电子与通信设备用Li/SOCl2电池研究

摘要

锂/亚硫酰氯(Li/SOCl2)电池是近年来发展起来的新型化学能源，具有电压高、比能量大、工作温度范围宽、贮存时间长等优异性能，但在实际应用过程中存在电池电压滞后、大电流工作能力差等问题，影响了Li/SOCl2电池的应用。
　　本文合成了2系列过渡金属酞菁配合物十六氯酞菁铁(FePcCl16)和二维聚硫杂酞菁的金属配合物，研究其对Li/SOCl2电池性能的影响;在碳正极制备过程中添加含氯高分子粘结剂，研究其对Li/SOCl2电池性能的影响。本课题的主要研究内容为:
　　(1)以四氯邻苯二甲酸酐、尿素、FeCl2.H2O为原料合成了十六氯酞菁铁(FePcCl16)，用元素分析、红外、紫外-可见光谱对产物进行了分析;FePcCl16具有较高的催化活性，对于大电流和低温放电尤其显著，并对放电电压滞后和放电时温升有较好的抑制作用。在常温以40 mA/cm2的大电流密度时，相对不含FePcCl16的ER34185型锂/亚硫酰氯电池，含1.0g/LFePcCl16的电池电压和容量分别提高了174mV和830mAh。
　　(2)研究了更大的平面型分子二维聚硫杂酞菁的金属配合物对P(MPzS8)[M=Fe(Ⅱ)，Co(Ⅱ)，Zn(Ⅱ)对锂/亚硫酰氯电池的催化性能影响。P(MPzS8)具有较高的催化活性，催化效果P(FePzS8)＞P(CoPzS8)＞P(ZnPzS8);相对于不含P(MPzS8)的电池，含有质量分数为0.0150％的P(ZnPzS8)、P(CoPzS8)、P(FePzS8)的电池在低温-40±2℃下以5mA/cm2的电流密度放电，放电时间分别延长了约20％、45％和55％左右，稳定工作电压分别提高了160mV、200mV和300mV;室温条件下以电流密度25mA/cm2放电时，放电时间分别延长了8％、15％和15％，稳定工作电压分别提高了约120mV、160mV和180mV，放电电压滞后时间分别缩短了10s、15s和10s。
　　(3)在碳电极制备过程中，添加含氯高分子粘结剂。通过碳正极材料对氮气的物理吸附，测试电极的比表面积、孔径分布等参数;利用电子扫描电镜(SEM)对多孔电极表面形貌进行分析，研究其对锂/亚硫酰氯性能的影响。在碳电极制备过程中，添加含氯高分子粘结剂对电池低温性能和缓解电压滞后现象有很好的作用。相对于碳正极制备过程中不添加粘结剂的电池，当以1000Ω恒阻放电时，电池在低温下的稳定工作电压提高了226mV，平均容量提高90mAh;当以330Ω恒阻放电时，电池在在低温下的稳定工作电压提高了295mV，平均容量分别提高了170mAh;电压滞后现象改善明显。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 引言

1．2 Li／SOCl2电池简介

1．2．1 Li／SOCl2电池工作原理

1．2．2 Li／SOCl2电池的特点

1．2．3 Li／SOCl2电池结构

1．3 国内外发展现状

1．4 Li／SOCl2电池研究状况

1．4．1 Li／SOCl2电池电压滞后研究

1．4．2 Li／SOCl2电池安全性能研究

1．4．3 Li／SOCl2电池能量及功率特性的研究

1．5 选题的背景、意义及研究内容

2 十六氯酞菁铁对Li／SOCl2电池的催化作用

2．1 引言

2．2 实验部分

2．2．1 实验药品及仪器

2．2．2 FePcCl16的合成

2．2．3 合成产物的表征

2．2．4 理论计算

2．2．5 Li／SOCl2电池制作

2．2．6 电性能测试

2．3 实验结果与分析

2．3．1 FePcCl16的组成与光谱

2．3．2 电池的放电性能

2．3．3 电池的电压滞后

2．3．4 理论分析

2．4 本章小结

3 二维聚硫杂酞菁对Li／SOCl2电池的催化作用

3．1 引言

3．2 实验部分

3．2．1 实验药品及仪器

3．2．2 电池的制作

3．2．3 电池放电性能测试

3．3 结果与讨论

3．3．1 电池的放电性能

3．3．2 电池的电压滞后性能

3．3．3 催化机理

3．4 本章小结

4 含氯高分子粘结剂对Li／SOCl2电池性能的改善作用

4．1 引言

4．2 实验部分

4．2．1 实验药品及仪器

4．2．2 电池的制作

4．2．3 电池放电性能测试

4．2．4 样品表征手段

4．3 结果与讨论

4．3．1 碳正极颗粒的扫描电镜图

4．3．2 碳正极颗粒的吸脱附等温线

4．3．3 电池的放电性能

4．3．4 电池的电压滞后性能

4．4 本章小结

5 结论

参考文献

攻读学位期间主要的研究成果

致谢