摘 要：二硫化钴是制备高功率热电池中的一种重要的正极材料，其应用可以有效地解决二硫化铁体系热电池超压、电压区间窄、工作时间较短和长时间贮存性能下降等问题。加强对二硫化钴的研究，对于电池的性能的具有重要意义，本文主要针对高功率热电池用二硫化钴制备及性能测试内容进行详细分析，以促进整个行业的发展。

关键词：高功率热电池;二硫化钴;电池制备;性能测试

热电池贮存时电解质为不导电的固体，使用时用电发火头或撞针机构引燃其内部的加热药剂，使电解质熔融成为离子导体而被激活的一种储备电池。

1 高功率热电池的制备与测试

1.1 二硫化钴的制备

二硫化钴是制备高功率热电池的一种重要材料，往往以硫磺粉和钴粉作为原材料，通过高温加热的方式制取。其制备过程为：将金属钴粉和硫粉两者按比例称量混合，然后將其密封至英管中，完成上述操作后，将密封好的石英管轻置于不锈钢反应釜中进行加热，反应结束后，通过自然冷却的方式得到二硫化钴晶体，然后要做好相应的粉碎作业，并且要完成相应的筛选作业。再通过高温脱硫与锂化削峰，就可以获取到制备高功率热电池的应用的二硫化钴。

1.2 高功率热电池的装配

由于热电池制备使用的原材料的吸湿性强，因此热电池的整个生产过程及零部件准备均应在相对湿度不大于3%的干燥房内进行。首先，将正极料二硫化钴负极料锂硅合金粉以及隔膜料，通过压片模将三者压制成复合片。再用同样的方式将加热粉压制为加热片。接着按一定的叠装方式将加热片、复合片、集流片等装配成15//15的电池堆，最后在电池堆外裹上石棉纸、云母带等保温材料，并用纤维带对其进行固定。将包裹好的电池堆装入不锈钢金属壳内，通过焊接的方式对其进行密封，制成试验所用的热电池。

1.3 热电池的物理性能检测

本次试验对热电池的性能进行检测方式如下：将热电池放在高低温箱内，将温度设置为预期试验温度，保温6h。6h过后进行高低温放电试验，其放电时序为：额定电流10A，100s后加载5个30A/200ms的脉冲，要对电压值进行准确记录，反映热电池的具体性能。

2 采用二硫化钴制备高功率热电池性能测试的分析

2.1 热电池的外表与粒度形式

利用扫描电子显微镜（SEM）进行观察，通过观察可以发现，颗粒外表会呈现出坑坑洼洼的特点，并且会存在大量的孔道构造，这一结构扩大了热电池中电解质的触碰面积，也降低了电流的密度，使放电水平得到了提高。通过估算，这种多孔构造的二硫化钴结构的堆积密度在（1.09～1.12）g/cm3之间，与通过自然堆积法测量出的密度相比，要小很多。

通过灼烧失重法对二硫化钴进行测定，该试验需在620℃氮气保护下进行，结果显示其灼烧失重率仅为0.105%，表明在620℃下，二硫化钴分解量较小，二硫化钴具有不错的热稳定性，能够减少热电池在被激活后，温度骤升引起硫化物正极的分解，同时，也提高了其在应用过程中的安全性，这在一定程度上拓宽了热电池的工作区间。

利用二硫化铁和二硫化钴正极分别制作单体电池，并且装配热电池，完成相应的作业后，开展高低温电池性能试验，对电池的放电初期和后期的内阻情况进行考察，具体考察结果如表1所示。

通过表1中数据可以发现，在相同条件下，二硫化钴的内阻与二硫化铁相比内阻更低，分析其原因如下：

①二硫化铁自身是一种半导体材料，而二硫化钴具有电子导电性，从理论上来说，其电阻率为0.002Ω·cm，其要远低于17.7Ω·cm，利于降低二硫化钴这估计材料在实际工作过程中的欧姆极化;②二硫化铁和二硫化钴都是立方晶型，但是二硫化铁晶粒相对较大，结构较规则，表面积相对较小，而二硫化钴多数都为人合成的，其表面积较大，因此，在负载相同的情况下，二硫化钴正极的阴极极化电流的密度较小，这也就造成了电化学极化点处于一个相对较低的状态;③因为锂离子会参与到电极反应中，而在正晶格间锂离子会呈现出不同的扩散速度，同时，电解质接触界面上溶解度呈现出的差异性也会对阴极极化造成对应影响。

由此可见，二硫化钴正极材料适合应用在高比功率、高比能量的热电池研制中，在应用中其优势十分明显，因此，在日后高功率热电池的研制过程中，应当加强对二硫化钴的研究工作，使其性能特点可以得到充分发挥，提高电池性能。

高功率热电池用二硫化钴制备及性能测试可以热电池的物理性能检测、热电池的外表与粒度形式、灼烧失重、内阻测试等多个方面入手，从而使热电池的性能可以得到进一步提升，满足应用需求，促进相关行业的发展。

[1]李静.固体氧化物燃料电池电解质制备方法的研究[J].广州化工，2017，45（14）：23-24+27.

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