FeF3 based on conversion reaction has been considered one of the most promising cathode materials for power lithium ion battery due to its high theoretical specific capacity of 712 mAh/g, which is 3-5 times higher than traditional cathode materials. However, FeF3 undergoes intrinsic poor electronic conductivity and low reversible conversion rate (Fe3+↔Fe2+↔Fe) during the electrochemical charge-discharge process, which leads to a limited actual specific capacity, poor cycling performance seriously hindering its commercial application. This proposal is based on the research of low-cost iron-based compounds, glucose and graphene oxide. A one-pot hydrothermal strategy and gas-solid reaction strategy will be developed in this project. The influence of iron-based compounds, carbonization rate of glucose, and hydrothermal condition will be investigated for the controllable synthesis of FeF3. A novel 3D cathode composite of pomegranate-structured FeF3@carbon nanospheres-doped graphene aerogel will be design and fabricated, which provides double protection for FeF3 and controls the complex conversion reaction (Fe3+↔Fe2+↔Fe) within a limited space, resulting in the much improved reversible conversion reaction rate and superior lithium storage properties. Finally, the relationship of size-composite structure-lithium storage properties will be proposed, which will supply new research approach on design of cathode material with high reversible capacity and good cycling performance.
三氟化铁的理论比容量高达712 mAh/g,是传统正极材料的3~5倍,成为动力锂离子电池正极材料的理想之选。但是,FeF3是通过转化反应机制实现储锂,存在储锂过程的转化反应可逆性差(Fe3+↔Fe2+↔Fe)的瓶颈性难题,导致实际比容量远小于理论值,严重阻碍了其商业化应用。本项目拟以廉价丰富的铁基化合物、葡萄糖和氧化石墨烯为原料,基于水热合成和气-固反应技术,系统研究不同铁源、葡萄糖碳化速度、水热条件对FeF3尺寸的影响规律,实现对 FeF3尺寸的精确调控;设计和构筑包裹多个FeF3纳米晶的石榴结构碳球、进一步包覆在石墨烯气凝胶中的三维网络结构,实现对FeF3双层保护。将FeF3与锂离子的复杂反应限制在有限的空间内进行,克服FeF3可逆转化率低的难题,有效提高FeF3的储锂性能,揭示“FeF3尺寸-复合结构-储锂性能”之间的关系,为设计和制备比容量高和循环性能好的正极材料提供新的研究思路。
三氟化铁的理论比容量高达712 mAh/g,是传统正极材料的3~5倍,成为动力锂离子电池正极材料的理想之选。但是,FeF3是通过转化反应机制实现储锂,存在储锂过程的转化反应可逆性差(Fe3+↔Fe2+↔Fe)的瓶颈性难题,导致实际比容量远小于理论值,严重阻碍了其商业化应用。本项目以廉价丰富的铁基化合物、葡萄糖和氧化石墨烯为原料,基于水热合成和气-固反应技术,系统研究不同铁源、葡萄糖碳化速度、水热条件对FeF3尺寸的影响规律,实现对 FeF3尺寸的精确调控;设计和构筑包裹多个FeF3纳米晶的石榴结构碳球、进一步包覆在石墨烯气凝胶中的三维网络结构,实现对FeF3双层保护。将FeF3与锂离子的复杂反应限制在有限的空间内进行,克服FeF3可逆转化率低的难题,在100mA/g 电流密度下,120 次循环比容量高达410 mAh/g,远远超过目前的商业化正极材料(<220 mAh/g),这种简单的策略也可以拓展到其他金属氟化物正极材料,为下一代了高容量锂离子电池的研究奠定一定的基础。
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数据更新时间:2023-05-31
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