氟化碳材料表面改性及其在锂电池中的应用研究.pdf

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5、ringProgramNewEnergyMaterialsandDevicesSpecializationMaterialsScienceandEngineeringDegreeDoctorofEngineeringUniversityXiangtanUniversityDateJune,2016摘要摘要-1锂/氟化碳电池是现有比能量最高的一次电池，理论比能量为2180Whkg，锂/氟化碳电池还具有电压稳定、工作温度宽、自放电小、寿命长等特点，被认为是最具有潜力的电池之一。锂/氟化碳电池工作温度范围为-

6、60℃~180℃，可满足航空航天等极端环境要求。然而，由于C-F键的强共价特性，氟化碳的导电性差，并且氟化碳的表面能低，与电解液渗透性差，因此氟化碳作电极时，容易引起极化，导致锂/氟化碳电池倍率性能较差，不能满足高功率放电要求。针对上述问题，论文开展了对氟化碳材料表面改性研究。采用商业化的氟化石墨为原料，在其表面包覆导电物质，提高材料的电导率和表面亲和力，从而减小电极极化，加速电极反应，提高电池的比能量和倍率性能。论文分别在氟化石墨表面包覆了金属、非金属单质、导电聚合物和氧化物四类导电物质，具体分别选择

7、了镍磷合金、碳、聚吡咯和二氧化锰作为包覆物质。通过SEM、TEM、XRD、热失重、比表面积等测试分析了包覆后复合材料的形貌、结构和成分等特征，并分别用恒流放电、倍率放电和交流阻抗等方法测试了材料的电化学性能和电池的高低温放电性能。另外，因为氟化石墨价格较高，为了提高锂/氟化碳电池的性价比，论文还研究了氟化石墨与二氧化锰混合正极的性能特点，并将包覆改性后的氟化石墨与二氧化锰混合，提升电池性能。本论文主要内容和结论如下：(1)成功将适当的表面活性剂加入化学镀镍工艺过程中，将氟化石墨均匀分散至溶液中，并且将镍

8、磷合金沉积至氟化石墨表面。制备了氟化碳表面附着有枝晶状镍磷合金颗粒的复合正极材料，并研究了其电化学性能。以氟化石墨为活性物质计算放电性能，当镍磷合金含量为43.7wt%时，放电倍率可达3.55C；在-10.1C时，放电比容量达865mAhg，活性物质利用率达100%。交流阻抗分析得出，Ni-P-CFx电极阻抗值降低，材料导电性增强。分析Ni-P-CFx复合正极放电后的极片，得知极片中复合正极颗粒与导电剂交织紧密结合，改性后CFx的表面能增加