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凭借其输出功率高、贮存时间长、可靠性高等优良特性,热电池被广泛用作导弹、鱼雷等先进武器装备的工作电源。由于放电电压低于2V,FeS2、CoS2等传统过渡金属硫化物阴极材料已不能满足武器装备对热电池日益增长的性能要求,极大地限制了热电池技术的发展。具有较高电极电位的阴极材料成为了热电池研究热点之一,其中分解温度在800℃以上、理论电压和理论容量分别为2.64V(vs.Li)和413 mAh/g的NiCl2备受关注。然而,采用传统的LiCl-KCl、LiF-LiCl-LiBr熔盐电解质时,NiCl2热电池出现放电容量偏低、电压不稳定的现象,难以满足实际应用要求。为了改善NiCl2热电池的放电性能,本文主要研究了 NiCl2阴极材料在传统的LiF-LiCl-LiBr熔盐电解质和不含溴元素的LiF-LiCl-Li2SO4熔盐电解质中的相容性和放电性能。首先,采用LiF-LiCl-LiBr熔盐作为电解质研究了无水NiCl2的恒流放电和脉冲放电特性,LiSi/LiF-LiCl-LiBr/NiCl2单体电池恒流放电时的放电电压的平稳性和放电容量都随着电流密度的增加而大幅降低,脉冲放电测试表明单体电池的极化内阻在放电过程中波动变化。以NiCl2与LiF-LiCl-LiBr熔盐电解质之间的相容性为切入点进一步研究分析了导致LiSi/LiF-LiCl-LiBr/NiCl2单体电池放电性能较差的原因,热分析和XRD测试结果表明,NiCl2与LiF-LiCl-LiBr熔盐电解质中的LiBr在高温下发生了化学反应,EDX能谱线扫测试结果表明该反应将导致单体电池阴极层中熔盐电解质和阴极材料的成分发生变化。在阴极层中添加电解质粉(EB)后可以显著提升放电电压的平稳性。其次,为避免NiCl2与熔盐电解质在高温下发生化学反应,采用不含LiBr的LiF-LiCl-Li2SO4低共熔熔盐作为与NiCl2适配的电解质,研究了 LiF-LiCl-Li2SO4熔盐电解质的熔点、电导率等性质以及NiCl2在LiF-LiCl-Li2SO4熔盐电解质中的相容性和恒流放电性能。热分析和XRD测试结果表明NiCl2在高温下与LiF-LiCl-Li2SO4熔盐电解质具有良好的相容性。LiSi/LiF-LiCl-Li2SO4/NiCl2单体电池在恒流放电测试中表现出平稳的放电电压。在500 mA/cm2电流密度下进行放电时,单体电池放电平台的电压在2 V左右,截止电压1.2 V以上的放电容量可达377 mAh/g。LiSi/LiF-LiCl-Li2SO4/NiCl2单体电池的能量密度和功率密度等性能较采用LiF-LiCl-LiBr熔盐电解质的单体电池有显著提升。最后,研究了 NiCl2-NiF2复合阴极材料在LiF-LiCl-Li2SO4熔盐电解质中的电化学性能。NiCl2-NiF2复合阴极材料可以缓解LiSi/LiF-LiCl-Li2SO4/NiCl2单体电池在小电流放电过程中出现的电压平台降低现象。同时,NiF2的添加可以减低单体电池放电中后期的极化内阻,提升单体电池在大电流条件下的放电电压。