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新型热电池阳极Li-B合金的合成机制制备工艺与微观结构

刘志坚  
【摘要】: 本论文的研究目标是弄清热电池阳极材料Li-B合金的反应合成 机制,摸索一套能稳定制备Li-B合金的工艺,制备出性能良好的Li -B合金,确定合金的微观组织和合金中Li-B化合物的晶体结构。 根据反应合成过程中出现的物理现象,反应合成过程中物相的变 化和工艺因素对反应产物的影响,建立了整个反应合成过程的物理模 型。即将第一次反应分为表面瞬时反应、表面扩散控制和表面溶解三 个阶段;第二次反应为形核孕育和爆发性反应二个阶段。 根据本文提出的合成机制模型,发明了非晶硼粉预处理,分批加 料,强力搅拌和机械热处理系列技术。该技术降低了原材料成本、降 低了温度控制难度、提高了材热稳定性和改善了材料表现质量。所制 备的锂硼合金带其最大放电容量达6552C/g,屈服强度为16.4MPa, 抗拉强度为18.7MPa,延伸率为9.5%,热稳定温度高于600℃,其性 能已达到国际先进水平。 利用XRD,SEM技术,电子密度分析和价键理论分析方法研究 了Li-B合金中LiB化合物的形貌,晶体结构和键性。首次获得如下 结果:该化合物属于六方结构,其空间群是No194,P6_3/mmc,在单胞 中B占据(2b)位置(0,0,1/4),Li占据(2c)位置(1/3,2/3,1/4),点阵 常数为a=0.4022nm;c=0.2796nm,理论密度为1.5g/cm~3。该化合 物属于多阴离子Zintl化合物,B原子在<001>方向以弯键形式形成 共价键链B=B=B。LiB化合物形貌为沿<001>方向生长的纤维,轧 制后纤维沿轧向平行排列。


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