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本文旨在改善锂-亚硫酰氯电池的高功率性能及电压滞后现象,通过实验方法及电化学测试手段对锂-亚硫酰氯电池的电化学性能研究进行了综合性的工作。
首先,本文采用酚醛树脂和乙炔黑制备了不同配比的酚醛树脂基活性炭材料,研究其作为锂-亚硫酰氯电池碳正极的电化学性能,发现当原料中酚醛树脂含量为60%(wt%)时,制备出的活性炭材料具有优异的高功率电化学性能,尤其在100mA大电流下放电容量比传统的乙炔黑碳材料提高了约10%。同时结合循环伏安CV测试获得了活性炭材料的扩散系数及SOCl2还原反应的传荷速率常数,这进一步从微观层面上论证了酚醛树脂基活性炭材料用作锂-亚硫酰氯电池的碳正极材料可改善其高功率性能。制各出的酚醛树脂基活性炭材料结合了活性炭的高反应活性,及乙炔黑中孔结构丰富能迅速容纳不溶性反应产物的优点,这有利于减小电化学极化,促进活性物质的扩散,促进SOCl2在碳材料表面的还原反应,提高其扩散系数和传荷速率常数,所以能有效改善锂-亚硫酰氯电池的高功率性能。并通过EIS测试我们还进一步得到了SOCl2还原反应过程中的速率控制因素:放电过程中碳电极界面处生成的产物膜层对SOCl2还原反应有巨大的影响,在碳正极中,SOCl2的还原控制步骤是从界面上的SOCl2还原步骤转变为SOCl2通过多孔层的扩散过程。
其次,本文将2,2-联吡啶作为锂-亚硫酰氯电池的添加剂,加入到电池电解液中,研究其对锂-亚硫酰氯电池电压滞后的影响。研究发现,2,2-联吡啶可吸附在金属锂表面,通过改变锂-亚硫酰氯电池锂电极表面钝化膜的致密结构,减小钝化膜的致密度,有利于锂离子通过钝化膜及电极/钝化膜界面的电荷转移过程,减少界面处的电荷积累,从而能达到有效改善锂-亚硫酰氯电池电压滞后的目的。研究还发现添加剂的量对改善电池电压滞后有很大关系,添加剂量少达不到改变锂电极表面钝化膜结构的效果,添加剂量多也不能改善滞后,只有适当的量0.1%(mol%)才能达到改善滞后的目的。再对锂电极进行了交流阻抗EIS测试,研究了放电状态下锂电极表面钝化膜的破裂情况,发现含有添加剂电池的锂电极Nyquist图曲线高频区圆弧直径减小值更大,进一步证实了联吡啶能改变锂电极表面钝化膜的结构,促使放电状态下钝化膜的破裂,从而改善电压滞后。