一种碳化硅负极材料熔盐热电池及其制备和测试方法技术

本发明专利技术公开了一种碳化硅负极材料熔盐热电池及其制备和测试方法，属于电极技术领域。碳化硅负极材料熔盐热电池以碳化硅作为工作电极的负极材料，具有成本低、环境友好的优势。碳化硅负极材料中无锂元素的存在，可合理避免在放电过程中锂金属卤化物电解质中阳离子比例发生变化和锂合金负极材料在锂金属卤化物电解质中溶解度增加的问题，解决锂合金负极材料与锂金属卤化物电解质互相影响的问题。本发明专利技术还提供了该熔盐热电池的制备和测试方法，制备方法工艺简单，便于大规模生产运用，测试方法针对性强，为将碳化硅作为新型材料用于热电池负极材料提供了直观准确的依据。池负极材料提供了直观准确的依据。池负极材料提供了直观准确的依据。

【技术实现步骤摘要】
一种碳化硅负极材料熔盐热电池及其制备和测试方法


[0001]本专利技术涉及电极
，尤其涉及一种碳化硅负极材料熔盐热电池及其制备和测试方法。

技术介绍

[0002]热电池是用电池本身的加热系统把不导电的固体状态盐类电解质加热熔融呈离子型导体而进入工作状态的一种热激活储备电池，具有比能量高、比功率大、激活速度快、使用环境温度宽、贮存时间长、不需要维护等优点，目前已应用在许多先进的高新技术武器中，如导弹、核武器、各种先进炸弹、火炮、水雷等。正、负极材料是热电池的关键组元之一，影响着热电池电化学性能。目前研究过的负极材料主要包括钙负极材料、纯锂负极材料、锂合金负极材料等，其中最具潜力的当属锂合金负极材料，目前在军事科学领域应用中，Li
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Si/FeS2电池占有很大的市场份额，如发射导弹、火箭、炮弹的配套动力电源热电池的负极材料均是采用锂硅合金粉，这种电池较钙系（Ca/CaCrO4，Ca/Fe2O3）、镁系（Mg/V2O5）热电池有着大功率放电、高比能量、结构紧凑等优点，但是锂硅合金中活性锂的含量也大幅降低，而且在放电过程中，在这些合金内会形成一些降低电极电势、电化学容量、致使热电池性能下降的化合物。
[0003]中国专利CN115799442A公开了一种LiB电极材料及其制备方法和应用，该专利技术以LiB电极材料为负极，以纳米材料或骨架材料和纳米材料的混合物为原料制备防溢流层，其中的纳米材料所具有的较大的吸附能力和毛细作用能够实现对LiB合金表面的粘附和封堵，从而抑制LiB合金中液态金属锂在高温和复杂力学条件下的溢流。然而锂离子的半径小，长期的使用过程中，在微观层面仍无法杜绝锂离子进入电解质，目前广泛应用的LiCl
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KCl二元电解质以及LiCl
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LiBr
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LiF三元电解质都对锂合金负极性能产生一些消极影响，前者随着负极材料中的锂离子不断进入，导致电解质中阳离子比例发生变化，引起电解质熔点升高，电阻增加，反应提前终止；后者会使得负极活性物质在其中的溶解度增加，导致由此引起的自损耗过程增加。由此可见现有的负极材料已不能满足对其提出的更高的性能及使用要求。

