热电池正极材料氯化镍的性能研究

针对热电池正极材料氯化镍激活时间偏长、制备工艺复杂等缺点,对氯化镍正极热电池的激活时间、峰值电压、工作时间、负载能力及电极配方等进行了探索,并进行了高温、低温及不同电流密度下常温的放电实验。结果表明,在正极材料氯化镍中添加20%的羰基镍粉对热电池放电初期激活时间的改善是有利的;电解质配方和制备工艺的不同将直接影响氯化镍正极热电池的性能;当电流密度为1.0～1.5A·cm—2时,单体电池的工作电压峰值可以达到2.2～2.4V。     

FeS_2和CoS_2正极材料的自放电性能比较

FeS_2和CoS_2是锂系热电池最常用的两种正极材料。经X射线衍射(XRD),扫描电子显微镜(SEM)以及热重分析(TGA)表征发现:二者具有相同的立方晶体结构,CoS_2的热分解温度比FeS_2高100℃左右。以LiB合金为负极材料、LiF-LiCl-LiBr低温共熔盐为电解质,分别采用CoS_2和FeS_2作为正极材料制备热电池,在500℃的温度下进行恒流放电实验。结果发现:在放电初期LiB/FeS_2体系的工作电压高于LiB/CoS_2体系,但在工作一段时间后被LiB/CoS_2体系反超;随着工作时间的延长,热电池可释放的电容量逐渐减少,LiB/FeS_2体系容量衰减的速率比LiB/CoS_2体系快。将热电池空载不同时间后再进行恒流放电,发现热电池实际可释放的电容量与工作时间呈现一元线性关系,以此计算出LiB/FeS_2电池和LiB/CoS_2电池的容量衰减率分别为17.7和3.92 C/min。     

热电池FeS2正极丝网印刷薄膜化制备研究

采用丝网印刷薄膜电极制备工艺,将FeS2与电解质、导电剂混合,印至基体表面,经真空干燥,制成薄膜正极,其厚度为0.4～0.5 mm.与LiSi合金负极和LiCI-KCI低共熔电解质组成单体电池,将3个单体电池串联封装制成热电池.常温分别以45Ω和4.5Ω恒阻放电,其放电曲线平缓,峰值电压分别达到6.59V和6.12V,相比现有粉末压片工艺制备的电池,其单体电池峰值电压提高0.15V.通过选用不同薄膜基体材料,可使热电池满足不同需求.初步研究表明,新工艺更能适应当前热电池大功率小型化长寿命发展的需要.     

锂硫聚合物二次电池可行性研究

锂硫聚合物二次电池不仅比能量高、成本低,而且具有良好的高温特性。介绍了复合型纳米硫正极材料、纳米储锂合金负极材料和用原位合成工艺掺入纳米二氧化硅的凝胶型聚合物电解质研制方面取得的突破性进展;所研制的复合型纳米硫正极材料,与凝胶电解质及锂金属负极配合制成扣式实验电池进行测试,重量比能量已达到700m Ah/g;采用微乳液新工艺合成的C uSn纳米合金重量比能量已经突破300m Ah/g,而石墨与金属的合金容量可达500m Ah/g以上;原位合成的纳米二氧化硅有效地降低了聚合物凝胶电解质的内阻。再用3～5年时间,可望制出以纳米锂合金为负极、纯固态聚合物为电解质和纳米硫复合材料为正极的高比能量电池。新型电池还可应用于电动汽车和各种军事用途。     

高温处理对热电池正极材料氯化镍性能的影响

研究了高温处理工艺对热电池正极材料氯化镍性能的影响;用扫描电子显微镜法(SEM)和X射线衍射光谱法(XRD)分析了处理前后材料结晶状态的差异。分析了处理前后材料的理化性能,结果表明,处理后晶体重新晶格排序,材料各项指标均有所改善。以高温处理粉作正极制备的热电池比以真空烘干粉作正极制备的热电池在放电平台电压、工作时间和电池内阻等方面性能更好。     

提升某高体积比能量、热散失严重热电池工作时间研究

为攻克某热电池高体积比能量、散热严重的技术难点，本文通过选用不同锂含量的LiB负极、电解质类型、调节硫化物正极的配比，并改变热电池壳体外形设计来减少热散失等方法装配热电池进行性能实验研究，同时进行了稳态和瞬态热学仿真计算分析及热电池试验验证。结果表明，选择锂含量为55%的LiB合金作为负极，使用低熔点电解质，选择FeS₂和CoS₂比例为1∶1的MS₂复合正极以及减小壳体散热面积可以有效提升热电池工作时间，为小体积自带外结构体的热电池设计提供了一种指导思路。     

