新型锂离子电池正极材料氟化钴的合成与电化学性能改性研究

发布时间：2017-12-17 09:15

  本文关键词：新型锂离子电池正极材料氟化钴的合成与电化学性能改性研究

  更多相关文章： CoF2 锂离子电池 正极材料 碳包覆 石墨烯

【摘要】：近年来金属氟化物作为一种新型锂离子电池正极材料因其高理论比容量和高理论电压而受到特别的关注,其中氟化钴的理论容量高达553 m Ah g-1,理论电压2.85 V vs.Li+/Li,是极具潜力的正极材料,但已报导的研究十分有限,尚缺乏全面的研究。氟化钴作为正极材料的最大问题是它的离子和电子传导率低造成循环性能很差。本文通过一步水热法合成氟化钴,并针对材料导电性差的问题,通过表面包覆和原位复合的方法对材料的电化学性能进行改善,并使用X射线衍射、扫描电子显微镜、透射电子显微镜、氮气吸脱附测试、热重分析测试、循环伏安测试、电池充放电测试等手段对复合材料的物理性质和电化学性能做了较全面的分析测试。本课题使用离子液体作为绿色氟源,通过一步水热法合成了微观形貌为直径1-3μm的Co F2微球。选择碳纳米管作为本课题电极构筑的导电碳,合成的Co F2以50 m A g-1电流密度充放电循环首次放电容量500 m Ah g-1,但50次循环后容量只剩12 m Ah g-1。容量下降的主要因素包括材料本身低的电导率、充电过程发生的反应可逆性较差和活性物质会溶解在电解液中。通过物理吸附的方法让合成的Co F2颗粒表面吸附一层葡萄糖分子,惰性气氛下高温分解留下一层薄的非晶态碳,起到提高材料导电性和减少活性物质在电解液中溶解的作用。合成的Co F2@C复合材料以50 m A g-1电流密度充放电循环首次放电容量高达602 m Ah g-1,50循环后容量为44 m Ah g-1,即使以更高的100 m A g-1和200 m A g-1电流密度充放电循环经过50次循环稳定后容量也能保持40 m Ah g-1以上。这一结果表明碳包覆可以提高循环稳定性和容量保持率。采用原位复合的方法制备了Co F2与石墨烯的复合材料。石墨烯均匀分散在溶液中后Co F2的形核与晶体生长都发生在石墨烯的表面,原位复合保证了Co F2与石墨烯的紧密结合。石墨烯包覆抑制了SEI膜的形成,降低了首次放电容量,但是循环性能提高明显,以50 m A g-1电流密度充放电循环50次后容量还可以保持62m Ah g-1。证明石墨烯复合是提高Co F2电化学性能的有效途径。本文针对Co F2导电性差和易溶解在电解液中的问题进行了两种不同思路的改性并都使得材料的电化学性能取得较大的提高。其次对Co F2及其复合材料进行的较为全面的表征测试填补了Co F2作为锂离子电池正极材料研究领域的一些空白。
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM912

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