【摘 要】
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锂/氟化碳电池（Li/CFx）凭借着理论比能量高、工作温区最广、安全性好等优势,在高端民用、航天、医疗等领域应用广泛。然而,由于氟化碳材料（CFx）导电性差、表面能低、与电解液渗透性差等弱点,导致Li/CFx电池在大倍率放电时容易发生极化现象,不能满足大倍率放电要求。对CFx材料进行适当的改性处理,能够改善极化现象。因此,本文采用等离子技术对CFx材料进行改性研究,并且进一步联合球磨、氧化银修饰的
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锂/氟化碳电池（Li/CFx）凭借着理论比能量高、工作温区最广、安全性好等优势,在高端民用、航天、医疗等领域应用广泛。然而,由于氟化碳材料（CFx）导电性差、表面能低、与电解液渗透性差等弱点,导致Li/CFx电池在大倍率放电时容易发生极化现象,不能满足大倍率放电要求。对CFx材料进行适当的改性处理,能够改善极化现象。因此,本文采用等离子技术对CFx材料进行改性研究,并且进一步联合球磨、氧化银修饰的改性手段对CFx材料进行改性研究。首先,探究了空气等离子体诱导时间对CFx材料改性的影响。实验结果表明,空气等离子体诱导改性60 min的CFx-60min样品C/F值最低（1.31）、半离子C-F键占比最高（27.70%）。将其应用于Li/CFx电池也展现了较好的性能,在8 C的放电倍率下,截止电压1.5 V,样品的比容量为676.76 m Ah·g-1,能量密度达到1184.31Wh·kg-1。此外,其还具有最低的电荷转移电阻(Rct)（40.08Ω）,并且其锂离子扩散系数(D+Li)相较于未改性的CFx材料也有所提升。较好的性能归功于空气等离子体诱导改性使CFx-60min样品平衡了F/C值与电导率之间的关系,并且使CFx-60min样品具有高浓度的半离子C-F键。其次,结合球磨、氧化银修饰和空气等离子体技术进一步对CFx材料进行改性研究。该研究中:球磨产生了大量细小的氟化碳片,增大了Li/CFx电池放电的活性位点;氧化银的修饰提高了CFx材料的导电率;氧化银还原及空气等离子体中的含氧基团使CFx材料表面被轻微氧化;空气等离子体诱导进一步调控了CFx材料的F/C值和C-F键型。实验研究表明,结合球磨、氧化银修饰和空气等离子体技术改性的CFx-3样品展现了超强的电化学性能,在8 C的放电倍率下,截止电压1.5 V,其电压平台达到2.27 V,能量密度达到1295.28 Wh·kg-1,功率密度达到15139.64 W·kg-1。综上所述,本文探究出了空气等离子体诱导改性CFx材料的最佳改性时间,进一步设计出了球磨、氧化银修饰与空气等离子体诱导联合改性技术,实现了Li/CFx电池能量密度与功率密度的再次提升,为CFx正极材料的改性研究提供了新的方向。
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