1.1 锂离子电池（LIB）的概述

锂电池已经广泛应用于军事以及小型的民用电器中，如手机，电脑，摄像机，照相机等，并且具有很大的发展潜力。它具有比能量高,电池电压高，工作温度范围宽，储存寿命长等优点，相对于其他电池具有较大优势[1]。目前关于其能量和功率密度，成本，以及循环寿命的研究较多。热点的研究领域之一是找到更高的存储容量的阳极（负极）材料的储能元件，以取代石墨。由于硅元素拥有同类元素中的最高理论能量密度[2]，便宜，且易于处理的，因而它是一个有吸引力的备选材料和调查的重点。本课题的所研究的就是将FeF3材料应用于锂电池中。

锂离子电池的电池性能一般通过以下几个方面来评价：（1）容量 （2）放电特性和内阻 （3）贮存性能 （4）循环寿命 （5）内压和耐过充电性能。为了提高电池的性能，对电池的各部分也提出了相应的要求。其中，对负极而言，应符合：（1）：锂贮存量高，（2）：锂在碳中的嵌入脱嵌反应快，即锂离子在固相的扩散系数大，在电极－电解液界面的移动阻抗小。（3）：锂离子在电极材料中的存在状态稳定。（4）：在电池的充放电循环中，碳负极材料体积变化小。（5）电子导电性高。（6）碳材料在电解液中不溶解。

而对于正极来说，应符合[1]：(1) 相对锂的电极电位高，材料组成不随电位变化，粒子导电率和电子导电率高，有利于降低电池内阻（2）锂离子嵌入脱嵌可逆性好，伴随反应的体积变化小，锂离子扩散速度快，以便获得良好的循环特性和大电流特性。（3）与有机电解质和粘结剂接触性能好，热稳性好，有利于延长电池寿命和提高安全性能。

1.2 锂离子电池正极材料概述

正极材料是锂离子电池的一个重要组成部分，在锂离子电池充放电过程中，不仅要提供在正负极嵌锂化合物间往复嵌脱所需要的锂，而且还要承担负极材料表面形成 SEI 膜所需要的锂。此外，正极材料在锂离子电池中占有较大比例(正、负极材料的质量比为 3:1-4:1)，故正极材料的性能在很大程度上影响着电池的性能，并直接决定着电池成本的高低[3]，因此研究和开发高性能的正极材料已成为锂离子电池发展的关键所在。

1）金属氟化物作为转换反应正极材料

目前，锂二次电池的正极材料主要为过渡金属嵌入化合物。为了保证可逆的储锂容量，一般要求电极主体晶格的结构保持稳定。对于绝大多数过渡金属氧化物而言，金属离子发生两个单位怡尚的电荷变化而晶格结构保持不变几乎是不可能的。因此，大多数常见的金属氧化物嵌入正极每摩尔式量只允许小玉或等于一个摩尔的锂离子嵌入，即每个金属离子只可能发生小于等于1个电子的电化学反应。这一限制条件在很大程度上制约了嵌入正极材料的电化学储能密度。

电化学转换反应则不限材料的结构保持不变，只要求反应过程中活性材料体系的各种物象能够可逆地转化。如此一来，可利用转换反应实现多电子转移，大幅度提高电极材料的可逆储锂容量。作为可能的正极材料，金属氟化物是具有较正电极电势的一大家族，其中的一些高价氟化物更是可以发生从最高氧化价态到零价的多电子可逆转化，为发展高容量正极材料提供了合适的选择。

2）LiF一Fe复合物作为富锉态转换正极

原则上，将金属氟化物的转化反应产物（LiF与金属单质M）形成高度分散，相互接触的复合材料，通过充电反应可以逆向转化为金属氟化物。这样，采用LiF/M的复合材料构建富锂的转换正极，就可以直接与常规嵌入负极匹配，组成具有正常充放电功能的锂离子电池。然而，能否将LiF与金属单质M复合成所需要的转换正极材料，在实验技术上存在许多不确定性。

3）金属氯化物作为转换反应正极材料