近年来,锂离子储能电池因其具有较高的能量密度,在消费电子产品和电动汽车中的应用引起了人们的广泛关注。为了进一步提高锂离子电池的能量和功率密度,人们需要开发具有优化结构和形貌的新型正极材料。三氟化铁(FeF3)作为一种廉价、环境友好型电极材料,它具有较高的理论容量。当进行3个电子交换时,可以获得712mAh·g-1比容量;而当进行一个电子交换时,可以释放237.5 mAh·g-1比容量。但受限于材料本身较低的离子扩散动力学和电子导电性,宽的禁带和高的电离度,通常用于电极材料在充放电时,其比容量仅为80 mAh·g-1。　　 由于过渡金属氟化物本身较低的电子导电性,纳米技术被用来减小材料的粒径,从而提高惰性过渡金属氟化物材料的电化学活性。本论文中,通过化学方法成功制备出氟化物(FeF3·0.33H2O)并原位负载在聚苯乙烯磺酸(PSS)修饰的石墨烯(Go)上。对制备的材料进行形貌,结构和组成进行表征,并将它应用于锂离子电池正极材料,对其电化学性质进行了表征。　　 本论文首先采用Hummer方法制备出氧化石墨烯,然后用PSS修饰,再用水合肼在100℃下、24h原位还原,制备出粒径100 nm均匀分散的PSS修饰石墨烯分散液(PSS-GO)。然后在分散液中原位制备出FeF3·3H2O并负载在PSS-GO上,在150℃惰性气体条件下处理10 h,制备出FeF3·0.33H2O/GO复合物。　　 利用XRD分别表征所制备的化合物FeF3·0.33H2O和FeF3·0.33H2O/GO的结构和晶型。结果表明,两种化合物均为纯相。但没有明显观察到碳峰出现,说明FeF3·0.33H2O/GO材料中的碳含量较少。SEM、HRTEM和TEM显示FeF3·0.33H2O化合物成功负载在氧化石墨烯表面,这是由于带正电的CTAB修饰的FeF3·0.33H2O与带负电的PSS修饰的氧化石墨烯通过电荷吸引而形成的。　　 将所制备的FeF3·0.33H2O用作锂离子电池正极材料进行充放电。在20 mA·g-1,1.5-4.5 V下,该材料获得380 mAh·g-1的比容量。当它和碳材料进行球磨后,获得511mAh·g-1比容量。该材料比容量的上升主要是由于球磨过程中材料粒径的减小和表面碳材料的包覆而致。这一结果说明电极材料与碳材料混合球磨的方法有助于提高FeF3·0.33H2O材料的电化学性能。循环伏安测试显示,3.2V的氧化峰和2.8V的还原峰同电池充放电平台一致,它对应于该材料在锂离子的脱出和嵌入形成LiFeF3·0.33H2O的过程。而FeF3·0.33H2O与碳材料球磨后的循环伏安扫描出现在2.9v的氧化峰和1.8V的还原峰分别对于锂离子嵌入和脱出形成LiFeF3·0.33H2O和LiF的过程。在反方向的扫描时,出现在3V和3.3V的峰分别对应于锂离子从LiFeF3·0.33H2O中脱出而转化为FeFeF3·0.33H2O的过程。循环伏安曲线中氧化峰和还原峰的的电位差分别为0.4V和1.2V。其中,较大的极化电位1.2V显示该材料的转化反应要慢于嵌入反应。交流阻抗谱研究显示FeFeF3·0.33H2O在球磨前后中频区半圆的半径减小,说明电荷的传质电阻减小,电子导电性增加导致材料的比容量上升。　　 将FeFeF3·0.33H2O/GO复合物用作锂离子电池的正极材料进行充放电测试。在电流为20 mA·g-1,充放电电压区间在1.5-4.5 V时,FeFeF3·0.33H2O/GO复合物获得比容量为260 mAh·g-1;当电流增加到400 mA·g-1,FeFeF3·0.33H2O/GO复合物获得86 mAh·g-1比容量。当材料球磨后,电极材料在相同测试条件下,其电化学性能显著提高。在电流为20 mA·g-1,FeFeF3·0.33H2O/GO复合物获得367 mAh·g-1比容量,当电流增加到400mA·g-1,FeFeF3·0.33H2O/GO复合物获得103 mAh·g-1比容量。利用循环伏安法研究所制备的FeFeF3·0.33H2O/GO复合物的氧化还原反应及其电子转移特性。循环伏安曲线显示该复合物出现两对氧化还原峰。其中,在3.1 V出现的较小氧化峰对应于1.8 V的还原峰,而在3.5V出现的氧化峰对于2.7 V的还原峰。由于3.5 V较大的氧化峰出现在第一次放电过程,归属于电解液分解后在氟化物表面膜的生成。交流阻抗实验研究显示球磨前材料的电荷转移电阻较大,这主要是由于材料中的PSS和石墨烯上未除去的残余含氧基团所致。当电极材料球磨后,电荷转移阻抗减小,电导率上升,因而FeFeF3·0.33H2O/GO复合物在球磨后电极材料的比容量得到提高。　　 本论文所制备的两种新型正极材料FeFeF3·0.33H2O和FeFeF3·0.33H2O/GO复合物显示出较高的储锂容量和倍率性能,可用于开发高端电子产品的锂离子储能电池的正极材料。