铁基氟化物的制备及其电化学性能研究

来源 :中国矿业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:taiyangkaimen
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锂离子电池(LIBs)在开发储能电源方面比其他电池具有明显的优势,然而,传统正极材料如LiCoO2(140mAh g-1)的容量有限。近年来,铁基氟化物因其理论容量大、低毒和热力学稳定性好等优点,成为锂离子电池正极材料的研究热点。但铁基氟化物由于带隙宽,离子扩散速度较慢,导电性较差,仍难以应用于工业生产。因此,铁基氟化物在LIBs中的电化学性能还有待进一步提高,尤其是导电性。针对铁基氟化物以上的缺点和不足,本文围绕减小工艺难度,降低成本,提高导电性等对铁基氟化物展开了一定的研究。内容总结如下:(1)通过溶剂热法合成了FeF3·3H2O和FeF3·3H2O/CNTs正极材料。其XRD图谱与标准PDF卡片对比,峰形尖锐,没有杂质峰。在FeF3·3H2O/CNTs复合材料中,CNTs附着在FeF3·3H2O颗粒表面上,形成了C-F键。在充放电测试中,FeF3·3H2O/CNTs电极的(50 mA g-1)首周放电容量/充电容量分别为810.4/603.8mAh g-1,库伦效率为74.5%;50周放电容量(203.0 mAh g-1)与第二周放电容量(555.5 mAh g-1)相比,容量保持率为36.5%;且FeF3·3H2O/CNTs电极的放电容量始终高于FeF3·3H2O电极。(2)通过溶剂热法合成了镍和钴掺杂的FeF3·3H2O正极材料。充放电测试结果显示,当镍和钴掺杂量为6%时(F-NiCo-6),放电容量较高且放电循环较为稳定。具体如下:F-NiCo-6电极(50 mA g-1)的首周放电容量/充电容量分别为907.4/761.4 mAh g-1,库伦效率为83.9%;循环50周之后放电容量仍维持在401.8mAh g-1,与第二周相比容量保持率为59.9%;当电流密度为200 mA g-1,F-NiCo-6电极在第120周循环时放电容量为163.7 mAh g-1。(3)通过水热法制备了K3FeF6,TGA测试结果表明当温度升高到500℃时,重量损失为0.3%。高能球磨后,颗粒尺寸从200-300 nm减小为30-50 nm。用于锂离子电池正极时,K3FeF6电极(10 mA g-1,1.0 V-4.5 V)的首周放电容量为212.6 mAh g-1,30周循环后,可逆容量为131 mAh g-1。倍率性能测试中,当电流密度从100 mA g-1恢复到10 mA g-1时,放电比容量为148.8 mAh g-1(50th),容量几乎完全恢复,说明K3FeF6电极结构稳定,具有很好的可逆性。
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