本文關(guān)鍵詞：氟化物正極材料的制備及其性能研究

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【摘要】：本論文主要以Fe(NO3)3·9H2O和NH4F為原料通過(guò)機(jī)械化學(xué)法合成Fe F3/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(guò)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(guò)程中添加助磨劑Si C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(guò)化學(xué)沉淀法和機(jī)械化學(xué)法分別制備出Fe F3·0.33H2O和β-Fe F3·3H2O材料,然后將其與碳復(fù)合形成Fe F3/C復(fù)合材料。結(jié)果表明β-Fe F3·3H2O/C復(fù)合材料顯示出更好的倍率特性和容量保持率。在1.5-4.5 V間20m A·g-1電流密度其首次放電比容量為504.2 m Ah·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 m A·g-1的電流密度的可逆容量為140.9m Ah·g-1,是20 m A·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Fe F3·0.33H2O/C復(fù)合材料,結(jié)果表明Fe F3·0.33H2O/C復(fù)合材料在電壓為1.8-4.5間電流密度為20 m A·g-1其首次放電容量達(dá)233.9 m Ah·g-1,其可逆容量為157.4 m Ah·g-1。通過(guò)交流阻抗測(cè)得其在開(kāi)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(guò)GITT測(cè)試得到的鋰離子擴(kuò)散系數(shù)結(jié)果在8.1×10-14~1.2×10-15cm2·s-1之間。通過(guò)GITT和EIS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2.5V處。不同開(kāi)位電路下的交流阻抗譜曲線(xiàn)表明:交流阻抗曲線(xiàn)與電壓相關(guān),而且R0,RSEI,RE和Qdiff的值在開(kāi)路電位2.5 V處突然改變。實(shí)驗(yàn)表明開(kāi)路電位2.5 V處對(duì)Fe F3·0.33H2O/C正極材料的電化學(xué)性能影響非常重要。再次,通過(guò)對(duì)Fe F3/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Fe F3/C材料的循環(huán)性能和倍率性能。尤其是Fe0.95Co0.05F3/C復(fù)合材料在1.8-4.5 V間首次放電比容量為208.4 m Ah g-1,循環(huán)30周后其可逆容量還能保持在129 m Ah g-1。最后,通過(guò)在機(jī)械化學(xué)法合成過(guò)程中添加助磨劑Si C來(lái)制備Fe F3/C復(fù)合材料。添加Si C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(guò)程中添加一定量的Si C助磨劑能一定程度上提高Fe F3/C材料的循環(huán)性能。
【關(guān)鍵詞】：氟化鐵 機(jī)械化學(xué)法 鋰離子電池 鋰離子擴(kuò)散系數(shù)
【學(xué)位授予單位】：寧波大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類(lèi)號(hào)】：TM912
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 引言11-12
• 1 緒論12-29
• 1.1 鋰離子電池簡(jiǎn)介12-17
• 1.1.1 鋰離子的發(fā)展12-14
• 1.1.2 鋰離子電池的組成、工作原理及特點(diǎn)14-17
• 1.2 鋰離子電池正極材料17-20
• 1.2.1 鋰離子電池正極材料的選擇原則17
• 1.2.2 常見(jiàn)的鋰離子正極材料17-20
• 1.3 鋰離子電池正極材料氟化鐵的研究進(jìn)展20-27
• 1.3.1 氟化鐵的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及優(yōu)勢(shì)20-21
• 1.3.2 氟化鐵的儲(chǔ)能機(jī)制21-22
• 1.3.3 氟化鐵材料的制備方法22-25
• 1.3.4 氟化鐵材料的改性研究25-27
• 1.4 本課題研究的目的、意義以及主要內(nèi)容27-29
• 2 FeF_3與FeF_3/C的合成及電化學(xué)性能研究29-42
• 2.1 引言29
• 2.2 實(shí)驗(yàn)部分29-32
• 2.2.1 實(shí)驗(yàn)試劑與儀器29-30
• 2.2.2 材料的制備30-31
• 2.2.3 材料的結(jié)構(gòu)表征31
• 2.2.4 電池組裝及電化學(xué)性能測(cè)試31-32
• 2.3 結(jié)果與討論32-41
• 2.3.1 X-射線(xiàn)衍射衍射比較分析32-33
• 2.3.2 熱穩(wěn)定性（TG-DTA）比較分析33-35
• 2.3.3 紅外光譜(IR)比較分析35-36
• 2.3.4 充放電和循環(huán)性能比較分析36-38
• 2.3.5 循環(huán)和倍率性能比較分析38-40
• 2.3.6 循環(huán)伏安（CV）比較分析40-41
• 2.4 本章小結(jié)41-42
• 3 一步機(jī)械化學(xué)法合成FeF_3/C及其Li~+傳輸動(dòng)力學(xué)的研究42-63
• 3.1 引言42
• 3.2 實(shí)驗(yàn)部分42-44
• 3.2.1 材料的制備42
• 3.2.2 材料的結(jié)構(gòu)和形貌表征42-43
• 3.2.3 電池組裝及電化學(xué)性能測(cè)試43
• 3.2.4 弛豫時(shí)間分布理論（DRT）分析43-44
• 3.3 結(jié)果與討論44-61
• 3.3.1 X射線(xiàn)粉末衍射（XRD）和掃描電鏡（SEM）分析44-45
• 3.3.2 紅外（IR）和熱重-差熱分析（TG-DTA）分析45-47
• 3.3.3 電化學(xué)性能分析47-49
• 3.3.4 電交流阻抗法（EIS）測(cè)定鋰離子擴(kuò)散系49-52
• 3.3.5 恒電流間歇滴定技術(shù)（GITT）測(cè)定鋰離子擴(kuò)散系數(shù)52-55
• 3.3.6 不同電壓的EIS研究Li~+的傳輸行為55-61
• 3.4 本章小結(jié)61-63
• 4 鈷摻雜Fe_(1-x)CoxF_3/C結(jié)構(gòu)及電化學(xué)性能的研究63-74
• 4.1 引言63
• 4.2 實(shí)驗(yàn)部分63-65
• 4.2.1 材料制備63
• 4.2.2 材料的制備63-64
• 4.2.3 材料的結(jié)構(gòu)表征64
• 4.2.4 電池組裝及電化學(xué)性能測(cè)試64-65
• 4.3 結(jié)果與討論65-73
• 4.3.1 X射線(xiàn)衍射（XRD）分析65-66
• 4.3.2 循環(huán)伏安（CV）分析66-67
• 4.3.3 充放電性能和循環(huán)性能分析67-69
• 4.3.4 倍率性能分析69-70
• 4.3.5 交流阻抗（EIS）分析70-71
• 4.3.6 GITT法測(cè)定Li~+擴(kuò)散系數(shù)71-73
• 4.4 本章小結(jié)73-74
• 5 SiC助磨對(duì)FeF_3電化學(xué)性能的影響74-80
• 5.1 引言74
• 5.2 實(shí)驗(yàn)部分74-75
• 5.2.1 材料制備74-75
• 5.2.2 材料的結(jié)構(gòu)表征75
• 5.2.3 電池組裝及電化學(xué)性能測(cè)試75
• 5.3 結(jié)果與討論75-78
• 5.3.1 X射線(xiàn)衍射（XRD）分析75-76
• 5.3.2 循環(huán)伏安（CV）分析76-77
• 5.3.3 循環(huán)性能和倍率性能分析77-78
• 5.4 本章小結(jié)78-80
• 總結(jié)80-82
• 參考文獻(xiàn)82-92
• 附錄A92-98
• 在學(xué)研究成果98-99
• 致謝99

【共引文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：578136