锂/氟化碳电池电解液的研究进展

锂/氟化碳(Li/CF_(x))电池作为一种具有最高理论比容量(860 mAh/g)和能量密度(2180 Wh/kg)的一次电池,具有高安全性能、低自放电率、平稳的放电电压和环境友好等优点,广泛应用于医疗、军事、电子科技和航空航天等领域。电解液作为Li/CF_(x)电池必不可缺的一部分,在正负极之间起到传递离子的作用,具有重要的研究意义。本文从Li/CF_(x)电池的低温性能、倍率性能以及放电平台等方面综述了Li/CF_(x)电池电解液的研究进展;重点阐述了电解液理化性质、界面浸润与相容、锂离子溶剂化结构、C—F键活化和LiF形成与溶解等因素对Li/CF_(x)电池放电性能的影响;最后,对Li/CF_(x)电池新型电解液的研究提出了思考与展望。

锂/氟化碳电池热特性研究

针对锂/氟化碳电池在放电过程中的产热问题,制备了容量为5Ah的氟化碳软包电芯。采用加速量热仪测试了软包装氟化碳电池的比热容,并使用等温量热仪测试了不同倍率放电条件下的发热功率及产热量。结果表明:锂/氟化碳电池放电过程中产热量及产热功率与放电倍率相关,产热量及产热功率随着放电倍率的增大而急剧上升。

纳米Ag改性方式对锂氟化碳电池性能的影响

分别采用纳米Ag线和纳米Ag颗粒对氟化碳材料进行复合,以CF_(x)、CF_(x)@Ag1(复合纳米Ag线)、CF_(x)@Ag2(复合纳米Ag颗粒)为正极活性物质,制备5 Ah软包装锂氟化碳电池,研究纳米Ag线和纳米Ag颗粒复合对电池电化学性能的影响。使用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、能量散射光谱(EDS)对材料的形貌结构进行表征分析并利用四探针测定其电导率,采用恒流放电测试及交流阻抗对电池的电化学性能进行分析,并测定电池恒流放电下的温度变化。结果表明,纳米Ag线和纳米Ag颗粒复合均可以提高CF_(x)材料的电导率,以改性材料为活性物质制备的电池具有更好的电化学性能和热稳定性,其中CF_(x)@Ag1的改性效果好于CF_(x)@Ag2。

锂-氟化碳电池的研究进展及应用分析

锂-氟化碳电池作为一种锂原电池,具有比能量高、放电性能平稳、储存寿命长、无毒、不污染环境等特点,目前商业领域应用较为广泛。结合锂-氟化碳电池技术特点和发展情况,介绍了锂-氟化碳电池技术国内外研究现状,并对其在国防军事领域应用做了分析。

锂氟化碳电池安全性研究

与其他锂原电池相比,锂氟化碳电池具有较好的安全性,但是在短路、高温等情况下安全性问题仍然严重。分析了锂氟化碳电池的各种安全性影响因素,并通过短路、充电、过放电和热箱四项安全性实验,验证了锂氟化碳电池的安全性。

锂氟化碳电池放电热效应的模拟研究

通过对氟化碳电极和金属锂电极物理化学性质的研究,在多物理场耦合软件中建立了锂氟化碳放电热效应模型,并模拟计算了绝热条件下,25 Ah锂氟化碳原电池在1/30 C恒流放电过程中电池温度的变化。模拟结果与绝热对照实验相比,误差在-6.28%到0.44%之间。

锂氟化碳电池正极水性聚合物粘结剂的研究

为提高锂氟化碳电池氟化碳正极比能量和在放电过程中的结构稳定性,采用丁苯橡胶、聚丙烯腈和聚丙烯酸基粘结剂等水系粘结剂制备新型氟化碳正极。采用差示扫描量热法(DSC)、循环伏安法(CV)、剥离强度、恒流放电等测试方法,对比研究了水性粘结剂和PVDF粘结剂对氟化碳正极结构稳定性和电性能的影响。结果表明聚丙烯酸基粘结剂具有良好的热稳定性和电化学稳定性,粘结力强,放电后极片结构稳定,不存在掉粉现象,制备的锂氟化碳电池比能量可达751 Wh/kg。

锂氟化碳电池电解液研究

对氟化碳电池电解液的配制及使用进行了研究。使用两种醚类溶剂DME、THF和两种砜类溶剂TMS、DMSO等,锂盐为LiBF_4、LiClO_4、Li N(SO_2CF_3)_2等,组成单溶剂电解液,进行电化学阻抗、线性扫描及电性能测试,其中LiTFSI-THF电解液所制备的电池以0.1 C放电,比容量为856.9 mAh/g,接近理论容量;LiClO_4-DMSO电解液以0.1 C放电,放电平台达到2.7 V。以VC、FEC作为添加剂使用,提高了电池的放电容量。

