摘 要

FeOCl作为氯离子电池正极材料，具有丰富的元素丰度和高的理论容量（250 mAh/g），但导电性较差，在循环过程中体积变化较大。本文通过热分解法制备了氯氧化铁，然后采用气相聚合法制备了聚吡咯包覆的氯氧化铁复合材料（FeOCl@PPyCl），并将其作为氯离子电池的正极材料，以PP₁₄Cl/PP₁₄TFSI作为电池电解液，金属锂作为电池负极进行组装电池。结果表明：

（1）通过热分解法制备了微米球状FeOCl材料。经气相聚合反应后，FeOCl微球表面显著包覆了聚吡咯材料，其FeOCl的晶体结构未发生变化。

（2）未经聚吡咯包覆的氯氧化铁作氯离子电池正极，首次放电容量为145mAh/g，到第十个循环后还可以保留80mAh/g，容量保持率为55.2%。经过聚吡咯包覆之后的氯氧化铁作为氯离子电池正极，其电池容量达到188mAh/g，在经过10个循环后还可以保留165mAh/g，容量保持率为87.8%。

（3）电化学阻抗谱（EIS）结果表明，经聚吡咯包覆后，FeOCl的电化学反应阻抗显著降低。

关键字：氯离子电池、FeOCl@PPy复合正极材料、电化学性能

Preparation and Electrochemical Properties of FeOCl @ PPy Composite Cathode Materials

Abstract

FeOCl as the cathode material of the chloride ion battery has abundant elemental resources and high theoretical capacity (250 mAh/g). However, it shows a low electrical conductivity and a large volume change during cycling. Herein, the thermal decomposition method is used to prepare the FeOCl material, and then the vapor polymerization method is further carried out to synthesize the FeOCl@PPy composite material. The as-prepared FeOCl@PPy is used as cathode, the PP₁₄Cl/PP₁₄TFSI is Electrolyte, Li metal lithium is assembled as a battery negative battery . The results shows that,

(1)The thermal decomposition method is used to prepare the FeOCl microspheres material. After the vapor polymerization reaction, the polypyrrole material was evidently coated on the FeOCl microspheres, the crystal structure of which is unchanged.

(2) The FeOCl cathode material without the coating of PPy as chloride ion battery cathode shows a discharge capacity of 145 mAh/g at the first cycle. Then 80 mAh/g was remained after 10 cycles. The capacity retention rate is 55.2%. The FeOCl@PPyCl as chloride ion battery cathode shows a discharge capacity of 188 mAh/g at the first cycle. Then 165 mAh/g was remained after 10 cycles. The capacity retention rate is 87.8%.

(3) The EIS result indicates that the charge transfer resistance of the FeOCl material is significantly decreased after the coating of PPy.

Key words: Chloride ion battery;FeOCl@PPy composite cathode material; electrochemical performance.

目录

摘 要

Abstract

第一章 绪论

1.1 引言

1.2 氯离子电池的简介

1.2.1 氯离子电池的定义及化学机理

1.2.2 氯离子电池研究意义

1.2.3 氯离子电池的研究进展

1.3 氯离子正极材料简介

1.3.1金属氯氧化物正极材料简介和制备

1.3.2金属氯氧化物碳包覆正极材料简介

1.3.3聚吡咯包覆氯氧化铁

1.4 本文的研究内容和研究意义

第二章 实验部分

2.1 实验仪器与主要原料

2.1.1 实验仪器及规格

2.1.2 实验主要原料

2.2 电池正极材料的制备

2.2.1 反应方程式

2.2.2 制备流程图

2.2.3 制备步骤

2.3 氯离子电池正极的制备及电池组装

2.3.1 正极片的制备

2.3.2 电解液的制备

2.3.3 电池组装

2.4 材料表征

2.4.1 X射线衍射（XRD）

2.4.2 扫描电镜（SEM）

2.4.3 元素能谱分析

2.5 电化学性能测试方法

2.5.1 充放电循环性能测试

2.5.2 循环伏安法测试

2.5.3 交流阻抗测试

第三章 实验分析

3.1 FeOCl@PPyCl复合材料化铁表征测试与分析

3.1.1 XRD图

3.1.2 FeOCl@PPyCl复合材料扫描电镜图

3.2 FeOCl@PPyCl复合材料电化学性能测试与分析

3.2.1 充放电曲线

3.2.2 交流阻抗测试

第四章 结论

参考文献

致谢

第一章 绪论

1.1 引言

随着电子行业的快速发展，各种随身便携设备被我们日常广泛应用，这种变化也对可充电移动电源的性能要求更高，这种情况对二次电池的发展提供了更加广阔市场。其在新能源汽车、便携式电子产品和其它能量存储体系中有着重要影响。目前，基于阳离子或阴离子传导的二次电池体系已被报道，如H /OH^-、Li 、Li /TFSI^-、Na 、Mg² 、Zⁿ² 、Al³ 、F^-等电池。这个包含金属氯化物/金属氯氧化物和二元离子电解液的电池体系能实现氯离子在室温下的传导。这种基于氯离子传输的新型电池具有高能量密度、高倍率性能、低成本的优点，使其在能量储存领域有着巨大的发展空间和应用前景^[1]。氯离子电池的研究主要集中于其正极材料的研究^[2]。现阶段二次电池的研究主要集中在阳离子传输的电池体系上，最为常见的传输离子有锂离子、钠离子、镁离子等等^[3-8]。钠元素由于和锂离子有着相似的作为电池传输离子的化学特性，而被科学家进行很多的研究^[9-10]。由于工业和社会的高速发展，对二次电池的性能有了更高的要求。

可在充电电池的研究主要集中在基于阳离子转移，如Li 、Na 、Mg² 的电化学系统。尽管有阳离子电池，但最近报道的使用O^2-、F^-或Cl^-阴离子用于电池体系的新型电池^[11-12]。近年来提出的氯离子电池具有理论能量密度高、材料资源丰富、安全性高、环保等特点，符合新型二次电池体系的开发要求。

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