Ba-Fe（Ⅵ）基阴极材料合成与电池性能研究

论文摘要

本文综述了高铁酸盐的研究现状和电池的发展历史,表明了绿色高能超铁电池具有诱人的发展潜力。目前,提高高铁酸钡稳定性、改善以高铁酸钡为阴极材料的超铁电池放电性能为主要研究热点问题。 本文采用改进的次氯酸盐氧化法合成高纯度的 Fe（Ⅵ）化合物起始物——高铁酸钾,再以高铁酸钾为原料合成各种 Ba-Fe（Ⅵ）基阴极材料,并确定了溶剂、温度、时间等工艺参数。在高铁酸钡的合成过程中液相掺杂各种添加剂能够提高 Ba-Fe（Ⅵ）基阴极材料的稳定性和改善它的放电性能;用亚铬酸盐氧化滴定法分析 Fe（Ⅵ）化合物的纯度;借助X-射线衍射仪（XRD）、傅立叶变换红外光谱仪（FTIR）对 Fe（Ⅵ）化合物的结构特性进行表征;借助原子吸收分光光度仪（AAS）分析 Ba-Fe（Ⅵ）基阴极材料中添加剂的含量。实验结果表明: 1.在高铁酸钡的合成过程中经硅化物调制后能够明显地提高高铁酸钡的稳定性,高铁酸钡产品中硅化物的含量为 0.48%时,将样品在室温下密闭保存,其纯度在 60 天后降低了 12.9%; 2.分别采用经过锰化物、硅化物、氯化物调制后的 Ba-Fe（Ⅵ）基阴极材料作为超铁电池阴极的活性物质,明显地改善了电池的放电性能,它们的放电容量与无添加剂的高铁酸钡电池相比,分别提高了4.80%、3.57%和 6.15%,其中锰化物和硅化物混掺具有良好的协同作用; 3.Ba-Fe（VI）基复合材料具有较高的比容量和放电效率,经过氯化物调制后的 Ba-Fe（VI）基复合材料的比容量为 286mAh/g,放电效率为 90.5%;　4.采用膨胀石墨作为超铁电池的导电剂与普通微粉石墨作为导电剂相比,电池的恒阻放电时间和放电性能有较大的改善,放电时间延长了 8.3%,放电容量和放电能量分别提高了 14.5%和 15.5%。 本文研究表明以高铁酸钡为阴极活性物质的碱性超铁电池具有高电压、大容量、廉价、无污染等诸多优势。通过本研究可以大大推进高铁酸盐材料的制备技术和超铁电池工业化生产的步伐。

论文目录

• 前言
• 第一章 文献综述
• 1.1 电池的发展历史及应用现状
• 1.1.1 碱性锌锰电池
• 1.1.2 镍-氢电池
• 1.1.3 锂离子电池
• 1.1.4 锌-空气电池
• 1.2 高铁酸盐的研究现状
• 1.2.1 高铁酸盐的研究历史
• 1.2.2 高铁酸盐的结构及性质
• 1.2.3 高铁酸盐的合成方法
• 1.2.4 Fe（Ⅵ）化合物的分析方法
• 1.2.5 高铁酸盐作为电池阴极材料的研究进展
• 1.3 超铁电池与传统电池的比较
• 1.4 本论文的研究内容
• 第二章 Fe（Ⅵ）材料的合成、表征及稳定性研究
• 2.1 Fe（Ⅵ）材料的合成
• 2.1.1 高铁酸钾的合成
• 2.1.2 高铁酸钡的合成
• 2.2 Fe（Ⅵ）材料的纯度分析及表征
• 2.2.1 Fe（Ⅵ）材料的纯度分析
• 2.2.2 Fe（Ⅵ）材料的结构表征
• 2.3 添加剂对提高高铁酸钡稳定性的研究
• 2.3.1 实验方法
• 2.3.2 实验结果与讨论
• 第三章 Ba-Fe（VI）基复合材料作为超铁电池阴极材料的研究
• 3.1 超铁电池组装及性能测试方法
• 3.1.1 超铁电池材料与主要实验设备、仪器
• 3.1.2 超铁电池组装、性能测试与原理
• 3.2 Ba-Fe（VI）基复合材料作为超铁电池阴极活性物质的放电性能研究
• 3.2.1 纯高铁酸钡作为阴极活性物质的超铁电池与碱性锌锰电池的放电性能比较
• 3.2.2 掺杂硅化物的Ba-Fe（VI）基复合材料的放电性能研究
• 3.2.3 掺杂氯化物的Ba-Fe（VI）基复合材料的放电性能研究
• 3.2.4 掺杂锰化物的Ba-Fe（VI）基复合材料的放电性能研究
• 3.2.5 锰化物与其它添加剂对Ba-Fe（VI）基复合材料作为电池阴极材料的协同作用
• 2和Ba-Fe（VI）基复合材料比容量和放电效率分析'>3.2.6 MnO₂和Ba-Fe（VI）基复合材料比容量和放电效率分析
• 3.2.7 膨胀石墨与普通微粉石墨作为超铁电池导电剂的比较
• 3.3 本章小结
• 结论
• 致谢
• 参考文献
• 大庆石油学院 硕士研究生学位论文摘要