海水电池粉末多孔铜系正极制备工艺

海水电池中粉末多孔铜系正极制备工艺研究制作人：王雪靖研究目的和意义铜系列海水电池与铅系列海水电池相比不污染环境，与银系列海水电池相比价格低廉，而且性能稳定，具有很高的研究价值。

本课题主要以氧化铜作为海水电池正极材料，研究粉末多孔铜系正极的制备工艺，旨在于探寻既廉价性能指标又优异的正极材料。主要研究内容（1）氧化铜正极制备工艺探索。（2）电极性能测试手段：线性扫描伏安法（LSV）（3）电池放电性能测试。负极：铝合金、镁合金活性物质添加剂粘结剂导电剂涂膏方法CuOCuS或SCMC乙炔黑画笔涂刷法（一）正极制备工艺研究氧化铜硫化铜乙炔黑CMC实验组质量/g百分比质量/g百分比质量/g百分比质量/g百分比A15.61770%1.64220%0.4015%0.4035%A26.02175%1.21115%0.4015%0.4065%A36.41880%0.82510%0.4035%0.4005%A46.81585%0.4075%0.4065%0.4005%A57.20290%0.0000%0.4075%0.4055%表3-1氧化铜正极配方（1）制备氧化铜正极CMC手动搅拌至粉末混合均匀60℃恒温水浴中搅拌器以900转/分的速度搅拌5h去离子水用画笔刷涂法涂膏在鼓风干燥箱中70℃干燥4h，然后室温干燥20h利用对辊机将极片压平至表面膏体均匀氧化铜正极硫化铜泡沫镍集流体氧化铜乙炔黑图3-1海水电池氧化铜正极制备工艺流程图（2）组装电池①铝合金处理。砂纸打磨，水洗，吹干②正极片打孔，拴系导线。③组装电池。（3）电池放电测试将组装好的电池进行0.2C、0.05C、0.02C倍率放电。图3-3A2-A5电池20mA放电曲线的叠加图3-4A4和A5组电池5mA放电曲线的叠加①开始放电时，2mA放电曲线与20mA、5mA放电曲线相比，电压下降缓慢，电压平台接近零伏②硫化铜含量越高，电压下降越缓慢③对于图3-5中出现的电压回升现象，有新的成流反应发生，或者电极表面发生活化图3-5A2和A3组电池2mA放电曲线的叠加（4）实验过程中存在的问题及解决方案存在的问题解决方案活性物质脱落严重调节粘结剂含量至10%60℃水浴搅拌水分蒸发严重常温搅拌压片后泡沫镍部分裸露，涂膏一遍涂覆的正极膏较少反复涂膏3次电池放电性能差负极改用镁合金CMC10%手动搅拌至粉末混合均匀常温下搅拌器以500转/分的速度搅拌2h加水使CMC：水=2:98用画笔刷涂法涂膏80℃干燥15min，反复涂膏并干燥3遍,最后鼓风干燥1h利用对辊机将极片压至厚度为0.740mm氧化铜正极硫化铜5%泡沫镍集流体氧化铜80%乙炔黑5%图3-2氧化铜正极制备最优工艺流程图（二）正极添加剂的研究组别氧化铜质量/g百分数添加剂质量/g百分数乙炔黑质量/g百分数CMC质量/g百分数B14.880%0.3（CuS）

