面臨自主創新和自主供應能力不足局面，距離到“十四五”末，我國氟化碳材料和國外先進企業“并跑”甚至“領跑”的發展目標尚未實現。

氟化石墨 圖源：湖北卓熙熙

2、氟化石墨性能強與價值高

氟化石墨的分子式常用(CFx)n表示，常見的有(CF)n、(C2Fx)n及(C4F)n三種結構。其中X為不定值，代表氟原子與碳原子的結合程度或氟的含量,大小為0＜X＜1.25，CF（1-1.25）稱為高氟化度石墨，CF（0.5-0.99）被稱之為低氟化度石墨，顏色隨著氟含量的增加，由灰黑色變為雪白色，高氟化度石墨具有優良的熱穩定性，是電和熱的絕緣體，不受強酸和強堿的腐蝕，潤滑性能超過MoS2和鱗片石墨。

不同種類C-F鍵示意圖

氟化石墨和石墨有很多相同的應用，但卻展現出了更勝一籌的特性。據粉體網編輯了解，潤滑劑用氟化石墨屬于較為常見的產品，但其售價也達到了230元/公斤，而鋰電池正極材料用氟化石墨售價差不多要高出一倍，至于美國、日本氟化碳材料企業在軍工、核反應以及其他更高端領域應用領先發展的高純度、高氟化度的石墨售價則超過千元每公斤甚至更高，價值可見一斑。

3、氟化石墨聚焦高端應用

（1）高性能電池材料

由于氟化石墨表面能低，電活性極高，可作為電池的活性材料，在一次鋰離子電池中應用較廣泛，許多研究者在此方面進行了相關的研究。氟化石墨主要與鋰或含鋰的有機溶劑混合制成高性能鋰電池。除了作為鋰電池正極材料外，氟化石墨還可作為高能量密度鎂電池、鋁離子電池正極材料等。

羅振亞等通過碳源結構的設計與氟化條件的調控，制備得到的納米氟化石墨材料兼具高氟含量、高電子電導率和高離子電導率，極大提升了Li/CFx電池的電化學性能。另外，發展了一種新型的Na/CFx電池和K/CFx電池，進一步降低了成本并取得了更高的能量密度。并在此基礎上，實現了3D結構花狀多孔氟化石墨微球的公斤級制備，設計并組裝了軟包型電池。

（2）固體潤滑劑或潤滑添加劑

氟化石墨“CF”表面為化學鍵組成的重疊結構，不但表面能小、層間距大，而且化學性質及熱穩定性好，特別是在高溫、高壓及高載荷(882kg/cm2)條件下，仍然保持良好的潤滑性能。目前氟化石墨常被用作布精加工用燒毛機、采暖設備自動控制裝置滑動部位、吊車起重機導輪和滑動部位、高精度坐標鏜床軸承、機床離合器、軋鋼廠輸送機鏈條、回轉窯窯車軸承、排氣通風機軸承和高溫軸承等。

雷鳴采用熔融共混擠出-注塑的加工方式制備了聚醚醚酮（PEEK）/氟化石墨復合材料，并采用環-塊摩擦磨損試驗機探究其與304#鋼環、45#鋼環的摩擦學性能。結果表明，當氟化石墨添加量低于10%時，PEEK復合材料與45#鋼環摩擦時展示出更低的摩擦因數。當氟化石墨添加量超過于15%時，PEEK復合材料與304#鋼環展示出更低的摩擦因數。

（3）脫模劑、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種材料的模壓，含金屬模模鑄、塑料等的脫模劑，研磨劑，光學中的研磨等方面；還可以用在固體表面，防止水或油的浸濕，達到防腐的目的；或涂覆在飛機、船舶等運輸設施表面，起到防腐、防污、減小摩擦阻力、提高速度等作用。

周少鋒等以氟化石墨（FGi）填充改性氟碳（FEVE）涂料，制備氟化石墨/氟碳（FGi/FEVE）復合涂層，并對其附著力、硬度以及耐磨防腐性能等進行分析，探討其耐磨防腐作用機制。結果表明：當添加1%的氟化石墨時，涂層具有更好的防腐性能，由于氫鍵作用，使氟化石墨在氟碳涂料中具有良好的分散性，可以形成致密的復合涂層，提升涂層的耐蝕性能。