技术实现思路

[0004]有鉴于现有技术的上述缺陷，在本专利技术的第一方面，提供了一种电化学活性高、稳定性好的碳化硅负极材料熔盐热电池，所述碳化硅负极材料熔盐热电池包括处于密闭和无氧环境下的工作电极、对电极和电解质；所述工作电极和所述对电极分别与集流体连接，并由所述电解质隔开；所述工作电极由碳化硅制成。
[0005]本专利技术的设计思路在于，碳化硅中无锂元素的存在，以此作为负极材料并用作工作电极，可以避免锂合金热电池负极材料所导致的锂金属卤化物电解质中阳离子比例发生变化，以及负极材料在锂金属卤化物电解质中溶解度增加的问题，碳化硅有望成为取代现有热电池负极材料的新型负极材料。
[0006]优选的，所述对电极由石墨或镁铝合金制成。
[0007]优选的，所述电解质为LiCl
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KCl熔融盐。
[0008]在本专利技术的第二方面，提供了一种工艺简单、制备方便的碳化硅负极材料熔盐热电池的制备方法，包括如下步骤：S1、粉末状碳化硅压片制成工作电极，将工作电极、对电极与集流体连接，备用；S2、在密闭环境与惰性气体氛围中，将与集流体连接的工作电极、对电极置于电解质并由其隔开形成两电极体系，得到碳化硅负极材料熔盐热电池。
[0009]在本专利技术的第三方面，提供了一种碳化硅负极材料熔盐热电池的测试方法，包括测试用碳化硅负极材料熔盐热电池的组装和对其所用碳化硅负极材料的评估，所述测试用碳化硅负极材料熔盐热电池包括工作电极、对电极、参比电极构成的三电极体系，所述评估采用的方法包括循环伏安法、X射线衍射法、计时电位法中的至少一种。
[0010]由于将碳化硅作为热电池负极材料为一项创新性的尝试，且其性质和含锂负极材料存在较大差异，因此现有的含锂负极材料的测试方法存在针对性差、不全面的缺点。为了验证将碳化硅材料作为热电池负极材料的可行性，本专利技术组装并设计了针对该需求所提出的测试方法。通过循环伏安法、X射线衍射法、计时电位法对碳化硅负极材料电化学活性和结构稳定性进行评估，用以判断碳化硅是否达到热电池负极材料的标准。
[0011]优选的，所述测试用碳化硅负极材料熔盐热电池的组装的方法如下：粉末状碳化硅经压片处理制成工作电极，以石墨或镁铝合金为对电极，以银电极作为参比电极；分别将工作电极和对电极与集流体连接，随后将工作电极、对电极、参比电极在密闭环境与惰性气体氛围下插入电解质中由其隔开并封装形成三电极体系，得到测试用碳化硅负极材料熔盐热电池。
[0012]进一步优选的，所述碳化硅的质量为0.5~1.5g。
[0013]优选的，所述循环伏安法、计时电位法均在惰性气体氛围下进行测试。
[0014]进一步优选的，采用循环伏安法进行评估时，碳化硅负极材料熔盐热电池采用的对电极选用石墨。
[0015]进一步优选的，采用循环伏安法进行评估时，测试的温度为400~550℃。
[0016]进一步优选的，采用循环伏安法进行评估时，测试的电压窗口包括0.3~
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1.5V、0~
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2.1V、
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0.5~
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2.1V中的至少一种。
[0017]进一步优选的，采用循环伏安法进行评估时，测试的扫描速率为0.1~1mV/s。
[0018]进一步优选的，采用X射线衍射法对碳化硅负极材料熔盐热电池一次充放电后的碳化硅进行评估，测试的衍射范围为5~90
°
，扫描速率为3~10
°
/min。
[0019]进一步优选的，采用计时电位法进行评估时，碳化硅负极材料熔盐热电池采用的对电极选用镁铝合金。
[0020]进一步优选的，采用计时电位法进行评估时，测试的温度为400~500℃。
[0021]进一步优选的，采用计时电位法进行评估时，测试的恒电流范围为0.1~1A。
[0022]与现有技术相比，本专利技术具有以下优点和有益效果：本专利技术提供了一种碳化硅负极材料熔盐热电池，以碳化硅作为工作电极的负极材料，具有成本低、环境友好的优势。碳化硅负极材料中无锂元素的存在，可合理避免在放电过程中锂金属卤化物电解质中阳离子比例发生变化和锂合金负极材料在锂金属卤化物电
解质中溶解度增加的问题，解决锂合金负极材料与锂金属卤化物电解质互相影响的问题。
[0023]本专利技术提供了一种碳化硅负极材料熔盐热电池的制备方法，该方法采用碳化硅制成的工作电极、对电极在电解质中构成两电极体系，其工艺简单、制备方便，便于大规模生产运用。
[0024]本专利技术提供了碳化硅负极材料熔盐热电池的测试方法，其针对性强，通过循环伏安法、X射线衍射法、计时电位法测试三电极体系下热电池的性能，为将碳化硅作为新型材料用于热电池负极材料提供了直观准确的依据。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种碳化硅负极材料熔盐热电池，其特征在于：所述碳化硅负极材料熔盐热电池包括处于密闭和无氧环境下的工作电极、对电极和电解质；所述工作电极和所述对电极分别与集流体连接，并由所述电解质隔开；所述工作电极由碳化硅制成。2.根据权利要求1所述的碳化硅负极材料熔盐热电池，其特征在于：所述对电极由石墨或镁铝合金制成；所述电解质为LiCl
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KCl熔融盐。3.一种如权利要求1所述的碳化硅负极材料熔盐热电池的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：S1、粉末状碳化硅压片制成工作电极，将工作电极、对电极与集流体连接，备用；S2、在密闭环境与惰性气体氛围中，将与集流体连接的工作电极、对电极置于电解质并由其隔开形成两电极体系，得到碳化硅负极材料熔盐热电池。4.一种如权利要求1所述的碳化硅负极材料熔盐热电池的测试方法，包括测试用碳化硅负极材料熔盐热电池的组装和对其所用碳化硅负极材料的评估，其特征在于：所述测试用碳化硅负极材料熔盐热电池包括工作电极、对电极、参比电极构成的三电极体系，所述评估采用的方法包括循环伏安法、X射线衍射法、计时电位法中的至少一种。5.根据权利要求4所述的测试方法，其特征在于：所述循环伏安法、计时电位法均在惰性气体氛围下进行测试。6.根据权利要求4所述的测试方法，其特征在于，所述测试用碳化硅负极材料熔盐热电池的组装的方法如下：...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙海鸥，赵梅玉，李晓平，张子轩，梁仁和，尹华意，
申请(专利权)人：北京精仪天和智能装备有限公司，
类型：发明
国别省市：