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。

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℃。

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。

锂/氟化碳电池的安全性能

氟化石墨为正极,锂为负极,研制了10 Ah软包装锂/氟化碳(Li/CFx)电池。通过过放、短路、针刺和挤压等安全实验,对Li/CFx电池的安全性能进行了测试。电池以0.20 C倍率过放电至-3.0 V,没有出现漏液、爆炸和起火现象,表面的最大温升不超过33℃;电池经过短路实验,没有出现漏液、爆炸和起火现象,表面的最大温升不超过39℃;电池经过针刺和挤压后,没有出现爆炸、起火现象,表面的最大温升不超过10℃。

锂/氟化碳软包电池制备及电性能研究

用扫描电子显微镜法(SEM)观察氟化石墨的形貌,用差示扫描量热仪测试氟化石墨热稳定性,研究发现,氟化石墨具有较好的规则结构和热稳定性。用金属锂片作负极,氟化石墨作正极,LiPF_6/(EC+DMC+EMC)作电解液,制成104860型软包装锂/氟化碳(Li/CF_x)电池。正极氟化石墨、粘结剂及导电剂质量比为86.5∶5.5∶8.0,Li PF6/(EC+DMC+EMC)电解液浓度为1.2 mol/L,加注量为5.5 g/Ah。该电池经测试表现出良好的电性能。

新型复合氟化碳正极材料的制备及其电化学性能研究

锂/氟化碳电池具有高达2180 Wh·kg^(-1)的理论能量密度,但因氟化碳正极材料导电性差、振实密度低,导致该材料在电池应用中存在容量发挥率低的问题。前期研究表明,氟化碳材料颗粒尺寸、比表面积及氟化度等理化性质对其电子导电性和容量发挥率有显著影响。在研究了分级氟化碳材料微观形貌、比表面积及粒径的基础上,使用物理研磨分散方法制备了新型复合分级氟化碳正极材料。通过调控分级氟化碳材料的质量比例,研究了复合氟化碳正极材料的形貌、极片结构及电化学作用机理,并进一步对比了以复合氟化碳材料为正极材料的电池的阻抗及电化学性能。研究结果表明,采用复合分级氟化碳材料减少了极片的孔隙率,增加了颗粒之间的接触紧密度,有效降低了电池的电荷转移电阻,相比于采用单一氟化碳CF01为正极材料的电池,采用复合分级氟化碳CF73为正极材料的电池的电阻下降了62%,比能量提升了4.1%。

Li/CF_(x)一次电池研究进展

锂/氟化碳(Li/CF_(x))一次电池是目前能量密度最高的化学电源,具有输出电压稳定、安全性好、使用温度范围宽和自放电率低等特点,在军事(单兵作战系统)、医疗(心脏起搏器)、太空探索(空间站)等关键领域具有无可替代的重要性。然而,氟化碳材料的电子导电性较差,很大程度地影响了电化学反应的电极过程动力学,导致Li/CF_(x)一次电池存在高倍率放电性能差、初始放电电压延迟严重、放电过程中发热量大等问题。本文通过对近期相关文献的探讨,首先综述了Li/CF_(x)一次电池在放电机理方面的研究进展,包括两相放电反应机理模型、生成石墨层间化合物中间相的放电反应机理模型、“核-壳”模型反应机理和边缘传播放电反应机理以及最近刚被提出的三步放电反应机理等。其次,重点分析了Li/CF_(x)一次电池面临问题的解决方法,包括氟化碳材料前驱体的选择、氟化方法的改进、复合材料的构建以及电解液的改性和优化方法。其中,氟化碳纳米管、氟化富勒烯、氟化石墨烯等新型氟化碳基材料的应用为氟化碳的发展提供了新的前景。在复合材料的构建策略上,导电聚合物、金属纳米颗粒、氧化物的加入可显著降低电压延迟时间和提升倍率性能。在电解液的调控策略上,氟离子结合剂的引入和氟化锂晶体生长动力学的计算,对于溶解氟化锂和控制氟化锂的生长具有重要作用,有望实现兼具高能量密度和高功率密度的宽温域Li/CF_(x)一次电池。

氟化石墨材料的改性及其电化学性能研究

本文以商用氟化石墨为原料,通过水合肼还原的方法对氟化石墨(CFx)进行改性处理,系统研究了不同水合肼用量对材料电化学性能的影响.采用XRD、SEM、EDS、XPS、交流阻抗(EIS)和恒流放电测试技术,对改性氟化石墨材料的物相及电化学性能进行了分析研究.结果表明,采用改性氟化石墨材料制备的锂/氟化碳(Li/CFx)电池的电压滞后现象得到明显改善,且不同水合肼用量对材料的电化学性能有重要影响.H-CFx-2(CFx:C2H6O:N2H4·H2O的比例为1:2:1)材料的综合性能最佳,在0.1C倍率下,材料的克比容量达到794.5 m Ah·g-1,平台电压为2.53V,电压滞后现象的低波电压为2.37 V.

Li/CF_x电池的制备及性能研究

以氟化石墨为正极活性物质、锂片为负极,制备成104860型软包装锂/氟化碳(Li/CF_x)电池。用差示扫描量热(DSC)、SEM测试对氟化石墨的热稳定性、形貌进行分析;研究正极组分配比、电解液类型及用量对Li/CFx电池性能的影响;考察Li/CF_x电池的倍率特性。氟化石墨具有良好的热稳定性,在500℃以上才开始分解,呈规整的层状结构,表面光滑、大小较均匀,有利于电子的传输。正极组分氟化石墨、导电剂和粘结剂质量比为87.0∶5.5∶7.5,电解液1 mol/L Li PF6/EC+DMC+EMC添加量为5 g/Ah的Li/CFx电池性能较好。以0.05 C、0.10 C、0.20 C和0.50 C的倍率放电至1.5 V,容量分别为2.56 Ah、2.48 Ah、2.46 Ah和2.36 Ah。