高铁酸盐正极材料的制备及其电性能初探

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1、摘要摘要为了高产率地制备高铁酸钾(KzFe04)、高铁酸钡(BaFe04)正极材料并研究其电性能，本文以次氯酸钾(KCl0)、硝酸铁(Fe(N03)3)为原料，采用次氯酸盐氧化法来制备K2Fe04，并以制得的K2Fe04与氯化钡反应制各BaFe04。研究了反应温度、反应时间以及KCl0与Fe(N03)3摩尔比等因素对产率的影响；运用红外光谱(IR)、x射线衍射(XRD)、扫描电镜(sEM)、热重(TG)以及差热(DSC)分析等测试分析手段，分析表征了K2Fe04、BaFe04的微观结构以及热分解特性；以制得的K2Fe04、BaFe04为正极活性物质，与Fe、Zn或金属Li负极活性

2、物质配对制备模拟电池，考察了K2Fe04、BaFe04电极材料的电性能及其循环伏安特性。研究结果表明，制备K2Fe04的最适宜的反应条件为：在饱和KOH体系下，KCl0与Fe(N03)3的摩尔比为1．5：1．0，反应温度为30℃，反应时间为90min。选用毒性低的惰性有机溶剂正己烷替代苯，乙醇代替甲醇可以有效地除去K2Fe04中残留的杂质；制得K2Fe04、BaFe04的纯度可分别达到97％和95．5％以上。红外光谱(IR)、X射线衍射(XRD)钡4试证实，合成产物为K2Fe04、BaFe04；K2Fe04外形呈长而薄的板条状结构，晶体粒径约为10．30um；BaFe04外形为粒

3、状的细小颗粒，粒径约为0．5个um。纯净的K2Fe04和BaFe04热稳定性较好。K2Fe04自250℃开始分解，至340℃为～个热分解过程，温度升高到680℃以后，发生迸一步的热分解和热失重。BaFe04的热分解过程较复杂，其失重曲线为一个连续下降的过程，在300℃～900℃温度范围内高铁酸钡逐渐分解。碱性高铁酸盐电池具有较高的放电电压以及放电容量，但电池的自放电率较大、贮存性能较差。碱性锌／高铁酸盐电池的开路电压达1．72V，平均工作电压为1．42V，K2Fe04和BaFe04的放电比容量分别达到371mAh／g和275mAh／g；碱性铁／高铁酸盐电池的开路电压为1．5V，K

4、2Fe04和BaFe04的放电比容量分别达到270mAh／g和210mAh／g；锂／高铁酸盐电池的放电曲线平坦，开路电压为3．4V，电池的平均工作电压为2．5V，K2Fe04和BaFe04的比容量分别达303mAh／g和245mAh／g，但电池负载后的极化现象严重，放电电流密度较小。高铁酸钡相对高铁酸钾作为电极材料具有更好的放电性能。高铁酸盐正极材料具有一定的氧化还原可逆性，但Fe042-的氧化与还原是一个可逆性较差的电极过程，故高铁酸盐作二次(可充)电池的正极活性物质的可能性和应用前景尚难以意料。关键字高铁酸盐高铁酸钾高铁酸钡正极材料制备高铁酸盐电池华南理工大学工学硕士学位论文

5、ABSTRACTInordertosynthesizepotassiumferrateandbariumferrateeffectively，inthispaperwepreparedpotassiumferratethroughoxidationofironnitratebypotassiumhypochloriteandsubsequentlypreparedbariumferratebyreactionofpotassiumferratewithbariumchlorideandstudiedtheeffectofreactiontemperature，reactiondu

6、ration，themolarratioofpotassiumhypochloritetoironnitrateandSOforthontheproductivityofpotassiumferrate．ThemicrostructureofpotassiumferrateandbariumferratewasmeasuredbyIR，XRD，SEM，TGandDSC．Also，theelectrochemicalcharacteristicofpotassiumferrateorbariumferrateascathodewasdeterminedinhalf-batterie

7、susingFe，ZnorLiasanode．TheresultsshowedthattheoptimumconditionforpreparingK2Fe04is：insaturatedKOHsolution，thereactiontemperaturewas30℃，reactiondurationwas90minandthemolarratioofKCl0toFe(N03)3was1．5：1．Usinglesspoisonousn-hexaneandethanolCaneff