高电位热电池正极材料的研究进展

FeS2和Co S2是目前应用最广泛的热电池正极材料,当与锂合金负极材料一起使用时,单体电池的工作电压约为2 V。而高电位正极材料具有较高的电极电位,可使单体电池工作电压提高至3 V,有利于电池大功率输出。阐述了几种热电池高电位正极材料的应用和研究现状,介绍了它们的放电性能,展望了热电池高电位正极材料的发展方向。     

现代热电池电极材料现状及展望

现代热电池基本电化学体系是锂合金 二硫化铁 (LiMx FeS2 )。锂铝 (LiAl)、锂硅 (LiSi)合金已广泛应用 ,三元锂合金也有报道 ,锂硼 (LiB)合金由于几乎完美的特性 (高电位、高容量 )现已引起人们特别关注。FeS2 电压较低 ,但容量大 ;五氧化二钒 (V2 O5)、锂钒氧 (LVO)等其它正极材料电压高、容量较小。热电池发展方向是大功率、长寿命 ,寻找新的热电池正极材料替代现有的FeS2 电极将是未来热电池电极活性材料研究重点     

基于LLZTO固态电解质的固态锂金属电池

有机液态电解质具有可燃性,存在起火甚至爆炸等安全隐患,有限的电化学窗口限制了锂金属负极和高电压正极的应用。采用固态电解质代替电解液和隔膜,有望解决安全问题,更宽的电化学窗口可匹配锂金属负极和高电压正极,较大幅度地提高电池的能量密度。采用高温固相法合成具有高离子电导率(8.14×10^-4 S/cm)的锂镧锆钽氧(LLZTO)固态电解质。基于LLZTO电解质组装匹配镍锰酸锂(LNMO)高电压正极的锂金属电池,以0.05 C的倍率在3.5～5.3 V充放电,能稳定循环超过50次,放电比容量保持在100～120 mAh/g之间。     

新型(LiFeO4+LiMn2O4)/(Li4Ti5O12+CNTS)锂离子电池的制备

用磷酸铁锂和锰酸锂复合材料作为锂离子电池的正极活性物质,与钛酸锂碳纳米管复合负极材料匹配制备了新型锂离子电池.锰酸锂提高了电池的放电电压和容量,碳纳米管提高了负极的电导率.电池循环性能良好,经100次循环后容量保持率为98.8％.     

高安全性聚合物锂离子电池的制备及性能

研制了由LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2为正极、改性石墨为负极和多孔-凝胶复合型聚合物为电解质的5 Ah方形聚合物锂离子电池。通过筛选负极材料、电解液配方等优化电池的制作工艺,使电池能在-40℃的低温环境中仍能以0.5ItA放电到额定容量的40%以上,并在针刺、挤压、加热、短路和过充等安全测试时,不起火、不爆炸。     

锂电池 Li-SCl_2和 Li-S_2Cl_2 非水体系的研究

报道了Ｌｉ－ＳＣｌ２和Ｌｉ－Ｓ２Ｃｌ２非水电池体系的研究工作。该体系由锂负极、多孔石墨电极和电解质溶液构成,电解质溶液由非水溶剂（硝基苯）和溶解在该溶剂中的活性物质ＳＣｌ２或Ｓ２Ｃｌ２及电解质构成。制成锂片和碳膜面积为１ｃｍ２、所含电解液为０．４ｍＬ的模似电池,将其在恒流放电测试系统中进行测试。结果表明：Ｌｉ－ＳＣｌ２电池的开路电压为４．１０Ｖ左右,当ＳＣｌ２与溶剂硝基苯的体积比为１５％至２０％时,电池显示良好的放电性能;而Ｌｉ－Ｓ２Ｃｌ２电池的开路电压为３．６Ｖ左右,当Ｓ２Ｃｌ２与硝基苯的体积比为２５％时,电池体系也显示较好的放电性能。此外,对电池体系的电化学还原行为也作了初步的探索。     