锂氟化碳电池空间环境适应性研究

为研究锂氟化碳电池在火星探测应用中的环境适应性,设计并实施了辐照实验、空间环境力学实验、火星表面极低温度贮存实验等多种空间环境适应性评价实验。结果表明,锂氟化碳电池经受20 k rad(Si)剂量的辐照后,容量损失<1.5%,电池组经受30 g加速度、1800 g冲击力学后结构完整、无明显形变,过程中电池电压无跳变,电池经受极低温度再恢复常温后仍具备正常放电能力,容量损失为2.99%。

火星探测器锂氟化碳电池热特性测量方法

锂氟化碳电池是新一代轻质化电池,比能量高且安全可靠,是火星探测器储能电源一次电池的佳选。但其放电过程反应热大,热效应非常明显,故须对其关键热特性参数如比热容和发热量进行测量研究。文章采用ARC(accelerating rate calorimeter)测量方法对锂氟化碳软包电池热特性进行测量,获得了电池的比热容及不同荷电态下的放电发热量,误差在工程允许范围内。研究结果可为深空探测器锂氟化碳电池的应用提供参考,并可推广至后续深空领域高能量比一次电池的工程化应用。

锂氟化碳电池内应力研究及电池壳设计

锂氟化碳电池具有很高的比能量,是其他锂原电池的2~3倍,如锂二氧化锰电池、锂二氧化硫电池。但是在其放电过程产生的氟化锂会在多孔碳表面沉积,导致正极板膨胀,而约束电池膨胀将产生很强的内应力。介绍了一种电池内应力的测试方法,并对锂氟化碳电池的测试结果进行了研究。根据锂氟化碳电池内应力测试结果,结合力学仿真分析手段进行了电池壳体的设计。

高比能量锂氟化碳电池在深空探测器上的应用试验研究

深空探测任务由于重量制约以及光照强度减弱等原因,可供选择的电源有限。锂氟化碳电池技术被认为是未来深空探测器电源潜在可行的选项。对锂氟化碳电池进行了比能量、比热容、发热量测试以及低温性能和贮存性能测试,测试结果表明:锂氟化碳电池高比能量优势明显,长贮存寿命满足了深空探测器数月甚至数年飞行期间自放电率低的需求,针对低温应用需求,采用复合电极有效改善低温放电性能,而针对锂氟化碳电池比热容、发热量的测试为电池热仿真分析提供了必不可少的数据支撑。

锂氟化碳电池保护电路的设计与应用

锂氟化碳电池具有质量轻、比能量高、稳定性好等优点,得到广泛研究。通过保护电路的设计,成功实现了在无电源管理单元或对电池组无监测、遥控的情况下,锂氟化碳电池作为一个独立的单元具有过流保护和防过放电的功能。提高了锂氟化碳电池的可靠性,避免在实际应用中对周边设备或整星系统造成严重危害。通过保护电路中使用的相关元器件的性能验证实验及可靠性预计计算,进一步证实了设计的保护电路的可靠性和有效性。本文所设计的保护电路助推锂氟化碳电池首次应用于航天飞行器上,且在轨运行性能良好。

EPS控制系统用锂/氟化碳电池的安全性能

研制的EPS控制系统用锂/氟化碳电池以锂为负极、氟化石墨为正极,采用10 Ah的方形软包装,通过短路、过放、挤压及针刺等实验测试其安全性能。电池进行短路实验,未出现起火、爆炸及漏液等现象,且电池的表面温升始终小于40℃;电池以0.20 C进行过放电实验至-3.0 V,未出现起火、爆炸及漏液等现象,且电池的表面温升始终小于34℃;电池进行挤压及针刺实验,也未出现起火、爆炸等现象,且电池表面温升始终小于11℃。

锂氟化碳电池对火星探测任务工况适应性研究

锂氟化碳电池在固体正极体系一次电池中拥有最高的理论比能量(约2180 W·h·kg;),特别适合对载荷质量要求苛刻的深空探测任务。我国首个火星探测器"天问一号"在其着陆巡视器内部使用了一组锂氟化碳电池用于完成进入—下降—着陆段的供电任务。文章提炼锂氟化碳电池与深空探测应用密切相关的4项基本特性,根据火星探测任务的特点提出电池特性分析的新需求,并开展相关专项试验,进一步验证电池对任务的适应性。结果表明:锂氟化碳电池适应低倍率短时放电工况,具有耐受一定过充过放电的能力以及较好的抗辐照能力;电池对高温敏感,65℃以上贮存会导致电池寿命严重缩短,建议低温贮存。

