热电池用多元共熔卤化物电解质的优化研究
发布时间：2021-10-26 16:37
多元共熔卤化物（熔盐）在常温下为不导电的固态,当温度升高至熔点以上,转变为离子导体。该特性使其成为了最常用的一类热电池电解质。自二战末期以来,相关科技工作者针对多元共熔卤化物开展了大量的研发工作以及性能探究,不断追求更低的熔点以及更高的电导率。然而,新型多元共熔卤化物电解质研发过程中涉及的机理探究鲜有报道。本课题采用固相法,在氩气环境（手套箱）中制备了LiCl-LiBr-KBr-CsBr体系以及LiCl-LiBr-KBr-RbCl体系多元共熔卤化物,测试各样品的热物性,电导率,形貌以及物相,并选取部分样品进行Li-Si/FeS2单体电池放电性能测试。分析了低共熔现象产生的机理,初步探究了原料配比对晶体结构和材料热物性,电性能的影响。结果表明,向传统三元低熔点电解质LiCl-LiBr-KBr中添加CsBr或RbCl,可增大晶格畸变,降低体系的熔点;此外,随着添加剂的含量增多,晶粒分布趋于杂乱,这有利于降低熔盐体系的稳定性;熔盐的电导率则与原料中的锂离子含量呈正相关;Li Cl、LiBr、KBr以及RbCl的晶体结构类型同属于B1型且离子半径接近,而CsBr晶胞为B2...
【文章来源】：西南科技大学四川省
【文章页数】：57 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
技术路线图
样品制备与表征15随炉冷却，在玛瑙研钵内均匀的将原料研磨成粉末，并过60目筛。其中，实验操作在德力斯UN-1000D型手套箱内进行，箱体内水含量远低于0.1ppm，氧含量低于1.0ppm。图2-3装有原料的氧化铝坩埚（2）称量、混合：在德力斯UN-1000D型手套箱内进行称量操作，箱体内水含量低于0.1ppm，氧含量低于1.0ppm。采用溪市天东衡器厂HX302T型电子天平进行原料的称量，以制备100g熔盐样品为例，按照所需原料质量比LiCl:LiBr:KBr:RbCl=18.7:36.3:32.2:13.5，分别称取LiCl、LiBr、KBr、RbCl的质量为18.57g、36.05g、31.98g、13.41g（精确到小数点后2位），在油性称量纸上称量原料后，倒入500mL氧化锆内衬304不锈钢密封球磨罐，再倒入已经通过厂家合理级配的氧化锆球，之后盖上密封圈和盖子，按照对角原则均匀地旋紧螺钉，保证罐体的密封性。将罐体密封之后，从手套箱中取出，水平放置到辊式球磨机中央进行充分混合，以辊式球磨机电机转速500r/min（折合罐体转速约370r/min）球磨混合6h。（3）熔融：将球磨完毕后的密封球磨罐放入手套箱工具仓，操作手套箱控制界面，抽取空气再平衡气体，如此循环三次后，将球磨罐转移进手套箱箱体。这样操作是为了保证熔盐在制备阶段完全不与空气接触。之后，取出球磨罐中已经级配的氧化锆球与熔盐物料并过60目筛以去除氧化锆锆球，将过筛后的熔盐粉末置于Al2O3坩埚内，放入箱式电阻炉，设置升温程序：初始温度为30C，采取5C/min的速率将温度提升94min，至500C，保温5h，之后缓慢地随炉冷却。（4）粉碎、过筛：取出冷却后的样品，在玛瑙研钵中将其捣碎，再与氧化锆球共同放入球磨罐，以辊式球磨机电机转速500r/min（折合罐体转速约370r/min）球磨破碎8小时。（5）封装：将球磨后的样品过60目筛，将过筛后的样?
样品制备与表征17制备阳极材料：在玛瑙研钵中将锂硅合金（Li-Si）与银粉（Ag）按照质量比为Li-Si:Ag=9:1混合均匀，即可获得负极材料。单体电池成型：在=32mm的“光盘”状单体电池成型模具中放置一层石墨片；倒入1.2g正极材料，利用特制的刮板铺平；倒入0.7gEB粉末，同样利用刮板铺平；倒入0.6g负极材料，铺平；再次放置一层石墨片；以180kg压力保压5秒钟进行成型，缓慢脱模后即可获得单体电池Li-Si/35.49LiCl-33.67LiBr-21.84KBr-9.00RbCl/FeS2。2.3样品表征2.3.1热分析测试原理：本课题采用如图2-5所示的功率补偿式STA449F5型同步热分析仪对熔盐粉末样品进行差示扫描量热法（即DSC）热分析。图2-5功率补偿式STA449F5型同步热分析仪仪器的加热炉内安装有一个样品支架，以放置可传递加热功率的样品台，样品台分为两个凹槽，分别用于放置耐腐蚀的空铂铑坩埚和盛装样品的铂铑坩埚。当炉内温度上升时，两个坩埚由于吸热，也同步升温。样品台下方的热电偶能够测得样品坩埚和对照坩埚（空坩埚）的实时温度。当熔盐粉末样品开始熔融吸热时，样品坩埚的瞬时温度会降低，为保持两个坩埚的温度始终相等，仪器系统会做出反应，提高样品坩埚下方加热电阻丝的补偿功率。而系统向对照坩埚施加的功率减去向样品坩埚施加的功率，所得到的差值即DSC曲线的纵坐标（mW/mg）。因此，当样品吸热时，DSC曲线的趋势向下；当样品放热时，DSC曲线的趋势向上。由此可判断熔盐样品的熔点以及相变焓（熔融焓）。