Li/KIBr_2非水体系的研究

本文介绍的非水电池体系由锂阳极,多孔石墨电极和电解质溶液构成,电解质溶液由非水溶剂(三氯氧磷或硝基苯)和溶解在该溶剂中的活性物质(KIBr_2)及电解质构成,该电池体系具有较高的开路电压(3.5V)和良好的放电性能。作者对该电池的电化学还原行为作了初步的探讨。     

采用PI/PTFE复合隔膜的Li/SOCl_2电池的性能

制备了一种具有超薄、高吸液率和良好热稳定性的Li/SOCl_2电池用聚酰亚胺(PI)/聚四氟乙烯(PTFE)复合隔膜。通过SEM、同步热分析(STA)、吸液率及恒电流放电等方法,研究PI、玻璃纤维(GF)和PTFE隔膜的结构、热稳定性和吸液性能,以及复合隔膜对Li/SOCl_2电池输出电压的影响。相对于采用GF/GF隔膜的电池,采用PI/PTFE复合隔膜的电池输出电压提升了0.130 V,热生成速率降低了39.4%。     

失效VRLA蓄电池容量恢复的研究

研究了失水引起开路电压极低或热失控引起失效的VRLA蓄电池的容量恢复的可行性 ,并对硫化引起热失控的机理进行了研究。通过对VRLA蓄电池的失效原因进行分析 ,提出了容量恢复的可能性 ;采用先对开路电压极低的蓄电池加适量水和少量电解液 ,或对热失控蓄电池加适量水 ,再反复进行分级恒流充电和大电流放电循环的方法 ,进行了容量恢复的实验。结果表明 ,该方法对于失水引起开路电压极低或热失控引起失效的VRLA蓄电池 ,只要未发生短路、正极板栅腐蚀和活性物质脱落等不可逆故障 ,其容量恢复率可达 90 %以上。     

锂离子电池负极材料——树脂包覆石墨的性能

石墨作为锂离子电池的负极材料具有高的脱嵌锂容量及平坦且低的（相对于锂金属）电压特性,但也存在一些问题,如在高倍率充放电性能及与电解质的相容性方面。本工作制备并研究了环氧树脂包覆石墨制备的复合碳材料。当用这种复合碳材料作为锂离子电池的负极时,它的无序结构的焦炭壳层防止了石墨核心材料在插锂过程中的剥落现象,改进了锂离子在阳极材料中的扩散性能。这种材料与石墨相比,不仅保留了石墨具有较高的插锂容量的特性,并且大大改进了其与电解质溶液的相容性和动力学性能,当这种复合碳材料用１Ｃ充放电时,仍保持有２００ｍＡｈ／ｇ的容量。     

锂离子电池安全性的研究

正负极材料、电解液及其添加剂、电池的结构以及制备工艺条件都对锂离子电池的安全性有重要的影响。选择热稳定性好的正负极材料、电解液及其阻燃剂,可以提高电池的热稳定性;在电解液中加入过充保护添加剂,可防止电池的过充;控制好制备工艺条件以及合理的使用,可防止电池的短路。     

聚合物锂离子电池的高倍率放电性能研究

研究了正极厚度、正极导电剂含量、负极材料、电池尺寸以及电解液对聚合物锂离子电池高倍率放电性能的影响,结果表明:提高正极导电剂的含量能提高电池10.0 C倍率的放电性能;采用薄正极、中间相碳微球(MCMB)负极材料扣大电池尺寸设计,也能提高电池的高倍率放电性能;在高于10.0 C倍率放电时,功能电解液对高倍率放电性能有较大影响.通过各种影响因素的优化组合,得到了一种聚合物锂离子电池.该电池的最大放电倍率可达20.0 C;300次循环后,10.0 C放电容量仍保持初始容量的84%.     

提高MH-Ni电池循环寿命的研究

循环寿命是MH Ni电池的重要指标之一。从材料的角度综述了MH Ni电池循环寿命下降的原因 ,指出负极贮氢合金性能的衰减、正极氢氧化镍性能的恶化和隔膜本身性质的变化所带来的碱液丧失是导致MH Ni电池循环寿命降低的主要因素。同时 ,指出优化负极合金的组分 ,对合金进行表面处理可提高合金的抗粉化、氧化或耐酸碱腐蚀的能力 ;通过添加合适的添加剂如Co、Zn、Cd等可提高氢氧化镍的活性 ,抑制镍电极的膨胀并提高镍电极的充电接受能力 ;选用面电阻小、吸碱率大、综合性能好的隔膜可保证电池内合适的电解液量 ,从而也可以提高电池的循环寿命