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铁基氟化物正极材料是基于传统嵌入脱出反应和化学转换反应的新型电极材料,因其比容量高、环境友好、成本低廉等优点被认为是具有发展前景的锂离子电池和钠离子电池正极材料。但由于其固有的缺点如氟离子强的电负性导致铁氟间的能带间隙宽,从而造成材料存在电子电导率低和极化现象严重的问题。此外,在反复的转换反应过程中会造成电极材料结构的改变和坍塌,导致电池的循环性能、倍率性能差,首次容量不可逆性严重等问题。本文针对铁基氟化物存在的以上问题,通过添加导电碳材料增强电极材料的电子导电性,通过表面包覆、颗粒纳米化和形貌结构设计等策略增强电极材料的结构稳定性,以此来改善材料的倍率性能和循环性能。论文的主要研究内容如下:(1)采用溶剂热方法和球磨方法制备了八面体形貌的FeF3·0.5H2O/graphene纳米复合材料,其颗粒粒径约为400 nm。系统地研究了不同的石墨烯添加量对纳米尺寸的八面体FeF3·0.5H2O纳米材料的结构、形貌以及电化学性能的影响,结果表明,FeF3·0.5H2O纳米材料在与石墨烯球磨的过程中保持了原有的八面体形貌,并且八面体FeF3·0.5H2O纳米材料随机地分布在导电石墨烯的表面和石墨烯层与层之间。此外,石墨烯的加入使八面体FeF3·0.5H2O纳米材料的倍率性能和循环性能得到了显著的改善。石墨烯的添加量为5 wt.%时性能达到最佳状态,在0.1 C倍率下首次的放电比容量可高达410.0 mAh/g,循环200次后容量保持率为68.7%。此外,在5 C的大倍率下循环200次后放电比容量还有86.3 mAh/g。石墨烯在材料中不但能够提高材料的电子电导率,而且对FeF3·0.5H2O纳米材料的八面体形貌具有弹性约束的作用,在反复的充电/放电过程中保证其结构的完整性。(2)首先通过溶剂热方法制备了形貌和尺寸均一的球形FeF3·0.33H20电极材料,然后采用凝胶-溶胶方法在球形氟化铁材料的表面均匀地包覆一层Ti02。细小的Ti02颗粒包覆在球形氟化铁材料的表面不但增加了原始材料的比表面积,同时也增强了材料的结构稳定性。测试结果表明:在包覆Ti02过程中没有破坏原始材料的球形形貌。此外,Ti02的包覆使球形氟化铁材料的电化学性能得到明显的改善,尤其是循环性能。该材料在1.5-4.5 V的电压范围内,电流密度为0.2 C时,循环200次后放电容量仍保持有264 mAh/g。(3)为了改善铁基氟化物电极材料的电子导电性,通过纳米浇铸方法和介孔二氧化硅KIT-6模板方法制备了快速电子传输的和三维孔道结构的FeF3·0.33H2O@3D-OMCs纳米复合材料。FeF3·0.33H2O纳米颗粒被束缚在3D-OMCs的孔道内部,两者紧密连接构成一个快速的导电网络。有序介孔碳的介孔结构有效地限制了 FeF3·0.33H2O纳米颗粒在生长过程中的团聚现象。纳米级的FeF3·0.33H2O材料能够有效地促进电子和钠离子的传输,从而改善氟化铁材料的电化学性能。另外,有序介孔碳大的比表面积能够进一步保证活性物质和电解液的充分接触。这些有利因素的结合,相互的协同作用,使FeF3·0.33H2O@3D-OMCs纳米复合材料在钠离子电池中展示了优异的倍率性能和循环性能。在20 mA g-1的电流密度下,首次的放电比容量高达386 mAh/g,并且当电流密度增加到60mAg-1时,循环100次后放电比容量仍有183mAh/g。