锂一次电池正极材料氟化碳的改性与电化学性能研究

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与其他锂一次电池相比,锂氟化碳电池具有最高的理论比容量和较高的理论比能量。同时锂氟化碳电池由于具有寿命长,安全性能好等优点备受关注。锂氟化碳电池具有许多优点,但仍然具有一些缺点,它的放电电压平台约为2.5V(低倍率放电),比其开路电压(约3.2V)低很多;倍率性能较差;存在电压滞后等,这些缺点制约着锂氟化碳电池的商业化。本文中,通过氟化碳材料表面修饰改性,改善材料的电化学性能。  首先,本文采用简单的方法对氟化碳正极材料进行SiO2修饰,并对修饰前后材料的结构、形貌和电化学性能进行了研究。EDS和XPS测试证明了表面修饰物质SiO2的存在。FT-IR和XPS结果同时表明SiO2修饰后的材料中存在C-F半离子键,根据XPS结果得出F/C下降,这是由SiO2和CF2反应引起的。BET结果表明修饰后的材料比表面积明显增大。电化学测试表明,SiO2修饰后的材料放电比容量和平台电压,以及功率密度和能量密度都明显提高,尤其CFx-mSiO2在5C下的放电比容量达到了587mAh/g,平台电压约为2.28V,能量密度约为CFx的三倍,功率密度达到9689W/kg。放电深度0%的交流阻抗测试结果定性地说明修饰后CFx材料的电阻明显降低,引起以上结果的原因是SiO2与CFx表面的非电化学活性的CF2基团反应,减少了CF2基团对CFx导电性的影响和对离子传输的阻碍。通过CV、放电后的XRD和XPS测试研究了SiO2的修饰机理,结果表明SiO2在放电过程中不提供容量,SiO2的主要作用是在制备的过程中与CFx表面的CF2反应。  其次,通过CFx自身与修饰材料之间的作用成功合成了Ru修饰的CFx材料,以及Ru和SiO2双修饰的CR材料,XPS结果表明了Ru和SiO2的存在。电化学性能测试表明,Ru以及Ru和SiO2双修饰后材料的电化学性能都有了一定的提高。双修饰材料的电化学性能要优于Ru单修饰的材料,原因是经过双修饰后一方面Ru提高了材料的导电性,另一方面SiO2与非电化学活性的CF2基团反应,减少了CF2对离子传输的阻碍作用。然而由于双修饰后具有电化学活性的C-F共价键的含量降低,导致其电化学性能与CFx-mSiO2相比有所降低。
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