锂热电池阴极材料钒氧化物的制备及改性研究

发布时间：2018-04-09 11:06

  本文选题：热电池　切入点：阴极材料　出处：《哈尔滨工业大学》2017年硕士论文

【摘要】：热电池因具有储存时间长、激活迅速可靠、高比能量以及高比功率等优良性能,在现代武器方面得到了广泛应用。随着现代武器的飞速发展对热电池又提出了新的要求。而阴极材料作为热电池的重要组成部分,将直接影响整个电池系统的电性能。在热电池阴极材料的研究中,钒氧化物因具有热稳定性好、电极电位和比功率高等优势而成为目前阴极材料研究的热点。因此,钒氧化物的研究对热电池的发展具有重要的意义和价值。本文对高温固相法制备LVO(γ-LiV_2O_5+VO_2)阴极材料的工艺进行了研究,采用SEM和XRD对材料进行了物相结构与形貌表征,结合不同工艺条件下单体电池的放电结果,对工艺参数进行了优化探究。研究结果表明,氩气流速为90mL/min,氧化钒与溴化锂质量比4:1,550℃锂化2 h时,得到的产物纯度高、结晶度好;此时单体电池放电的电极电位和比容量较高,但电池激活瞬间存在电压尖峰和电压滞后。分析了LVO单体电池电压尖峰产生的原因。研究结果表明,向LVO阴极材料中添加2%的氧化锂时电压尖峰明显减弱;研究了电解质添加量对电池性能的影响,结果表明,添加适量的电解质时,能有效减小离子扩散阻力和放电过程中的浓差极化,电压下降缓慢,放电时间延长,提高了电池的深度放电能力;研究了碳材料对电压滞后的影响,研究结果表明,添加少量碳材料能够改善阴极材料的导电性,向其中添加1%的导电炭黑时,电压滞后被消除;尤其是当石墨与导电炭黑复合添加时,电压滞后被消除的同时电池仍保持较高的电压,电池内阻也明显减小。研究了溶胶凝胶法制备Li_(1+x)V_3O_8阴极材料的工艺,采用SEM和XRD对材料进行了物相结构与形貌表征。结合不同工艺条件下单体电池的放电结果,对工艺参数进行了优化探究。研究结果表明,锂钒摩尔比为1.2:3、金属离子与柠檬酸摩尔比为1:2、pH等于7、500℃烧结20 h时得到的产物纯度高、颗粒呈较为规则的网络结构,比表面大。单体电池放电电压在2.50 V以上,放电至1.5 V的比容量较高。研究了电解质添加量对电池性能的影响,研究结果表明,电解质添加量为15%时,电池放电电压较为平稳,放电比容量较高;分析了导电炭黑对电压滞后的影响,研究结果表明,导电炭黑添加量为10%时,单体电池电压滞后明显减弱,电压平稳性好,电池内阻降低;对电压尖峰的改善进行了研究,添加3%的氧化锂时,电压尖峰被消除,但电池放电时间缩短。最后,对两种钒氧化物阴极材料进行了对比分析,LVO制备工艺操作简单,实验成本相对较低,Li_(1+x)V_3O_8阴极材料组装的单体电池电压更为平稳,放电比容量相对较高。
[Abstract]:Thermal batteries have been widely used in modern weapons due to their long storage time, rapid and reliable activation, high specific energy and high specific power.With the rapid development of modern weapons, new requirements for thermal batteries have been put forward.As an important part of thermal battery, cathode material will directly affect the electrical performance of the whole battery system.In the research of cathode materials for thermal batteries, vanadium oxide has become a hot research topic because of its advantages of good thermal stability, high electrode potential and high specific power.Therefore, the study of vanadium oxide is of great significance and value to the development of thermal battery.In this paper, the preparation process of LVO-LiV2O5V _ 2 cathode material by high-temperature solid-state method was studied. The phase structure and morphology of the material were characterized by SEM and XRD, and the discharge results of single cell under different process conditions were combined.The optimization of process parameters was studied.The results show that when the flow rate of argon is 90 mL / min and the mass ratio of vanadium oxide to lithium bromide is 4: 1550 鈩，

本文编号：1726157