四川大学文晓刚课题组–氟化辅助脱合金合成的多孔还原氧化石墨烯-FeF2@碳用于高性能锂离子电池及其电化学机理探索

FeF₂理论容量高、成本低，在下一代锂离子电池中具有巨大的应用潜力。然而，其导电性差，充放电过程中体积变化剧烈，限制了其实际应用。为了最大限度地提高可用的电化学性能，一种新型多孔还原氧化石墨烯-FeF₂@碳 (rGO-FeF₂@C) 复合材料通过脱合金方法成功合成，具有 430 mAh g^-1 的高可逆容量，即使在0.08 A g^-1下，循环 50 次后仍保持 400 mAh g^-1，在 0.08 A g^-1至 1.00 A g^-1范围内也表现出优异的倍率性能。结果表明，这种结构和方法是实现 FeF₂ 阴极良好性能的有效策略。观察到一种新现象，即较低的充电电压会引起较高的放电平台，并提出了可能的假设。

Figure 1. Fe-Si合金粉末的SEM图像：(a)球磨前和(b)球磨后，(c) P-FeF₂在500°C下获得，(d) Fe-Si、PVDF和GO的混合聚集体，(e和f) 在500 °C下获得的rGO-FeF₂@C。(g) 碳包覆的多孔FeF₂的SEM图像和相应的EDS元素映射：(h) Fe、(i) F、( j) C 和 (k) N。(l和m) rGO-FeF₂@C的TEM图像。(n) rGO-FeF₂@C的HRTEM图像和相应的 (o) SEAD图案。

Figure 2. (a) rGO-FeF₂@C在0.08 A g^-1电流密度下的循环性能。(b) rGO-FeF₂@C在 0.08 A g^-1 的电流密度和 4.0-1.0 V 电压范围下的 GCD 曲线。(c) rGO-FeF₂@C在不同电流下的放电容量和库仑效率。在不同 (d) 温度和 (e) 碳源条件下，合成的阴极的放电容量和循环性能比较。(f) rGO-FeF₂@C和rGO-FeF₂@gluC的奈奎斯特图。(g) FeF₂ 与 PVDF-C 或 Glu-C 之间的键合示意图。(h) rGO-FeF₂@C和rGO-FeF₂@gluC 的 F 1s 的高分辨率 XPS 光谱。

Figure 3. (a) rGO-FeF₂@C在不同扫描速率下的 CV 曲线。(b) 氧化还原峰值电流与扫描速率平方根之间的拟合线性。(c) rGO-FeF₂@C总电流（橙色实线）和电容电流（阴影部分）的CV 曲线。(d) 不同扫描速率下电容和扩散控制的电容贡献百分比。(e) 在第一条放电曲线上标出了不同的状态点。（f）来自放电曲线的各种放电状态的奈奎斯特图。(g) 低频部分 Z’ 与 ω^−1/2 的线性关系。(h) 第一次放电/充电过程中的 Warburg 系数（插图：铁插入 LiF 的脱锂过程示意图。）

Figure 4. (a) rGO-FeF₂@C在不同扫描速率下 20 次循环后的 CV 曲线。(b) 不同扫描速率下，电容和扩散控制的电容贡献百分比。

Figure 5. (a) rGO-FeF₂@C在3.5-1.0 V和3.0-1.0 V范围内，在15个循环中的恒电流放电-充电曲线。(b) rGO-FeF₂@C在初始15个循环中，在3.5-1.0 V和3.0-1.0 V范围内的循环性能。(c) 在0.08 A g^-1 下，从第2次到第20次循环的放电曲线。(d) 来自不同循环的4.0 V 处，电极的XPS光谱。(e) 第1次和第10次（放电至1.0 V），电极的XRD图案。(f) rGO-FeF₂@C在第一次循环中具有不同充电截止电压的恒电流充放电曲线。(g) 第一次充电不同电压下，电极的非原位 XRD 谱。图 7(f) 的放大区域，电压窗口为 (h) 4.3–1.0 V，(i) 4.0–1.0 V，( j) 3.5–1.0 V 和 (k) 3.0–1.0 V。

相关研究成果于2021年由四川大学文晓刚课题组，发表在Inorg. Chem. Front.（DOI: 10.1039/d1qi00273b）上。原文：The fluorination-assisted dealloying synthesis of porous reduced graphene oxide-FeF₂@carbon for high-performance lithium-ion battery and the exploration of its electrochemical mechanism。