锂热电池CoS2薄膜正极制备工艺及性能研究

摘要

目前，CoS2正极热电池电极制备的方法主要为传统粉末压片工艺，但该工艺存在生产效率低、操作环境要求苛刻、工艺繁琐等缺点，不利于热电池的自动化、规模化生产。针对上述问题，本文采用涂覆法制备不同基体材料的CoS2薄膜正极，优化了薄膜制备工艺流程及相关参数，并研究了薄膜单体电池的放电性能。
　　分别研究了H-1、PVDF溶液、水玻璃溶液和水四种和膏剂。采用扫描电子显微（SEM）分析、X射线衍射（XRD）分析等方法对CoS2薄膜正极进行表征，结合电性能测试结果，筛选出最佳和膏剂为H-1；研究了石墨纸、铝箔、泡沫镍和泡沫铜四种基体，结合电池的放电性能和实际生产需求，选择石墨纸和泡沫镍两种基体材料，其中石墨纸基体的负载量少，可满足大功率短寿命热电池的需求；而泡沫镍基体的负载量大，适合做大功率长寿命热电池的基体。
　　分别研究了石墨纸基体和泡沫镍基体CoS2薄膜正极的制备工艺及放电性能。通过薄膜的表面形貌和单体电池的放电性能测试，对和膏剂的用量、球磨时间、干燥条件、压力等工艺参数进行优化；研究了温度和电流对薄膜单体电池放电性能的影响。结果表明，温度对放电性能影响比较大；石墨纸基体薄膜电池适合大电流放电，而泡沫镍基体薄膜电池更适合小电流放电；与粉末压片工艺相比，薄膜工艺能有效提高热电池的实际比容量和活性物质利用率，降低电池的内阻。除此之外，涂覆法的操作环境要求相对较低，更适合自动化生产，为热电池的批量规模化生产提供了可能行。
　　初步研究了薄膜工艺电压尖峰产生的原因。采用向正极材料中掺入杂质的方法，分析了可能引起电压尖峰的物质及其来源。研究结果表明，预干燥过程中的水份是引起电压尖峰的主要原因；LiCoO2是导致电压尖峰的主要物质。采用交流阻抗法研究了LiCoO2含量对电池阻抗的影响，结果表明，LiCoO2含量越多，电压尖峰越高，电池阻抗越大。

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第1章 绪 论

1.1 课题背景及研究的目的和意义

1.2 国内外研究现状及分析

1.3 课题主要研究内容

第2章 实验材料及研究方法

2.1 实验药品

2.2 实验仪器

2.3 CoS2薄膜正极的制备

2.4 单体电池的组装

2.5 实验分析与测试

第3章 正极和膏剂和基体材料的研究

3.1 石墨纸为基体和膏剂的研究

3.2 泡沫镍为基体和膏剂的研究

3.3 泡沫铜为基体和膏剂的研究

3.4 铝箔为基体和膏剂的研究

3.5 基体对薄膜电池放电性能的影响

3.6 本章小结

第4章 CoS2薄膜正极制备及性能研究

4.1 石墨纸基体薄膜正极制备工艺的研究

4.2 石墨纸基体薄膜单体电池放电性能的研究

4.3 泡沫镍基体薄膜正极制备工艺的研究

4.4 泡沫镍基体薄膜单体电池放电性能的研究

4.5 本章小结

第5章 CoS2薄膜电池电压尖峰的初步研究

5.1 电压尖峰产生原因的初探

5.2 水份和空气对电压尖峰的影响

5.3 水份的含量对电压尖峰的影响

5.4 引起电压尖峰物质的初探

5.5 LiCoO2含量对电压尖峰的影响

5.6 电化学阻抗的研究

5.7 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果

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