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摘 要

随着全球能源需求的不断增长，人们正在寻找物质资源丰富、能量密度高的电极材料和电池系统。氯离子电池(CIB)是一种以氯离子导电为基础的新型二次电池。该电池的负极材料可使用资源丰富的钠，镁等金属，部分电极对的理论能量密度可到达2500 Wh/L。但是如果以金属氯化物为正极的材料的话，在电解液中存在一些电极脱溶问题。所以发展新型高稳定、高性能的正极材料是实现氯离子电池应用的关键之一。而金属氯氧化物成为氯离子电池正极材料的最有力候选者之一，是因为在发生氯离子的电化学反应时，它能带来巨大的自由能变化。在这其中，氯氧化铁（FeOCl）材料有理论容量高，资源丰富和绿色安全等特点，然而在已经报道过的FeOCl电极材料的最大放电容量仅为理论容量的81 %。因此得到高稳定和高活性的FeOCl材料是实现其高性能的重点。

本文中将在使用低温热分解法的基础上，制备出纳米限域FeOCl/多孔碳泡沫复合材料进一步提升氯离子电池的电化学性能。FeOCl/多孔碳泡沫复合材料的纳米限域结构会使得FeOCl/多孔碳泡沫复合材料作为电极材料时，电子和离子的导电性明显提升，拥有高倍率的同时，放电容量和循环稳定性能也会显著提高。

关键词：氯离子电池 氯氧化铁 电化学性能

Study on chlorine storage properties of ferric chloride oxide / porous carbon foam composites

ABSTRACT

With the increasing global energy demand, people are looking for electrode materials and battery systems with abundant material resources and high energy density. Chloride ion battery (CIB) is a new type of secondary battery based on chloride ion conduction. CIB's anode material can be made of rich sodium, magnesium and other metals. The theoretical energy density of some electrode pairs can reach 2500 Wh/L，but if the material with metal chloride as positive electrode, there are some problems in the electrolyte. Therefore, the development of new cathode materials with high stability and high performance is one of the key to realize the application of chloride ion battery，and metal chloride oxides become the most powerful candidate for cathode materials for chloride batteries because it can bring huge free energy changes when electrochemical reactions of chloride ions occur. Among them, FeOCl materials have the characteristics of high theoretical capacity, rich resources and green safety, but the maximum discharge capacity of FeOCl electrode materials has been reported to be only 81% of the theoretical capacity. So，obtaining highly stable and highly active FeOCl materials is the focus to achieve their high performance.

On the basis of the thermal decomposition method with low temperature，the nano-limited FeOCl/ porous carbon foam composites are prepared to improve the electrochemical performance of chloride ion battery. The nano-limited FeOCl/ porous carbon foam composites will make FeOCl/ porous carbon foam composites as electrode materials, the electrical conductivity of electrons and ions will be significantly improved, and the discharge capacity and cycling stability will also be significantly improved.

KEYWORDS：Chloride ion battery; Ferric chloride oxide; Electrochemical property

目 录

摘 要 I

ABSTRACT II

第一章 绪论 1

1.1前言 1

1.2氯离子电池基本原理 2

1.3 氯离子的负极材料 4

1.4氯离子正极材料 5

1.4.1金属氯氧化物 5

1.4.2金属氯化物 7

1.5氯氧化铁正极材料 8

1.6选题意义和研究现状 9

第二章 预测实验部分 10

2.1实验仪器和药品 10

2.1.1实验主要仪器 10

2.1.2实验主要试剂 11

2.2材料制备 11

2.2.1制备MCF（siliceous Mesostructured Cellular Foams） 11

2.2.2 制备Al-MCF（Al-impregnation MCF) 12

2.2.3 制备MCF-C 12

2.2.4 制备FeOCl/MCF-C（初定35％MCF-C） 12

2.3材料结构的表征与电化学特性 12

2.3.1透射电子显微分析（TEM） 12

2.3.2 X射线粉末衍射 13

2.3.3场发射扫描电子显微镜分析 14

2.3.4 傅氏转换红外光谱 14

2.3.5 比表面积 14

2.3.6 元素分析 14

2.4 电化学测试 14

2.4.1 循环伏安法 14

2.5.2 恒电流充放电法 15

2.5.3 电化学交流阻抗 15

第三章 数据预测分析 16

3.1纳米限域FeOCl/多孔碳泡沫材料特性预测 16

3.1.1 TEM分析 16

3.1.2 XRD衍射分析 16

3.1.3 FE-SEM分析 17

3.2纳米限域FeOCl/多孔碳泡沫材料电化学性能预测 17

3.2.1循环伏安曲线分析 17

3.2.2恒流充放电分析 18

3.2.3电化学阻抗分析 18

3.3材料优缺分析 19

3.3.1 FeOCl的缺点 19

3.3.2 CMK-3的缺点 19

3.3.3三维多孔碳泡沫的优点 19

第四章 结论 20

参考文献 22

致谢 24

第一章 绪论

1.1前言

现今，随着世界经济的加速发展，能源的需求量越来越大，近些年以来，传统能源如石油和煤炭等，因为本身的存量和环境污染问题，逐渐被其他能源替代。如今全球的能源正在逐渐转型，可再生能源是快速发展的时代所必须的。可再生的资源包括了水能，风能，太阳能，潮汐能，地热能等。又因为这些能源的使用会受到地理环境等因素的约束，所以需要可以储能的装置把这类资源的使用范围扩大。储能的方法按介质分为：电磁，机械，电化学储能。而电化学储能是可用电池技术所实现的大规模储能技术。

现在二次使用电池被当作电化学储能能源，在多种电源，电动用具，电子用品和新能源机车等一些领域有巨大作用；并且还能帮助我国的风能和太阳能等可再生资源的高能利用提供支持。拥有高倍的电化学性能、高能量密度和环保的Li电池在二次电池领域中发挥着重要作用。近年来，Na和Mg电池也成为研究热点之一。不断增长的新能源需求对于二次电池的性能部分有了更多的要求。有人提出了氯离子电池的概念，这是由阴离子为传输方面为依据所提出的。和以往的以阳离子传输的二次电池不同，这种传输体系的能量密度能到2500 Wh/L，高于阳离子体系。并且氯离子电池的电极材料的来源较为丰富，从理论上说，可以选择很多种的材料。因此，研究氯离子电池具有重要的研究意义 。

1.2氯离子电池基本原理

氯离子电池体系目前可分为金属氯化物/金属体系，金属氯氧化物/金属体系，氯掺杂聚合物/金属体系等。氯离子的金属氯化物/金属体系，如图1，正极材料采用过渡族金属氯化物或者部分主族金属氯化物。另外碱土金属，碱金属 ，

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