高能铁基电池材料（钾盐）改性及电化学性能研究

论文摘要

高铁电池自上世纪九十年代末问世以来,即以诸多诱人的优势成为电池领域研究新热点,被认为是电池技术的革命性成果。本文从材料研究出发,对电池阴极材料高铁酸钾制备及其物理和化学性能、结构特征及电化学性能做了较为系统的研究。通过改进的次氯酸盐氧化法——即整个合成过程均以氢氧化钾代替氢氧化钠来制备高铁酸钾晶体,研究制备过程中各种因素对高铁酸钾产率及纯度的影响,并采用亚铬酸盐氧化滴定法分析其纯度。结果表明:KOH 吸收液的浓度在 10.5mo1·L-1、温度在 05℃可获得有效浓度较高的次氯酸盐氧化剂,有效的提高了后续制备高铁酸钾的产率和纯度;选择硝酸铁作为铁源,并控制其投加量在 85%95%之间可获得较高的产率;该方法合成的高铁酸钾晶体纯度均在 94%以上,收率在 80%以上。本文研究了负载、材料纯度等因素对高铁酸钾电池放电性能的影响,结果表明:不添加任何添加剂的高铁酸钾电池,不适合大功率放电,必须对其进行改性来提高其放电性能。本文首次研究系列氟化石墨对高铁酸钾的改性及对其放电性能的影响,并研究高铁电池的贮存能力。结果表明:氟化石墨能改善高铁酸钾的大电流放电能力,其中添加 15%的氟化率为 55%60%的氟化石墨效果最好,该电池在 71.3? 电阻下放电,放电效率可达到 90%以上,在 10.5? 电阻下放电,放电效率可达 50%;高铁电池在饱和 KOH 体系中不稳定,贮存能力差。本文利用 XRD 和 TG/DTA 研究高铁酸钾晶体结晶不同及材料热稳定性;并利用 XRD和 FTIR 技术手段对电池材料进行分析表征,发现膨胀石墨、氟化石墨和高铁酸钾混合后,并没有产生新的峰。

论文目录

• 前言
• 第一章 文献综述
• 1.1 高铁酸盐的结构化学及其基本性质
• 1.1.1 高铁酸盐的结构化学
• 1.1.2 高铁酸盐的红外光谱和拉曼光谱
• 1.1.3 高铁酸盐的热力学性质
• 1.1.4 高铁酸盐的稳定性
• 1.1.5 高铁酸盐的溶解性
• 1.1.6 高铁酸盐的放电特性
• 1.2 高铁酸钾的制备及分析方法
• 1.2.1 高铁酸钾的制备方法
• 1.2.2 高铁酸钾的分析方法
• 1.3 高铁酸钾的应用
• 1.3.1 在水处理方面的应用
• 1.3.2 在有机合成方面的应用
• 1.3.3 在化学电源方面的应用
• 1.3.4 在其他方面的应用
• 1.4 超铁电池研究进展
• 1.5 本论文的研究内容及创新点
• 1.5.1 本论文的研究内容
• 1.5.2 本论文的创新点
• 第二章 高铁酸钾的制备及分析
• 2.1 引言
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 高铁酸钾的制备
• 2.2.2 高铁酸钾的纯度分析
• 2.2.3 材料表征
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 饱和次氯酸钾溶液制备工艺条件的选定
• 2.3.2 高铁酸钾合成工艺条件的选定
• 2.3.3 高铁酸钾纯化工艺条件的选定
• 2.4 本章小结
• 第三章 高铁酸钾电池的电化学性能影响因素研究
• 3.1 引言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 电池材料
• 3.2.2 电解液配制
• 3.2.3 液相掺杂添加剂
• 3.2.4 电池组装
• 3.2.5 电池的放电及数据处理
• 3.2.6 材料表征
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 负载对高铁酸钾电池放电性能的影响
• 3.3.2 电解液对高铁酸钾电池放电性能的影响
• 3.3.3 高铁酸钾纯度对电池放电性能的影响
• 3.3.4 添加氧氯化锆对高铁酸钾电池放电性能的影响
• 3.3.5 FTIR 分析结果
• 3.3.6 TG/DTA 分析结果
• 3.3.7 XRD 分析结果
• 3.4 本章小结
• 第四章 氟化石墨对高铁酸钾电池放电性能的影响
• 4.1 引言
• 4.2 实验部分
• 4.2.1 电池材料
• 4.2.2 电池组装
• 4.2.3 电池的恒阻放电
• 4.2.4 材料表征
• 4.3 结果与讨论
• 2FeO₄ 电池放电性能的影响'>4.3.1 添加不同氟化率的氟化石墨对K₂FeO₄电池放电性能的影响
• 2FeO₄ 电池放电性能的影响'>4.3.2 氟化石墨的掺杂量对K₂FeO₄电池放电性能的影响
• 2FeO₄ 电池放电性能的影响'>4.3.3 添加氟化石墨后不同放电电阻对K₂FeO₄电池放电性能的影响
• 2FeO₄ 电池放电性能的影响'>4.3.4 电池贮存时间对K₂FeO₄电池放电性能的影响
• 4.3.5 XRD 分析结果
• 4.3.6 FTIR 分析结果
• 4.4 本章小结
• 结论
• 致谢
• 参考文献
• 中文详细摘要