LixFeF3/C复合阴极材料及其Li+嵌入反应过程研究

FeF3, which can deliver more than 220mAh/g capacity, has attracted extensive attentions in recent years due to its potential utilization as cathode material in lithium battery. However, the preparation of lithium contained complex fluorides, such as LixFeF3, is of greater significance for the development of lithium-ion battery cathode materials with high capacity and high-safety. This project intends to synthesize LixFeF3/C nano-composite materials by hydrothermal and solvent-thermal method. Studies on the processes of Li+ intercalation/deintercalation reactions into LixFeF3 will help us make a deep understanding on the electron transfer mechanism for electrical insulated electrode materials. Investigation on chemical and irreversible electrochemical reaction of LixFeF3/C with electrolytes and possible ways of improving the electrode reaction rate will also be carried out.

FeF3在2.5V以上电位的充放电容量达到220mAh/g的容量，并具有很好的可逆性，近年来受到广泛关注。合成含锂复合氟化物-LixFeF3对开发可逆容量可大于200mAh/g的高安全性锂离子电池正极材料具有重要意义。本项目拟通过水热及溶剂热法合成LixFeF3/C纳米复合材料，建立含锂复合氟化物的合成方法。通过对该复合材料的锂嵌脱反应过程的研究，深入理解电子绝缘材料电极反应过程中的电子转移机理。研究LixFeF3/C与电解质间可能发生的化学与不可逆电化学反应，探讨提高材料电极反应速度的可能方法。

作为新型锂电池正极材料，过渡金属氟化物具有高比容量、低成本、安全高和对环境友好等优点而备受关注。传统的锂离子电池中，正极材料不但是电池充放电过程的锂离子嵌入与脱出电极反应的场所，同时也作为电池首次充的锂源。虽然氟化物与金属锂组装的电池中表现出了良好的电化学性能，却不能提供锂离子，如何向该类材料中引入锂源，是该材料能否在锂离子电池中应用的关键。在自然基金的支持下，我们对氟化铁、氟化钒等过渡金属化合物进行了研究，并获得了向氟化物正极中提供锂源的方法。我们采用 FeF3与 Li2MnO3共混的方法制备正极材，其中Li2MnO3为锂源，电镜与XRD的结果表明，两材料在经高能球磨后，材料的晶体结构没有发生变化。进一步的充放电实验结果表明，该复合电极的首次充容量达到200mAh/g，首次放电容量190 mAh/g，100次循环后容量仍保持130mAh/g，表明材料具有较好的循环性；首次充电曲线表明，该材料在首次充时对应的容量均由Li2MnO3提供，表明Li2MnO3可作为锂源为氟化铁提供锂离子。我们研究了Na3VF6体系作为锂离子电池正极材料的可行性，结果表明，即使在对锂5.0V的电压下，Na+也不能从Na3VF6脱出，进一步的充放电实验结果表明，Li+可以嵌入到Na3VF6中，在4.0V和1.5V左右出现两个放电平台。利用Na3VF6作主正极组装的钠电池，充放电容量可达到80mAh/g，并具有较好的循环性。