5%0.35%0.610%B24.880%0.3（S）

5%0.35%0.610%B34.060.7%1.6（S）24.3%0.35%0.6610%B45.185%无

0%0.35%0.610%表4-1氧化铜正极配方（1）正极极膏配方（2）电极性能测试（LSV）图4-1B1-B4组电极线性极化曲线对比在一定过电位范围内，四组电流顺序为B1>B2>B3>B4，说明，正极中添加CuS和S均可以改善正极放电性能，而在极化较大时，S和CuS的加入并不能明显改善正极性能。（3）放电性能比较理论容量计算正极：负极：m1：正极质量m2：未涂膏前集流体质量n：反应电子转移数M：活性物质的摩尔质量μ：活性物质在极膏中所占百分数。理论分析CuO和S按摩尔比混合性能最好，因此本章重点研究了B3组电池的放电性能组别电池测试电流B12mA，5mAB22mA，5mAB32mA，5mA，10mA，20mA，50mAB42mA，5mA，10mA，20mA①2m公A恒流馅放电名和5m烧A恒流电放电图4-绑6丑B薄1~社B4组2m散A放电非曲线悄叠加极对比图4-屡7陈B轮1~捆B4组5m赠A放电进曲线六叠加阵对比图4-棒8以B1组理专论容尖量为斤标准晨的2m际A电压侦容量饲叠加填对比图4-岗9以B1组理末论容表量为强标准镰的5m召A电压域容量桨叠加秩对比组别开路电压/V第一放电平台第二放电平台>0.4V总容量/mAh区间/V宽度/h容量/mAh区间/V宽度/h容量/mAhB11.560.8-0.8726.452.80.5-0.6>7>14>66.8B21.30.81-0.9232.8565.70.5-0.6>1>2>67.7B31.360.8-0.8815.731.40.4-0.5>15>30>61.4B41.370.75-0.817.835.60.43-0.5>40>60>75.6组别理论容量/mAh第一放电平台第二放电平台>0.4V总容量/理论容量容量/理论容量容量/理论容量B1138.3538.16%>10.1%>48.26%B2109.659.94%>1.8%>61.74%B373.142.95%>41%>83.95%B493.5438.06%>64.14%>102.2%表4-境3统B钱1~厦B4组电坚池2m邻A放电脊数据观对比表4-剂4公B她1~哥B4组电颤池2m很A放电舅容量柿对比组别理论容量/mAh第一放电平台第二放电平台>0.4V总容量/理论容量放电容量/理论容量放电容量/理论容量B1138.3552.4%>7.2%>59.6%B2109.659.3%——59.3%B373.192.48%68.4%160.88%B493.5422.72%>427.6%>450.32%组别开路电压/V第一放电平台第二放电平台>0.4V总容量/mAh区间/V宽度/h容量/mAh区间/V宽度/h容量/mAhB11.560.77-0.8414.572.50.45-0.482>10>82.5B21.310.81-0.911365——————65B31.360.74-0.913.5267.60.4-0.461050117.6B41.390.79-0.844.2521.250.41-0.4680400421.25表4-移5序B羡1~画B4组电包池5m抵A放电业数据纳对比表4-私6迁B蕉1~效B4组电孤池5m喝A放电绣容量盼对比②10护mA恒流损放电医和20折mA恒流堪放电图4-警14萍B3、B4组电泡池10虑mA放电羊曲线喘叠加减对比图4-岁15良B3、B4组20滥mA恒流烂放电奶叠加抓对比组别开路电压/V第一放电平台第二放电平台>0.4V总容量/mAh区间/V宽度/h容量/mAh区间/V宽度/h容量/mAhB31.270.72-0.813.4340.31-0.415150184B41.160.77-0.853.8638.60.41-0.4214140178.6组别理论容量/mAh第一放电平台第二放电平台>0.4V总容量/理论容量放电容量/理论容量放电容量/理论容量B373.146.5%205.2%251.2%B493.5441.2%149.7%190.9%表4-纯7花B架3、B4组电视池10殊mA放电陈数据架对比表4-挖8包B微3、B4组电士池10皇mA放电踏容量陶对比组别开路电压/V第一放电平台第二放电平台总容量/mAh区间/V宽度/h容量/mAh区间/V宽度/h容量/mAhB31.270.71-0.781200.31-0.48160180B41.160.75-0.811.85370.32-0.45511001137组别理论容量/mAh第一放电平台第二放电平台总实际容量/理论容量实际容量/理论容量实际容量/理论容量B373.127.4%218.9%264.3%B493.5439.5%1176%1215.5%表4-拾9勒B挣3、B4组电适池20闸mA放电奖数据瞒对比表4-应10政B1樱~B则4组电某池20劫mA放电絮容量抽对比③同种强组分舱不同掘放电爬电流呆的叠丧加对和比图4-塌24暴B3组电省池不卡同放笋电电畏流的虹叠加籍对比放电闪电流宰越大乞，平俱台电须压越药小，段电流终过大折时，惭第一矿平台药由于宪极化顿过大视逐渐督消失搂。由饭此说踩明所杆做的漆氧化痛铜正尊极小硬电流钥放电性能较好认，而橡大电孩流放尤电性票能不惊佳。结论（1）最盒终确沫定了庸海水危电池放氧化多铜正睬极的疯最佳挠制备政工艺能以及魔较好胳的配荒方。（2）小删电流射放电碑时，S和Cu俩S的加瞎入均飞可以双提高崇平台窝电压圣和平弊台宽均度，Cu祖O与S按摩誉尔比泳加