《高性能鋰氟電池電極材料的新型合成方法與性能研究》是依託北京航空航天大學，由張巍擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：高性能鋰氟電池電極材料的新型合成方法與性能研究
- 依託單位：北京航空航天大學
- 項目負責人：張巍
- 項目類別：青年科學基金項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
鋰氟電池作為鋰電池的一種，以穩定的放電性能、寬泛的工作溫度和輕便的體積等優點被廣泛運用在普通鋰電池不能使用的極端工作條件下。作為鋰氟電池核心的電極材料，氟化納米碳材料以其良好的機械、光電、熱穩定及生物兼容性能成為近年來國內外研究的重心所在。為了實現納米氟化碳材料合成過程可控性的新需求，本課題提出將兩種已經相對成熟的氟化合成法進行全新組合的概念。項目擬以新型合成方法為基礎，對影響氟化過程的因素進行系統研究，如不同氟源、反應溫度、升溫速率及原材料的結構和性質等，從而達到對氟化機理的研究。本項目預期在氟化機理的研究方面取得突破，並在納米碳材料C-F鍵與電化學性能之間的關係研究上取得進展，從而提高鋰氟電池的電化學性能。上述理論的建立，也將對未來此類材料在多次充電電池電極（超級電容電池）方面的套用提供相關理論依據，推動我國在電池儲能方面的基礎理論研究。
結題摘要
本課題採用了全新實驗思路，將現有兩項相對成熟的氟化技術整合，從而實現高溫等離子氟化的可能性，進而對氟化機理等目前仍未解決的理論性問題進行了研究。由於氟化碳材料的研究在國內剛剛起步，氟氣與物質（尤其是碳材料）的反應機理尚未清晰。課題組所提出的等離子高溫氟化方法及理論在國內尚屬首次，目前該部分理論及實驗數據基礎受到國外封鎖，在國內仍是空白。因此課題組首先完成了不同電漿的發生原理，設備構造等基本問題，並結合項目實際情況進行了論證。在此理論基礎上，初步完成設備搭建工作：課題完成了直流輝光條件下產生等離子並進行高溫氟化的設備前期論證與設計，並進行了實驗裝置的搭建工作，但由於出現密閉性等現實問題，同時設備需求的電壓也較高，並較容易出現電弧，整個實驗中存在較大的安全隱患。因此，此方案在滿足實驗需求的同時難以兼顧安全因素，故而課題組決定在此研究基礎上探索一套更加安全的實驗設計方案。完成磁導管傳輸電漿的研究：課題組在進行直流輝光條件下實現電漿氟化的基礎上，也依然積極探索利用磁導管傳輸電漿的實現方案。微波電漿氟化設備的設計：課題組在原有設備的基礎上結合微波電漿產生原理設計了一套微波電漿氟化裝置。設備由氟源氣體貯存裝置、微波電漿發生裝置、氟化反應裝置、尾氣處理裝置四部分構成。其中微波電漿發生裝置包括微波源的輸出波導、諧振腔和短路活塞等部分，配件尺寸等等按照國家標準進行設計。課題組還利用ANSYS等軟體對微波電漿發生裝置的設計進行了模擬仿真最佳化，確定正傾斜角的矩形波導為設計方案。 直接法氟化碳的製備與特性分析：課題組與企業合作，設計了一套利用氟氣直接氟化碳材料的工業化裝置。裝置已搭建完成，並進行石墨材料的氟化實驗。現已製備了不同條件下（溫度、反應時間、不同碳材料）的氟化碳樣品，並進行了SEM、XRD等表征。結果表明樣品均得到不同程度的氟化，而對樣品的電化學性能實驗表明由該氟化石墨製成的原電池放電電壓穩定在2.5V，比容量達900mAh/g，且穩定放電時間可達30h。
