氟化物正極材料的制備及其性能研究.pdf

1、本論文主要以Fe(NO3)3?9H2O和NH4F為原料通過機(jī)械化學(xué)法合成FeF3/C正極材料，分析材料的電化學(xué)性能和嵌脫鋰動(dòng)力學(xué)過程，并進(jìn)一步研究了鈷摻雜對(duì)其結(jié)構(gòu)和電化學(xué)性能的影響與合成過程中添加助磨劑SiC對(duì)其結(jié)構(gòu)和電化學(xué)性能的影響。具體內(nèi)容如下：
　　首先，通過化學(xué)沉淀法和機(jī)械化學(xué)法分別制備出FeF3·0.33H2O和β-FeF3?3H2O材料，然后將其與碳復(fù)合形成FeF3/C復(fù)合材料。結(jié)果表明β-FeF3·3H2O/C復(fù)合材

2、料顯示出更好的倍率特性和容量保持率。在1.5-4.5 V間20 mA?g-1電流密度其首次放電比容量為504.2 mAh?g-1，其容量損失是由于首次充放電后低于1.6 V的電壓平臺(tái)消失且主要發(fā)生在前面幾周，10周之后其放電比容量逐漸趨于穩(wěn)定。30周后其在60 mA?g-1的電流密度的可逆容量為140.9 mAh?g-1，是20 mA?g-1電流密度下容量的87％。
　　其次，采用一步機(jī)械化學(xué)法合成FeF3·0.33H2O/C復(fù)合

3、材料，結(jié)果表明FeF3·0.33H2O/C復(fù)合材料在電壓為1.8-4.5間電流密度為20 mA·g-1其首次放電容量達(dá)233.9mAh·g-1，其可逆容量為157.4 mAh·g-1。通過交流阻抗測(cè)得其在開路電位為2.05 V-3.18 V間的鋰離子擴(kuò)散系數(shù)為1.2×10-13~3.6×10-14cm2·s-1之間。通過GITT測(cè)試得到的鋰離子擴(kuò)散系數(shù)結(jié)果在8.1×10-14~1.2×10-15 cm2·s-1之間。通過 GITT和EI

4、S測(cè)得的鋰離子擴(kuò)散系數(shù)相似，且其最大值都在電壓為2.5 V處。不同開位電路下的交流阻抗譜曲線表明：交流阻抗曲線與電壓相關(guān)，而且R0，RSEI，RE和Qdiff的值在開路電位2.5 V處突然改變。實(shí)驗(yàn)表明開路電位2.5 V處對(duì)FeF3·0.33H2O/C正極材料的電化學(xué)性能影響非常重要。
　　再次，通過對(duì) FeF3/C復(fù)合材料進(jìn)行鈷摻雜，結(jié)果表明少量的鈷摻雜能有效地提高FeF3/C材料的循環(huán)性能和倍率性能。尤其是Fe0.95Co0.

5、05F3/C復(fù)合材料在1.8-4.5 V間首次放電比容量為208.4 mAh g-1，循環(huán)30周后其可逆容量還能保持在129 mAh g-1。
　　最后，通過在機(jī)械化學(xué)法合成過程中添加助磨劑SiC來制備FeF3/C復(fù)合材料。添加SiC助磨劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0%，2%，5%的氟化鐵材料展示出相近的首次放電比容量，但其容量保持率分別為53.87%，58.83%和66%。結(jié)果表明合成過程中添加一定量的SiC助磨劑能一定程度上提高FeF3/C材