新型鋰離子電池正極材料氟化鈷的合成與電化學(xué)性能改性研究.pdf

1、近年來金屬氟化物作為一種新型鋰離子電池正極材料因其高理論比容量和高理論電壓而受到特別的關(guān)注，其中氟化鈷的理論容量高達(dá)553 mAh g-1，理論電壓2.85 V vs. Li+/Li，是極具潛力的正極材料，但已報導(dǎo)的研究十分有限，尚缺乏全面的研究。氟化鈷作為正極材料的最大問題是它的離子和電子傳導(dǎo)率低造成循環(huán)性能很差。本文通過一步水熱法合成氟化鈷，并針對材料導(dǎo)電性差的問題，通過表面包覆和原位復(fù)合的方法對材料的電化學(xué)性能進(jìn)行改善，并使用X射

2、線衍射、掃描電子顯微鏡、透射電子顯微鏡、氮氣吸脫附測試、熱重分析測試、循環(huán)伏安測試、電池充放電測試等手段對復(fù)合材料的物理性質(zhì)和電化學(xué)性能做了較全面的分析測試。
　　本研究使用離子液體作為綠色氟源，通過一步水熱法合成了微觀形貌為直徑1-3μm的CoF2微球。選擇碳納米管作為本課題電極構(gòu)筑的導(dǎo)電碳，合成的CoF2以50 mA g-1電流密度充放電循環(huán)首次放電容量500 mAh g-1，但50次循環(huán)后容量只剩12 mAh g-1。容量下

3、降的主要因素包括材料本身低的電導(dǎo)率、充電過程發(fā)生的反應(yīng)可逆性較差和活性物質(zhì)會溶解在電解液中。通過物理吸附的方法讓合成的CoF2顆粒表面吸附一層葡萄糖分子，惰性氣氛下高溫分解留下一層薄的非晶態(tài)碳，起到提高材料導(dǎo)電性和減少活性物質(zhì)在電解液中溶解的作用。合成的CoF2@C復(fù)合材料以50 mA g-1電流密度充放電循環(huán)首次放電容量高達(dá)602 mAh g-1，50循環(huán)后容量為44 mAh g-1，即使以更高的100 mA g-1和200 mA g

4、-1電流密度充放電循環(huán)經(jīng)過50次循環(huán)穩(wěn)定后容量也能保持40mAh g-1以上。這一結(jié)果表明碳包覆可以提高循環(huán)穩(wěn)定性和容量保持率。采用原位復(fù)合的方法制備了CoF2與石墨烯的復(fù)合材料。石墨烯均勻分散在溶液中后CoF2的形核與晶體生長都發(fā)生在石墨烯的表面，原位復(fù)合保證了CoF2與石墨烯的緊密結(jié)合。石墨烯包覆抑制了SEI膜的形成，降低了首次放電容量，但是循環(huán)性能提高明顯，以50 mA g-1電流密度充放電循環(huán)50次后容量還可以保持62 mAh