摘要
铁基氟化物在锂电池中的应用前景十分广阔，其独特的能量密度、低成本以及比传统插层型正极材料更加可靠的性质，使其成为一种理想的替代选择。然而，铁基氟化物正极材料的性能存在一些挑战，比如低导电率、低温电化学稳定性，以及与电解液的反应更加剧烈，这些都限制了它在实际应用中的发挥。因此，针对以上三个问题，本文将采用静电纺丝技术，制备一体化铁基氟化物-碳复合材料，同时成功构筑了三维网络复合固态电解质。结合低温氟化工艺系统地研究了不同的氟化参数对于FeF3-CNFs正极材料形貌的影响，然后探究了在低浓度电解液下FeF3-CNFs正极材料的电化学性能。通过采用三维网络结构的固态电解质，可以有效地防止活性物质的挥发，大大增强了材料的耐久性，并在高温条件(60℃)下表现出卓越的电化学特性。主要研究内容如下: (1)结合静电纺丝和低温氟化工艺制备了一体化FeF3-CNFs正极材料，前期通过探索纺丝工艺和氟化参数，对其进行XRD和SEM分析从而确定最佳工艺参数。该结构设计克服了FeF3正极材料在循环过程由于电接触失效导致的容量损失问题。经过深入的研究，我们发现FeF3-CNFs正极材料能够在3MLiFSI/DME电解液中进行1800次的稳定循环，而放电比容量还能够维持300mAhg-1,另外，它还拥有卓越的倍率性能，即使是在1Ag-1的较低电流密度条件下，其电容的维护率依然能够做到52％(≈380mAhg-1)。FeF3-CNFs成为一个高效的电解质材料，其拥有优良的电化学特性，即使是150mAg-1的电流密度，它依然能够实现100次的恶性循环，而且释放比容量依然维持在400mAhg-1,这是因为它拥有三维的导电碳纤维结构，不仅有助于提高电子的传输效率，而且还产生了一个稳定的CEI(正极-电解质界面相)。这是首次实现了铁基氟化物在低浓度电解液中的应用，具有一定研究价值。 (2)设计了一种三维网络复合固态电解质膜，有利于提高聚合物电解质膜的机械强度和离子电导率。将上述FeF3-CNFs正极材料，应用于该复合聚合物固态电解质中。由于具有三维结构，可以使得复合固态电解质能最大程度渗入到正极材料中，从而形成良好的离子通道;聚合物电解质还能够有效防止FeF3纳米颗粒在体积变化过程中被破坏，有效阻止活性材料溶解;复合固态电解质电池在60℃下获得了优异的电化学性能，稳定循环次数大于500次;放电比容量约为300mAhg-1。这一设计解决了铁基氟化物在高温环境下容量衰减快的问题。
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