锂离子电池正极氟化亚铁/炭复合材料的制备及其电化学性能的研究
正极材料作为锂离子电池中关键的一部分，其容量和能量密度对锂离子电池的整体性能影响重大。氟化亚铁（FeF2）具有高理论比容量、高能量密度、高放电平台以及原料价格低廉等特点，成为极具发展前景的锂离子电池正极材料。但FeF2在电池充放电过程中较大的体积变化会使电极结构发生塌陷，其放电产物（LiF）的导电性较差，这些都严重阻碍了FeF2的电化学性能。本论文开展了FeF2纳米材料的合成、炭掺杂改性及其电化学性能的研究。具体如下： （1）通过溶剂热法合成了FeF2@C正极材料，通过改变一系列实验条件不断优化合成路线，从而为后续的掺杂提供合适的制备参数。实验结果表明，较低的溶剂热温度和较高的炭化温度都会生成较多杂质，较短的反应时间与较少的表面活性剂添加量则不能使样品形成良好均一的形貌。产物的电化学容量随反应时间和表面活性剂的增加呈现出先增长后下降的趋势。在溶剂热温度为220℃下反应16h，添加0.8g表面活性剂，炭化温度为500℃的实验条件下获得的FeF2@C正极材料拥有最佳的纯度、结晶度、形貌结构与电化学性能。 （2）为进一步提高电化学性能，在最佳合成条件下掺杂科琴黑（KB）制备FeF2@KB正极材料。FeF2@KB是由粒径15nm的球形颗粒自组装形成的立方骰状微米颗粒，骰状颗粒粒径为8μm，外部包裹一层5nm的炭壳，独特的构造使得其电化学性能得到大幅增强。电流密度为0.06Ag-1时，FeF2@KB工作50次后还有208.4mAhg-1的比容量；在0.6Ag-1的大电流密度下，FeF2@KB工作200次后还比容量为94.6mAhg-1，为初始容量的95%。大电流密度下FeF2@KB的高赝电容效应（81%）与高离子扩散系数（6.8×10-14cms-1）也有助于提高FeF2@KB的电化学性能。 （3）通过熔盐法合成了FeF2@C正极材料，通过改变熔盐种类和反应温度以获得拥有最佳成分组成、形貌以及电化学性能的样品。结果表明，在350℃下使用ZnCl2为熔盐制备出的样品在纯度较高的同时拥有良好的形貌结构。样品整体呈现出由炭壳包覆的棒状形貌，其直径为200-600nm，长度为5-10μm。其在0.06Ag-1的电流密度下工作50次后比容量为182.8mAhg-1；在倍率性能测试中其稳定比容量为204.6mAhg-1，保持率高达99.8%。此外，通过对比不同碳含量样品的电化学性能发现，样品中的赝电容效应与离子扩散系数随着碳含量的提高不断增强。创新性的使用熔盐法作为合成方法，为FeF2的改性提供了新的思路。
锂离子电池;氟化亚铁;炭包覆;电化学性能
北京化工大学
硕士
材料科学与工程
宋怀河
2022
中文
TM912
2022-11-02（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）