氯化镍基锂热电池正极材料的改性研究

发布时间：2017-09-12 08:15

  本文关键词：氯化镍基锂热电池正极材料的改性研究

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【摘要】：氯化镍作为锂热电池正极材料具有理论容量高、放电电流密度大、电极电位正等优点,但使用中还存在很多问题,如升华温度较高,需要设计专用设备;材料导电性较差,放电初期存在电压滞后;电池高温放电时易发生溢流等,制约了其在热电池中的应用。本文研究了液相法制备无水氯化镍材料的工艺。采用SEM及XRD对材料的形貌和晶体结构进行了表征,综合不同放电温度以及不同电流密度条件下电池的放电结果,对相关工艺参数进行了优化。研究结果表明:当溶剂A与脱水剂B的体积比为1:0.5-1:1,Ni Cl2质量与脱水溶液的体积比为1:2.4,高温处理时间为30 min时,单体电池的放电性能较好。本文还研究了正极粉中电解质的含量对电池性能的影响,结果表明,当三元全锂电解质与Ni Cl2的质量比为1:5-1:4时,电池具有相对较好的放电性能。液相-高温法有效克服了氯化镍升华法效率低、可控性差的问题,使得氯化镍材料的规模化生产成为可能。本文研究了复合正极材料Ni Cl2-Co S2对氯化镍热电池电压滞后的影响。研究结果表明,Co S2的加入能够明显提高氯化镍材料的导电性,降低电池内阻。本文对Co S2的加入量以及Ni Cl2-Co S2与电解质的质量比进行了优化,结果表明当Co S2与Ni Cl2的质量比为2:100,复合正极材料Ni Cl2-Co S2与电解质的质量比为4:1-5:1时,能有效降低氯化镍热电池的电压滞后。本文研究了氯化镍热电池溢流产生的原因及改善方法。在正极粉中添加碳材料和Mg O可以改善氯化镍热电池的溢流。研究结果表明,当乙炔黑、活性炭及球形石墨的掺杂比例分别为1:200-1:100、1:200及1:200时,氯化镍热电池的溢流状况均得到了明显改善;适当提高正极粉中Mg O的含量能够有效改善溢流状况。研究结果还表明,电池装配时压片压力会对溢流产生影响,当压力为30 MPa时,氯化镍热电池的溢流状况得到了明显改善。
【关键词】：热电池正极材料 氯化镍 电压滞后 溢流
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM915
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-10
• 第1章 绪论10-20
• 1.1 课题背景及研究的目的和意义10-11
• 1.2 热电池简介11-12
• 1.2.1 热电池发展历史11-12
• 1.2.2 热电池结构12
• 1.2.3 热电池的性能与应用12
• 1.3 热电池电解质12-14
• 1.4 热电池阳极材料14-15
• 1.5 热电池阴极材料15-18
• 1.5.1 新型钒氧化物15-16
• 1.5.2 二硫化物16-17
• 1.5.3 金属氯化物17-18
• 1.6 本课题主要研究内容18-20
• 第2章 实验材料及研究方法20-28
• 2.1 实验用试剂与样品20
• 2.2 实验用设备20-21
• 2.3 C OS_2 提纯样品的制备21-22
• 2.4 C OS_2 提纯样品杂质含量分析22-25
• 2.4.1 Co SO_4 的含量测定22-23
• 2.4.2 Co S含量的测定23-24
• 2.4.3 单质硫的含量测定24-25
• 2.5 无水Ni C l2 的制备25
• 2.6 正极粉的制备25
• 2.7 单体电池的组装25-26
• 2.8 分析与测试26-28
• 2.8.1 X射线衍射分析26
• 2.8.2 SEM表征26
• 2.8.3 单体电池放电测试26-28
• 第3章 氯化镍正极粉的制备及其性能研究28-52
• 3.1 脱水剂B含量优化28-34
• 3.1.1 脱水剂B含量对Ni Cl_2 表观形貌及物相结构的影响28-30
• 3.1.2 脱水剂B含量对Ni Cl_2 电池放电性能的影响30-34
• 3.2 固液比优化34-39
• 3.2.1 固液比对Ni Cl_2 表观形貌和物相结构的影响35-36
• 3.2.2 固液比对Ni Cl_2 电池放电性能的影响36-39
• 3.3 高温处理时间优化39-43
• 3.4 Ni C l2 正极粉中活性物质与电解质比例的研究43-46
• 3.4.1 500 ℃下工作时活性物质与电解质比例的研究43-44
• 3.4.2 550 ℃下工作时活性物质与电解质比例的研究44-46
• 3.5 Ni C l2 电池性能研究46-50
• 3.5.1 内阻研究46-47
• 3.5.2 溢流现象分析47-50
• 3.6 本章小结50-52
• 第4章 氯化镍基复合材料的制备与性能研究52-81
• 4.1 Ni C l2-C OS_2 复合材料的制备与性能研究52-59
• 4.1.1 Ni Cl_2-Co S_2 复合比例优化52-54
• 4.1.2 Ni Cl_2-Co S_2 正极粉中活性物质与电解质比例的研究54-57
• 4.1.3 Ni Cl_2-Co S_2 电池内阻研究57-59
• 4.2 正极粉中碳系材料应用研究59-69
• 4.2.1 Ni Cl_2-Co S_2 正极粉中乙炔黑材料应用研究59-62
• 4.2.2 Ni Cl_2-Co S_2 正极粉中活性炭材料应用研究62-66
• 4.2.3 Ni Cl_2 正极粉中球形石墨应用研究66-69
• 4.3 正极粉中M g O用量的优化69-75
• 4.3.1 Ni Cl_2 正极粉中Mg O用量的优化69-71
• 4.3.2 Ni Cl_2-Co S_2 正极粉中Mg O含量的优化71-75
• 4.4 放电温度对溢流的影响75-77
• 4.5 压片压力对溢流的影响77-80
• 4.6 本章小结80-81
• 结论81-82
• 参考文献82-87
• 攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果87-89
• 致谢89

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前4条

1 余丹梅;王洁;李小艳;张代雄;申燕;;钒氧化物正极材料的研究现状[J];电池工业;2012年01期

2 赵晶;;热电池正极材料氯化镍的性能研究[J];电源技术;2006年08期

3 梁继然;胡明;刘志刚;;低温热氧化处理温度与时间对氧化钒薄膜性能的影响[J];功能材料;2009年01期

4 诸毓武;胡华荣;梁一林;高俊丽;;高功率热电池用二硫化钴制备及性能测试[J];上海航天;2012年01期

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本文编号：836075