本技术涉及一种碳涂层一维氟化亚铁电极材料及其制备方法和应用。制备过程包括:A. 将铁粉或可溶性亚铁盐与氟硅酸水溶液或氟硅酸盐溶液混合,通过离心分离上层清液后蒸干。
背景技术
发展电动车的关键在于电池,在现有的二次电池中,铅酸电池、镉镍电池(Cd/Ni)、金属氢化物镍电池(MH/Ni)和锂离子电池(LIBs)的理论与工艺较为成熟,已经得到商业应用,相比之下,锂离子电池工艺较为成熟并且具有能量密度高、工作电压高,循环寿命长、无记忆效应、体积小、重量轻与对环境污染小等优点,所以目前电动乘用车动力电池主要采用锂离子电池,例如特斯拉的三元锂离子电池(NCR18650)以及比亚迪的磷酸亚铁锂电池(LFP)。同时,锂离子电池作为一类性能优秀的化学电池,除电动车领域需求甚大外,还用于各类小型便携式电子设备(如数码相机,智能手机及手提电脑等)以及潜艇、航天、航空、电网规模储能系统(ESS)等,因此若研制出安全高性能的锂离子电池将具有十分广阔的应用前景。
从理论上来看主要有两个途径可以提高电池能量密度:一是增大正、负电极材料的比容量;二是提升正、负电极之间的工作电压。锂离子电池正极材料是电池的重要组成部分,它作为锂源直接参与电极反应并且大约占了锂离子电池成本的40%,因此正极材料的属性直接决定了二次锂离子电池的性能优劣与成本高低。锂离子电池负极材料已经取得重要进展,它的来源丰富,价格便宜,而相比之下正极材料发展较慢,所以目前针对提升锂离子电池密度的研究主要集中在电池正极材料上,要求电池正极材料的有大的理论比体积容量和比质量容量,结构稳定,在循环过程中不会发生剧烈的体积变化。但根据锂电行业现状,我国电动汽车锂离子电池正极主要采用的插层材料(如LiCoO2,LiMn2O4,LiFePO4,LiNi1-x-yCoxMnyO2等),它们的可逆比容量通常低于200mA.h/g,而即便在高镍三元材料体系下,300W.h/kg就是目前大部分新能源车企研制的锂离子二次电池能够到达的极限能量密度,因此它们难以满足现今电动汽车与电子设备日益增长的续航要求。
过渡金属氟化物(表示为MFx,M=Fe、Cu、Ni等过渡金属)的离子键有强离子性,用它制备的电极会有大的电动势从而令电池能量密度更大,并且电极制备无需使用钴、镍等元素,因此成本更低且对环境更友好,所以过渡金属氟化物在近几年受到了广泛关注。不过FeF2虽有诸多优点,但它带隙很强,赋予FeF2较高电化学电势的同时也令材料表现出高度的绝缘性,因此FeF2正极材料在最初商用时的电化学性能测试表现并不佳,2.0~4.5V的电压测试范围内,0.2mA·cm-2电流密度下,仅仅有140mAh·g-1和80mAh·g-1的首次放电实际比容量和稳定可逆比容量。此外,FeF2正极材料在实验中还会观测到明显的电压滞后,这会降低电池的能量转换效率与利用效率,并且在充放电过程中FeF2电极还会与电解质发生反应,如正极活性溶解在有机电解质中后会发生再沉淀最终造成容量衰减与电池倍率性能的降低等一系列副作用,同时嵌锂和脱锂过程中的体积变化会产生内部应力,从而诱发电极结构膨胀与分解、电极与集流器分离、活性颗粒粉碎、保护外壳及SEI层上形成裂纹和缺陷等问题。
实现思路