一、 绪论

1.1 前言

近年来，随着我国经济的发展，人们生活水平得到明显改善,能源供给与能源需求之间的矛盾也越来越明显。燃烧煤、石油为代表的化石能源带来的温室效应以及空气污染等环境问题严重破坏了人类的生活家园#8212;#8212;地球。为了应对日益严峻的生态环境问题，这有赖于可充电电池为核心的新能源技术的应用与发展。目前，对可充电电池的研究主要集中于阳离子传输，比如Li ，Na ，Mg2 ，K ，Zn2 ，但是除去基于阳离子传输的二次电池，近年来基于F#8722; 、Cl#8722;等阴离子传输的新型二次电池得到研究。氯离子电池是基于氯离子在正负极传导的一种新型电池，其理论能量密度高，体积能量密度可以达到2500 Wh/L，高于目前的锂离子电池，接近Li-S电池的能量密度，有望应用于电动汽车用动力电池领域。同时具有环境友好，资源丰富，高安全性等优点。氯离子电池以金属氯化物/金属作为电极体系以及能够传导氯离子的离子液体电解质，正极为过渡族或部分主族的金属氯化物，负极为碱土金属（如Mg、Ca）、碱金属（如Li、Na）或稀土金属（如La、Ce）。但是采用金属氯化物作为正极时，由于路易斯酸碱反应(金属氯化物多为路易斯酸，氯离子为路易斯碱)，金属氯化物会在液态电解液中产生脱溶问题，会生成溶于电解液的络合物。如CoCl2电极材料可以和电解液中的Cl-反应生成可溶的CoCl2-4，其首次放电容量仅为理论容量的19.3%。所以开发稳定的氯离子正极材料、抑制金属氯化物的溶解是开发氯离子电池的重点。采用在很多有机溶剂中能够稳定存在，本身即可稳定存在于离子液体中的金属氯氧化物作为新型正极材料，解决金属氯化物的明显的脱溶问题。但是到目前为止，另一个关键的挑战是克服负极材料在液态电解液里的脱溶问题，这是由于采用有机电解液作为电解质时，采用镁负极时在循环过程中生成氯化镁会产生脱溶问题，影响电池的稳定性。这是由于传统二次电池使用的电解质为有机电解液，采用阻燃性不好的PP/PE微孔膜作为隔膜，电池在耐用或电池内部过热的情况下，极易起火、爆炸引起安全事故，具有安全隐患，这说明大容量、高能量密度的二次电池的安全性有待提髙，除了选择合适的正极材料，聚合物电解质的研究被认为是发展更加可靠高安全的氯离子电池的关键一步。固态聚合物电解质由于其改进的电化学稳定性和热稳定性没有像液态电解液的很多限制，如高挥发性、易燃液体泄漏，具有不存在泄露和易小型化以及成型从而获得更好的传导性能(15-17)。

所以除了选择合适的正极材料，PEO基全固态聚合物电解质的研究可以着手解决这些问题。

通过溶液流延法制备的PEO基聚合物电解质，以FeOCl/C为正极材料，构建氯离子电池金属氯氧化物/Li电极体系。采用XRD测试试样的相结构，SEM测试观察试样的颗粒形貌，同时通过将制得的活性物质制负极片并组装电池，进行电化学性能的测试，如：交流阻抗（EIS），恒流充放电测试，对电池的阻抗性能、可逆性能、循环性能进行测试。

1.2 氯离子电池工作原理

当我们跨入新的时代，除了锂电池等常规电池外，也需要新型的二次电池来扩充我们用电的选择。

氯离子电池，顾名思义，是金属氯化物/金属体系在发生氯离子的电化学转换时可带来大的自由能变化，从而产生较高电动势的一种新型二次电池。该电池的优点之一是理论上可采锂，镁材料作为负极材料。本实验拟采用锂材料为负极，以金属氯氧化物为正极材料，构建新的电极体系。它是一种基于氯离子正负极传导的一种新型电池，理论能量密度(体积能量密度2500 Wh/L)高于目前的锂离子电池，接近Li-S电池(1)。且该电池能在常温下运行，包含金属氯化物/金属电极体系以及能够传导氯离子的离子液体电解质(如图1-1所示)正极为过渡族或部分主族的金属氯化物，负极为碱土金属(如Mg、Ca)、碱金属(如Li、Na)或稀土金属(如La、Ce)。图1-1电池体系为充满态，也可制备金属/金属氯化物电极体系，即放电态的电池体系。电池体系的电化学反应如下(1)：

正极：M_cCl_n #8596; M_c nCl^- (1)

负极：M_a mCl^- #8596; M_aCl_m (2)