鈉、鎂電池氟化碳正極材料研究.pdf

1、近年來鋰離子電池應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)展，鋰資源匱乏以及伴隨而來的鋰離子電池成本較高等問題逐漸顯現(xiàn)。發(fā)展替代鋰元素的新型電池體系已成為各國(guó)都需面臨的重要課題。鈉、鎂（離子）電池體系因?yàn)槠漭^優(yōu)異的電化學(xué)性能以及鈉、鎂元素在地殼中含量豐富等優(yōu)勢(shì)備受關(guān)注。氟化碳材料廣泛應(yīng)用于鋰原電池正極材料，因其極高的理論比容量，是一類很有吸引力的鈉、鎂電池正極材料體系。本文制備氟化碳纖維和氟化乙炔黑兩種高電壓氟化碳材料，并采用XRD、SEM、XPS、sXAS、NM

2、R并結(jié)合理論計(jì)算和充放電測(cè)試等技術(shù)，對(duì)材料的結(jié)構(gòu)、電化學(xué)性能、高電壓以及反應(yīng)機(jī)理進(jìn)行了較為系統(tǒng)的研究。
　　采用非晶相結(jié)構(gòu)碳纖維作為碳源材料，通過氣相高溫氟化法制備新型高電壓氟化碳材料。以金屬鈉作為負(fù)極，在電流密度20mA/g、截止電壓1.5-4.7V條件下，所制備的氟化碳纖維材料CF075的首圈放電比容量為705mAh/g，首圈放電平臺(tái)為2.75V，且有350mAh/g的可逆容量。其中首圈2.75V的放電平臺(tái)是目前已知該體系材料

3、中最高的，甚至優(yōu)于商業(yè)化的氟化石墨材料在鋰電池中的表現(xiàn)(2.7V)。通過XRD、SEM以及NMR測(cè)試結(jié)果表明，所制備的氟化碳纖維CF0.75為微米級(jí)的棒狀顆粒，且具有非晶相亞穩(wěn)態(tài)碳氟結(jié)構(gòu)。結(jié)合GITT測(cè)試以及理論計(jì)算結(jié)果表明，材料首圈放電電壓得益于氟化碳纖維更好的電子導(dǎo)電性以及碳纖維非晶相結(jié)構(gòu)在氟化過程中所產(chǎn)生的亞穩(wěn)態(tài)碳氟結(jié)構(gòu)。sXAS、XPS以及NMR結(jié)果證明充放電過程中CFx和NaF間的可逆轉(zhuǎn)化，證明了氟化碳材料在二次電池領(lǐng)域應(yīng)用的

4、潛力并首次提出了一個(gè)鈉離子由外向內(nèi)擴(kuò)散的反應(yīng)機(jī)理。
　　根據(jù)上述反應(yīng)機(jī)理的結(jié)果，采用小顆粒、非晶相結(jié)構(gòu)的乙炔黑作為碳源材料，首次通過高溫氣相氟化法制備氟化乙炔黑材料。通過SEM和NMR測(cè)試確定材料的形貌以及不同制備條件下的氟碳比。電化學(xué)測(cè)試表明，氟化乙炔黑材料同樣具有高放電電壓，同時(shí)在可充鈉電池中表現(xiàn)出更高的可逆容量以及循環(huán)穩(wěn)定性。
　　采用多種類型氟化碳作為正極材料構(gòu)建鎂/氟化碳電池并測(cè)試其電化學(xué)性能，結(jié)果表明材料顆粒大小