氟化石墨SEM電鏡

（4）復合材料

含氟化石墨的復合儲氫材料有較好的中低溫放氫動力學特性和較高的放氫容量，可應用于小型移動設備、筆記本電源、獨立電堆系統的供氫源等領域；或制成其他復合材料，如氟化石墨/聚噻吩新型材料、聚苯胺/氟化石墨新型材料等，使用在導電材料、電池、電顯器、靜電屏蔽和微波吸收等方面。

（5）其他及氟化石墨烯

除此以外，基于氟化石墨的特殊性能，還可將氟化石墨涂覆于物質表面制成吸音材料；作為核反應堆的減速劑、涂敷材料和反射材料等，阻礙相應物質的吸附；用于內燃機及其產生的廢氣排放管處，以降低噪音等。另外，根據氟化石墨的結構特點，通過脫氟作用、低溫熔融氫氧化物處理、化學合成等方法用來制取不同種類的石墨烯；或者使用機械剝離、乙二胺溶液、離子液體等方法制出氟化石墨烯。

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狀納米碳結構。氟元素的特殊性質賦予了石墨烯許多有趣而獨特的性質，如超疏水、超潤滑、低介電、光致發光、高導熱和催化活性等。而且許多性質可以通過調整氟/碳比以及元素摻雜等方法來進行有效調控，進而應用在抗磨潤滑材料、超疏水材料、分離材料、化學電源、超級電容、傳感器、藥物靶向輸送、低介電復合材料、散熱材料、催化材料。

4、我國氟化石墨需要更多核心企業

雖說我國氟化石墨產業發展水平相對落后，不過值得期待的是，國內部分企業已經具備了一定的生產能力和技術底蘊。

湖北卓熙氟化股份有限公司是一家致力于高純氟氣和5%-30%氟氮混合氣氟化技術，自主研發、生產與銷售含氟精細化學品及含氟新材料的高新技術企業。氟化碳材料產品包括：石墨烯、天然石墨、軟炭、硬碳、碳纖維、炭黑等。應用領域有鋰氟碳一次電池正極材料、固體潤滑劑、潤滑油酯添加劑；高分子聚合物PP/HDPE等表面氟化改性如汽車零部件、化學品包裝、化妝品瓶等。2024年該公司建設100噸/年的氟化石墨項目。

廈門中科希弗科技有限公司突破了氟化碳材料穩定制備核心技術，建設具有自主知識產權的年產10噸氟化碳材料半自動化生產線，生產技術擁有完全自主核心發明專利，并在2024年實現了噸級量產。目前已形成氟化碳、氟化石墨、氟化石墨烯、氟化碳納米管、氟化碳纖維、氟化富勒烯六大系列產品。

山東重山光電材料股份有限公司“高功率型鋰氟化碳電池正極材料(氟化石墨)制備工藝研究項目”因其對高功率型鋰氟化碳電池正極材料關鍵、核心技術的突破和產品潛在的巨大應用前景獲批成為2018年度淄博市創新發展重點計劃項目。

結語

雖然我國氟化碳材料的開發和應用方面已取得了顯著的進展，能夠實現批量的生產，但目前主要作為高端材料滿足軍工需求，未來民用市場仍具有很大的需求缺口，尤其是在鋰電池和摩擦潤滑領域，這也是未來重要的市場。

參考來源：

樸正杰：氟化石墨的加工技術及其應用新進展，山東科技大學

趙菁：氟化石墨的制備研究進展，河南省宗祥環保工程有限公司

王學軍：氟化石墨烯制備與應用研究進展，煉焦煤資源開發及綜合利用國家重點實驗室

封偉：我國氟化碳材料的基礎研究現狀及發展趨勢，天津大學

羅振亞：納米氟化石墨的制備及其在鋰/鈉/鉀原電池中的應用，湘潭大學

周少鋒：氟化石墨/氟碳復合涂層耐磨防腐性能研究，中北大學

雷鳴：不同對磨面材質對氟化石墨改性聚醚醚酮摩擦學性能的影響，成都產品質量檢驗研究院有限責任公司