【摘 要】
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本文综述了热电池的背景、发展、应用以及正极材料的研究进展,针对目前CoS2等相关正极材料的缺陷,研究制备了性能更好的Co1-xCuxS2二元二硫化物和Co1-x-yMnxCuyS2三元二硫化物正极材料,并对制备工艺进行优化及对其放电性能进行研究。具体包括以下工作:通过水热合成法制备了Co1-xCuxS2二元二硫化物正极材料,分别对Co和Cu的摩尔比例、螯合剂的比例、水热反应温度和水热反应时间等工艺
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本文综述了热电池的背景、发展、应用以及正极材料的研究进展,针对目前CoS2等相关正极材料的缺陷,研究制备了性能更好的Co1-xCuxS2二元二硫化物和Co1-x-yMnxCuyS2三元二硫化物正极材料,并对制备工艺进行优化及对其放电性能进行研究。具体包括以下工作:通过水热合成法制备了Co1-xCuxS2二元二硫化物正极材料,分别对Co和Cu的摩尔比例、螯合剂的比例、水热反应温度和水热反应时间等工艺参数进行优化。结果表明,Co和Cu摩尔比例为0.95:0.05、螯合剂与金属离子摩尔比例为0.05:1、反应温度为180℃、反应时间为26 h时制备的Co0.95Cu0.05S2样品结晶度和纯度最高,粒径为1～2μm的空心微球,比表面积最大。使用最佳工艺参数下制备的材料作为正极活性物质组装单体电池,在500℃,100 m A/cm~2条件下测试其放电性能,截止电压1.5 V时,放电比容量达到512.8 m Ah/g,脉冲放电结果也表明Co0.95Cu0.05S2材料内阻最低。研究了放电条件对Co0.95Cu0.05S2放电性能的影响,最终得出450℃为最佳放电温度,该放电温度下比容量达到了543.1 m Ah/g。通过水热合成法制备了Co1-x-yMnxCuyS2三元二硫化物正极材料,并对制备工艺进行探究。结果表明,Co、Mn和Cu比例为0.90:0.05:0.05、螯合剂使用C10H14N2Na2O8、反应温度为190℃、反应时间为24 h时制备的Co0.90Mn0.05Cu0.05S2样品纯度较高、形貌较均匀,粒径最小。研究了不同、电流密度和热搁置时间对Co0.90 Mn0.05Cu0.05S2正极材料放电性能的影响,结果表明,温度为500℃,电流密度为100 m A/cm~2条件下具有最佳放电性能,截止电压1.5V时,放电比容量为517.7 m Ah/g。不同热搁置时间下,Co0.90Mn0.05Cu0.05S2的比容量下降幅度低于Co S2。此外,对Co0.90Mn0.05Cu0.05S2三元材料的放电机理进行了简单推测,结合放电曲线分析了电化学反应过程中的产物。最后对制备的两种热电池正极材料进行市场经济分析,分析了它们的成本优势,发展前景及存在问题。
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