新型鋰離子電池正極材料FeF3、CuF2復(fù)合材料的制備及改性研究.pdf

1、金屬氟化物正極材料是近幾年來(lái)發(fā)展起來(lái)的一類(lèi)新型鋰離子電池正極材料,它不僅有較高的理論工作電壓,其基于可逆化學(xué)轉(zhuǎn)換反應(yīng)的儲(chǔ)能方式,更使其擁有更高的放電比容量,是 LiCoO2、LiMn2O4等傳統(tǒng)正極材料的幾倍,已經(jīng)成為正極材料中的研究熱點(diǎn)。作為金屬氟化物正極材料之中的佼佼者,FeF3,CuF2具有比容量高、成本低、環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn),吸引了眾多研究者的目光。本論文主要通過(guò)金屬離子摻雜和制備金屬氟化物復(fù)合材料的方法對(duì)FeF3,CuF2進(jìn)行改性

2、,并研究其結(jié)構(gòu)和電化學(xué)性能。
　　采用液相法對(duì)FeF3進(jìn)行 Ni2+摻雜,制備了 Fe1-xNi3x/2F3材料,按質(zhì)量比為85％:15%將其與乙炔黑球磨,從而獲得了Fe1-xNi3x/2F3/C復(fù)合材料。重點(diǎn)研究了鎳摻雜對(duì)材料結(jié)構(gòu)和電化學(xué)性能的影響。經(jīng)過(guò)XRD、SEM和電化學(xué)測(cè)試技術(shù)研究發(fā)現(xiàn),Ni2+摻雜沒(méi)有改變FeF3晶型結(jié)構(gòu)。x=0.05時(shí)制得的Fe1-xNi3x/2F3/C正極復(fù)合材料具有最好的電化學(xué)活性。Fe0.95Ni

3、0.075F3/C正極復(fù)合材料在2~4.5V范圍以0.1C倍率放電時(shí)首次放電比容量為211mAh·g-1,30次循環(huán)后仍保持有175mAh·g-1,容量保持率達(dá)82.9%。
　　利用正交試驗(yàn)的方法研究了Cu2+摻雜量,干燥溫度,干燥時(shí)間和球磨時(shí)間對(duì) Fe1-xCu3x/2F3/C鋰離子電池正極復(fù)合材料性能的影響。對(duì)0.1C、1C時(shí)放電結(jié)果進(jìn)行極差分析,分析結(jié)果表明摻雜量,干燥溫度對(duì)復(fù)合材料影響巨大,最佳條件組合應(yīng)為干燥溫度170℃

4、,摻雜量x=0.03,干燥時(shí)間12h,球磨時(shí)間4h。最佳條件下合成Fe0.97Cu0.045F3/C正極復(fù)合材料0.1C、0.2C、0.5C、1C放電時(shí),放電比容量分別為231mAh·g-1、212mAh·g-1、209mAh·g-1、169mAh·g-1,且材料具有良好的電化學(xué)循環(huán)性能,容量衰減主要發(fā)生在前3次循環(huán),之后具有較好的容量保持率。
　　按質(zhì)量比為85%:15%將CuF2與導(dǎo)電材料(乙炔黑,V2O5,MoS2或者M(jìn)oO

5、3)球磨并退火,制備了不同的CuF2復(fù)合材料,進(jìn)行放電測(cè)試發(fā)現(xiàn):CuF2/MoO3混合導(dǎo)電復(fù)合材料具有最好的放電性能。選用球磨后 CuF2/MoO3前驅(qū)體探討退火溫度對(duì) CuF2/MoO3混合導(dǎo)電復(fù)合材料形成的影響,研究發(fā)現(xiàn)在250℃、Ar氣氛圍下退火制得的 CuF2/MoO3混合導(dǎo)電復(fù)合材料性能最好,0.1C放電,放電截止電壓為1.5V時(shí),放電比容量高達(dá)483mAh·g-1,明顯高于CuF2正極材料278mAh·g-1,接近其理論容量