锂氟化碳电池研究现状与应用

锂氟化碳电池是一种高比能量锂一次电池。它具有安全性高、放电电压平稳、自放电率低、对环境友好等特点,广泛应用于医疗、武器、航空航天、船舶等领域,可作为重要的储能元件。锂氟化碳电池优异的比能量特性使其受到了学术界和工业界的青睐。近些年来,对于锂氟化碳电池的研究成果层出不穷。通过梳理近五年来锂氟化碳电池相关技术研究成果,详细阐述锂氟化碳电池的工作原理和基本性能,并对当前锂氟化碳电池正极材料改性技术进行总结,分析了不同技术路线特点及先进性和实用性,结合实际应用场景和背景阐述了锂氟化碳电池未来发展趋势和应用前景。

基于工业化碳材料的锂氟化碳电池正极材料制备及性能

为实现锂氟化碳电池在更多领域的普遍应用,以工业化碳材料(活性炭、球形石墨、膨胀石墨和工业石墨烯)为碳源,制备了四种氟化碳正极材料。通过扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、X射线衍射(XRD)、拉曼光谱(Raman)、红外光谱(FTIR)、X射线能谱(XPS)、氮气吸脱附以及电化学测试等表征手段对材料的微观形貌、晶体结构、化学结构和电化学性能进行了系统的研究。研究表明:氟化工业石墨烯具有完全的单氟化碳结构、高比表面积以及稳定的碳结构,在20 mA·g^(-1)的放电电流下可以实现高达945.4 mAh·g^(-1)的比容量;氟化活性炭具有较多的半共价C-F键,其起始放电电压最高,但是由于其结构稳定性较差,电压平台快速下降,导致整体比容量较低;氟化膨胀石墨和氟化球形石墨与氟化工业石墨烯结构类似,但是由于高氟化碳原子(CF_(2)和CF_(3))的存在,其放电比容量要低于氟化工业石墨烯。不过在高放电电流密度下,氟化膨胀石墨、氟化球形石墨和氟化工业石墨烯的能量密度十分接近,因此,基于氟化膨胀石墨和氟化球形石墨的成本优势,氟化膨胀石墨和氟化球形石墨更适合于高功率应用场景。

锂氟化碳电池正极材料氟化石墨的改性技术

对锂氟化碳电池来说,正极材料氟化碳的氟含量直接影响电池的放电容量,放电平台的高低决定了电池的倍率性能;而氟含量与放电平台之间又是一种相互矛盾的关系。为了获得电化学性能优良的锂氟化碳电池,本文以氟化石墨正极材料为基础,研究了氟含量与放电平台的关系及其对电池性能的影响,探讨了影响氟化石墨放电平台的因素,介绍了几种提高放电平台的方法,并结合实际生产工艺分析了几种方法的可行性。

Ag掺杂方法对锂氟化碳电池性能的影响

通过物理球磨法和化学还原法制备了Ag掺杂的CFx复合材料,分别以CFx材料、制备的复合材料为活性物质,装配成2 Ah的锂氟化碳软包电池,探讨了Ag掺杂方法对电池电化学性能的影响。采用XRD、SEM、EDS对制备的正极片的物相结构、形貌进行测试,用恒电流放电对电池的倍率性能进行测试。结果表明,化学还原法制备的CFx/Ag-2材料电导率最高,以CFx/Ag-2复合材料为活性物质制备的电池电化学性能最好。与CFx电池相比,0.1 C放电,CFx/Ag-2电池无电压滞后现象,0.5 C、1 C倍率放电,CFx/Ag-2电池低波电压分别提高0.83、0.92 V;0.1 C、0.5 C、1 C倍率放电,CFx/Ag-2电池平台电压分别提高0.258、0.302、0.236 V;1 C倍率放电,软包电池表面最高温度39℃。

氟化磷酸酯对锂/氟化碳电池放电性能的影响

合成了一种氟化磷酸酯,通过核磁共振(NMR)分析结构,研究合成的氟化磷酸酯对锂/氟化碳电池电化学性能的影响。在合成的氟化磷酸酯电解液体系中,常温0.02 C放电比容量为816 mAh/g,2.00 C放电比容量衰减至435 mAh/g;高温55℃时,0.02 C放电比容量为869 mAh/g,2.00 C放电仍可保持在758 mAh/g。