高铁电池正极材料的精制、改性及电化学性能研究

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1、天津大学硕士学位论文高铁电池正极材料的精制、改性及电化学性能研究姓名：向玲申请学位级别：硕士专业：化学工程指导教师：张裕卿20090601中文摘要高铁电池自上世纪九十年代末问世以来，以其绿色环保、放电电压平坦、高比容量等诱人的优势成为电池领域研究新热点，具有广泛的应用前景。但目前高铁电池正极材料自身的稳定性问题是制约其应用开发的主要因素。本文从高铁电池正极材料高铁酸钾的研究出发，组装成模拟电池，针对高铁酸钾因纯度导致的不稳定因素，对高铁酸钾进行精制、固相掺杂改性及改性精制高铁电池电化学性能做了较为系统的

2、研究。采用次氯酸盐氧化法制备高铁酸钾，亚铬酸盐氧化滴定法分析高铁酸钾的纯度，纯度可达97％以上。运用傅立叶红外光谱(FTIR)、x．射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)等分析测试手段，分析表征了高铁酸钾的微观结构和晶体形貌。经红外光谱、x．射线衍射证实，合成的产物为精制高铁酸钾单相，扫描电镜测试表明精制高铁酸钾外形呈长而薄的片状结构。在精制高铁酸钾稳定性研究中，考察了在干燥空气、不同浓度氢氧化钾溶液等不同环境对精制高铁酸钾稳定性的影响，实验结果表明固体精制高铁酸钾在干燥的空气中具有很好的稳定性，晶体结

3、构保持完好；氢氧化钾溶液浓度越大，精制高铁酸钾在其中的稳定性越高，在14mol／L氢氧化钾溶液中精制高铁酸钾具有低溶解性和高稳定性，可选择该浓度作为精制高铁电池的电解液。通过充放电循环测试发现，Zn／K2Fe04模拟电池的可逆性较差。本文研究氢氧化钡对精制高铁酸钾的改性及对其放电性能的影响，并研究改性精制高铁电池的循环伏安性能。结果表明：氢氧化钡能改善精制高铁电池的稳定性和电化学性能，20％Ba(OH)2／K2Fe04复合材料电极比单纯的K2Fe04电极的放电时间和放电比容量有所提高，复合材料电极具有更

4、高的放电电压，在1．5V以上放电平台能持续36．7h，放电比容量从原来的175．6mAh／g提高到242mAh／g。并且通过循环伏安分析，20％Ba(OH)2／K2Fe04复合材料电极比单纯的K2Fe04电极峰形尖锐且峰面积较大，说明添加20％Ba(OH)2可改善精制高铁酸钾电极的循环可逆性。在改性精制高铁电池放电性能测试中，本文分别考察了负载、隔膜、材料纯度、浸泡时间、导电剂含量等对改性精制高铁电池放电性能的影响。实验结果得出最佳的改性精制高铁电池电池测试条件。关键词：高铁电池精制高铁酸钾改性放电性能

5、循环伏安ABSTRACTSinceinventedattheendoflastcentury,thesuper-ironbatterywithawideapplicationprospectbecomesanewhotspotduetomanyattractiveadvantagessuchasgreenenvironmentalprotection、stationarydischargevoltage、highspecificcapacityandSOon．However,atpresent,thes

6、tabilityproblemofanodeinsuper-ironbatteryisamainfactorwhichlimitsitsapplication．Inthisthesis，aimingattheunstablefactorcausedbypurityofpotassiumferrate，therefining、solid—dopingmodificationofpotassiumferrateandelectrochemicalperformanceofmodifiedrefinedsup

7、er-ironbatteryweresystematicallyinvestigated．K2Fe04wassynthesizedbyKCIOandFe(N03)3‘9H20．ThepurityofK2Fe04wasover97％titratedbychromitesolution．ThemicrostructureandcrystalmorphologyofrefinedK2Fe04werestudiedbyFTIR、XRDandSEMmethods．Itwasconfirmedthattheprod

8、uctofrefinedK2Fe04wasphasecrystalbyFTIRandXRD；itshowedthatthemorphologyofrefinedK2Fe04waslaminatedstructurelonglyandthinlybySEM．EffectofrefinedK2Fe04stabilityindryairandpotassiumhydroxidesolutionwerestudied．Theexperimental