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

【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。