新型鋰離子電池正極材料Na2FePo4F的合成及相關(guān)性能研究.pdf

1、儲能技術(shù)在能源的生產(chǎn)和使用過程中占有重要地位，其中鋰離子電池由于具有工作電壓高、比能量高、循環(huán)壽命長、無記憶效應(yīng)、自放電率低和環(huán)境友好等優(yōu)點，已成為最重要和最具潛力的儲能方式。然而目前傳統(tǒng)的正極材料和電解液體系均存在各自的缺陷，不能完全滿足現(xiàn)實的需求。因此，新型鋰離子電池正極材料和電解液體系的研發(fā)成為亟待解決的社會需求和電化學(xué)工作者研究的熱點。
　　 研究發(fā)現(xiàn)，某些鈉基氟化磷酸鹽體系化合物作為鋰離子電池正極材料具備良好的電化學(xué)性

2、能;另外，通過調(diào)整溶劑類型、采用正極成膜添加劑可以有效提高電池的高電位循環(huán)穩(wěn)定性。因此，本論文選取鈉基化合物Na2FePO4F為研究對象，采用固相燒結(jié)法合成，并對材料的性能進(jìn)行了研究;同時，利用腈類、氟代溶劑、異氰酸酯等不同體系溶劑及添加劑對高壓鋰離子電池電解液的開發(fā)展開探索。本論文的主要內(nèi)容和結(jié)論如下:
　　 (1)探索不同碳源包覆對Na2FePO4F材料性能改善的差異以及合成原料對該材料性能的影響。以NaF，F(xiàn)eC2O4·2

3、H2O，NH4H2PO4作為原料，分別以蔗糖，環(huán)糊精，檸檬酸，抗壞血酸為碳源，合成五份Na2FePO4F材料（其中一份未加任何碳源的樣品作為對比）。另分別以(2NaF+FeC2O4·2H2O+NH4H2PO4+sucrose)和(2NaF+FePO4·2H2O+sucrose)作為原料合成兩份Na2FePO4F材料。結(jié)合物理測試和充放電測試分析結(jié)果可得，碳包覆不會改變Na2FePO4F晶體結(jié)構(gòu)，但能顯著改善材料的電化學(xué)性能。不同的碳源對

4、材料的表面形貌以及最終樣品中的碳含量均有不同的影響。本實驗中用蔗糖作為碳源的樣品顆粒尺寸相對更加均勻，其最終樣品中碳含量最高，電化學(xué)性能最佳。在兩份不同原料合成的Na2FePO4F材料中，以(2NaF+FeC2O4·2H2O+NH4H2PO4+sucrose)作為原料合成的樣品顆粒尺寸較均勻，并且樣品中最后剩余的碳含量較高，電化學(xué)性能更佳。
　　 (2)探索Na2FePO4F材料的最佳合成溫度，推斷合成該材料的固相反應(yīng)機(jī)理，并對

5、Na2FePO4F材料中第二個Na+的脫嵌問題進(jìn)行研究。測試結(jié)果顯示，合成溫度低于400℃，Na2FePO4F不能完全形成;合成溫度達(dá)到650℃時，Na2FePO4F開始分解。通過電化學(xué)性能測試結(jié)果得到在本實驗中在600℃下合成的Na2FePO4F材料性能最佳。推斷用固相合成法合成Na2FePO4F材料的反應(yīng)過程主要分為三步:第一步是預(yù)反應(yīng)生成中間相的過程，第二步是形成Na2FePO4F相的過程，第三步是Na2FePO4F分解的過程（發(fā)

6、生在650℃及以上）。其中第一步和第二步反應(yīng)交織進(jìn)行。對Na2FePO4F材料中第二個Na+的脫嵌問題進(jìn)行探索研究，結(jié)果顯示當(dāng)充電電壓截止到5.2V時，第二個Na+仍然不能脫嵌。
　　 (3)采用兩種方案對高壓電解液進(jìn)行探索研究。以碳酸丙烯酯PC為有機(jī)溶劑基液，與QB(蘇州諾萊特科技有限公司提供)，氟代碳酸乙烯酯(FEC)，戊二腈(GLN)分別配制混合溶劑電解液。循環(huán)伏安測試結(jié)果顯示，用QB和PC混合溶劑配制的電解液高壓性能比純