【参考文献】：
期刊论文
[1]NaCl-KCl-NaF-WO3熔盐体系W6+的电化学行为[J]. 叶昌美,陈功,韦茗仁,田亚斌,黄晶晶,王昭文,杨少华. 有色金属科学与工程. 2019(01)
[2]热电池用电解质流动抑制剂的控制[J]. 宋学兵,刘效疆,刘联. 电池工业. 2012(02)
[3]两种常用电解质体系的LiB/FeS2热电池性能的差异及其影响机理的研究[J]. 种晋,董静,张霣霞,朱金城,汪继强. 中国电子科学研究院学报. 2007(04)
本文编号：3459840
【文章来源】：西南科技大学四川省
【文章页数】：57 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
技术路线图
样品制备与表征15随炉冷却，在玛瑙研钵内均匀的将原料研磨成粉末，并过60目筛。其中，实验操作在德力斯UN-1000D型手套箱内进行，箱体内水含量远低于0.1ppm，氧含量低于1.0ppm。图2-3装有原料的氧化铝坩埚（2）称量、混合：在德力斯UN-1000D型手套箱内进行称量操作，箱体内水含量低于0.1ppm，氧含量低于1.0ppm。采用溪市天东衡器厂HX302T型电子天平进行原料的称量，以制备100g熔盐样品为例，按照所需原料质量比LiCl:LiBr:KBr:RbCl=18.7:36.3:32.2:13.5，分别称取LiCl、LiBr、KBr、RbCl的质量为18.57g、36.05g、31.98g、13.41g（精确到小数点后2位），在油性称量纸上称量原料后，倒入500mL氧化锆内衬304不锈钢密封球磨罐，再倒入已经通过厂家合理级配的氧化锆球，之后盖上密封圈和盖子，按照对角原则均匀地旋紧螺钉，保证罐体的密封性。将罐体密封之后，从手套箱中取出，水平放置到辊式球磨机中央进行充分混合，以辊式球磨机电机转速500r/min（折合罐体转速约370r/min）球磨混合6h。（3）熔融：将球磨完毕后的密封球磨罐放入手套箱工具仓，操作手套箱控制界面，抽取空气再平衡气体，如此循环三次后，将球磨罐转移进手套箱箱体。这样操作是为了保证熔盐在制备阶段完全不与空气接触。之后，取出球磨罐中已经级配的氧化锆球与熔盐物料并过60目筛以去除氧化锆锆球，将过筛后的熔盐粉末置于Al2O3坩埚内，放入箱式电阻炉，设置升温程序：初始温度为30C，采取5C/min的速率将温度提升94min，至500C，保温5h，之后缓慢地随炉冷却。（4）粉碎、过筛：取出冷却后的样品，在玛瑙研钵中将其捣碎，再与氧化锆球共同放入球磨罐，以辊式球磨机电机转速500r/min（折合罐体转速约370r/min）球磨破碎8小时。（5）封装：将球磨后的样品过60目筛，将过筛后的样?
样品制备与表征17制备阳极材料：在玛瑙研钵中将锂硅合金（Li-Si）与银粉（Ag）按照质量比为Li-Si:Ag=9:1混合均匀，即可获得负极材料。单体电池成型：在=32mm的“光盘”状单体电池成型模具中放置一层石墨片；倒入1.2g正极材料，利用特制的刮板铺平；倒入0.7gEB粉末，同样利用刮板铺平；倒入0.6g负极材料，铺平；再次放置一层石墨片；以180kg压力保压5秒钟进行成型，缓慢脱模后即可获得单体电池Li-Si/35.49LiCl-33.67LiBr-21.84KBr-9.00RbCl/FeS2。2.3样品表征2.3.1热分析测试原理：本课题采用如图2-5所示的功率补偿式STA449F5型同步热分析仪对熔盐粉末样品进行差示扫描量热法（即DSC）热分析。图2-5功率补偿式STA449F5型同步热分析仪仪器的加热炉内安装有一个样品支架，以放置可传递加热功率的样品台，样品台分为两个凹槽，分别用于放置耐腐蚀的空铂铑坩埚和盛装样品的铂铑坩埚。当炉内温度上升时，两个坩埚由于吸热，也同步升温。样品台下方的热电偶能够测得样品坩埚和对照坩埚（空坩埚）的实时温度。当熔盐粉末样品开始熔融吸热时，样品坩埚的瞬时温度会降低，为保持两个坩埚的温度始终相等，仪器系统会做出反应，提高样品坩埚下方加热电阻丝的补偿功率。而系统向对照坩埚施加的功率减去向样品坩埚施加的功率，所得到的差值即DSC曲线的纵坐标（mW/mg）。因此，当样品吸热时，DSC曲线的趋势向下；当样品放热时，DSC曲线的趋势向上。由此可判断熔盐样品的熔点以及相变焓（熔融焓）。
【参考文献】：
期刊论文
[1]NaCl-KCl-NaF-WO3熔盐体系W6+的电化学行为[J]. 叶昌美,陈功,韦茗仁,田亚斌,黄晶晶,王昭文,杨少华. 有色金属科学与工程. 2019(01)
[2]热电池用电解质流动抑制剂的控制[J]. 宋学兵,刘效疆,刘联. 电池工业. 2012(02)
[3]两种常用电解质体系的LiB/FeS2热电池性能的差异及其影响机理的研究[J]. 种晋,董静,张霣霞,朱金城,汪继强. 中国电子科学研究院学报. 2007(04)
本文编号：3459840
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