什么是鋰亞硫酰氯電池，詳解鋰亞硫酰氯電池原理與優(yōu)缺點
來源：寶鄂實業(yè)
2019-05-11 11:39
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化學(xué)原理
Li/SOCl2電池由鋰負(fù)極、碳正極和一種非水的SOCl2：LiAlCl4電解質(zhì)組成。亞硫酰氯既是電解質(zhì)，又是正極活性物質(zhì)。其他的電解質(zhì)鹽，例如LiAlCl4，在特殊設(shè)計的電池中使用過，但電解液配方不同，電極性能就不同。負(fù)極、正極和SOCl2的成分要根據(jù)電池預(yù)期獲得的性能，由制造商選定。
一般公認(rèn)的總反應(yīng)機(jī)理為：
4Li+2SOCl2→4LiCl↓+S+SO2
硫和二氧化硫溶解在過量的亞硫酰氯電解液中，而且在放電期間，由于產(chǎn)生二氧化硫，會有一定程度的壓力產(chǎn)生。在貯存期間，鋰負(fù)極一經(jīng)與電解質(zhì)接觸，就與亞硫酰氯電解質(zhì)反應(yīng)生成LiCl，鋰負(fù)極即受到在其上面形成的LiCl膜的保護(hù)。這一鈍化膜有益于延長電池的貯存壽命，但在放電開始時會引起電壓滯后，在高溫下長期貯存后的電池，在低溫下放電，其電壓滯后現(xiàn)象尤其明顯。
電解質(zhì)低的冰點（—110℃）和高的沸點（78.8℃）使得電池能夠在一個寬廣的溫度范圍內(nèi)工作，隨著溫度的下降，電解質(zhì)的電導(dǎo)率只有輕微的減少。 Li/SOCl2電池在某些組分是有毒和易燃的，因此應(yīng)避免分解電池或?qū)⑴艢忾y已打開的電池和電池組分暴露到空氣中。
鋰亞硫酰氯電池原理與優(yōu)缺點
Li/SOCl2電池工作原理
Li/SOCl2電池以鋰為負(fù)極，碳作為正極，無水四氯鋁酸鋰（LiAlCl4）的SOCl2溶液為電解液，SOCl2又是正極活性物質(zhì)。采用聚丙烯氈或玻璃纖維紙作為隔膜，其開路電壓為3.65V，電池體系可用下式表示：
Li/LiACl4-SOCl2/C
負(fù)極：4Li=4Li+ +4e
正極：2SOCL2 +4e=2SO2 +4Cl- 2SO→←（SO）2 （SO）2→←S+SO2
電池總反應(yīng)：
4Li + 2SOCl2→4LiCl + S + SO2 SO2全
部溶解于SOCl2中，S大量析出，沉積在正極碳黑中，LiCl是不溶的。
此種電池，Li與SOCl2接觸，即會發(fā)生如下反應(yīng)：
8Li + 4SOCl2 →6LiCl + Li2S2O4 + S2Cl2 或8Li + 3SOCl2 →6LiCl + Li2SO3 +2S
正因為有這種反應(yīng)，雖然Li/SOCl2電池的正極活性物質(zhì)SOCl2緊緊包圍著負(fù)極，但是實際上并沒有發(fā)生短路現(xiàn)象，這是因為負(fù)極表面形成了一層極薄的致密的LiCl保護(hù)膜（一次膜），這層膜具有電子絕緣性，對離子可以穿透，從而防止了外部的SOCl2與鋰的進(jìn)一步反應(yīng)，使鋰在SOCl2電解液中變得十分穩(wěn)定，隨著環(huán)境溫度的升高和電池貯存時間的延長，一次膜會逐漸擴(kuò)大變厚形成所謂二次膜，電池也就具有很好的貯存壽命。
也因此，使得Li/SOCl2電池有比較嚴(yán)重的電壓滯后現(xiàn)象，這種滯后現(xiàn)象使電壓一般在幾分鐘內(nèi)才能回復(fù)到峰值電壓的95%。25℃下存放兩年后的Li/SOCl2電池，由于鋰表面形成的LiCl鈍化層，初始電壓較低，如電池短路或多次用大電流剎間放電，可以將LiCl膜沖破，使工作電壓恢復(fù)。產(chǎn)物L(fēng)iCl（白色）及S（黃色）在正極碳黑內(nèi)沉積出來，部分堵塞了正極內(nèi)的微孔道。一方面使正極有些膨脹，另一方面阻礙了電解質(zhì)的擴(kuò)散，增大了濃差極化，使電池逐漸失效。
鋰亞硫酰氯電池原理與優(yōu)缺點
Li/SOCl2電池的優(yōu)點：
1，比能量很大：由于既是溶劑又是正極活性物質(zhì)，其比能量一般可達(dá)420Wh/Kg，低速率放電時最高達(dá)650Wh/Kg；
2，電壓很高：電池開路電壓為3.65V，以1mA/cm2，放電時，電壓可保持在3.3V，90%的容量范圍內(nèi)電壓保持不變；
3，比功率大：電池能以10mA/cm2或更高電流密度放電；
4，電壓精度高：常溫中等電流密度放電時放電曲線極為平坦；
5，高低溫性能好：一般可在-40—50℃內(nèi)正常工作，甚至在-50—150℃內(nèi)也能工作；-40℃時的容量約為常溫容量的50%；
6，貯存性能好：一般可濕擱置5年或更長時間；
7，全密封設(shè)計；
8，電池?zé)o內(nèi)壓：開始時無內(nèi)壓，直到放電終了時，才出現(xiàn)一定的壓力。
鋰亞硫酰氯電池原理與優(yōu)缺點
Li/SOCl2電池的缺點：
1，電壓滯后：在長期常溫或常溫貯存后，再以較大電流放電時，工作電壓急劇下降，然后緩慢回復(fù)到正常
2，安全性問題：盡管采取了某些措施，仍有可能在放電態(tài)貯存，高溫放電時發(fā)生無法控制的熱量噴發(fā)而發(fā)生爆炸
3，價格較貴
4，環(huán)境污染：SOCl2吸水后分解成鹽酸和二氧化硫，腐蝕性極強(qiáng)，所以生產(chǎn)地點必須通風(fēng)良好
SOCl2（Thionyl Chloride）的性質(zhì)：
SOCl2是一種液態(tài)的共價無機(jī)化合物，它在電池中既作為正極反應(yīng)物，又作為電解質(zhì)溶液中的溶劑。SOCl2是一種淡黃色至紅色液體，密度1.638，沸點78.8℃，熔點-105℃。能與苯，氯仿，四氯化碳等混溶，在水中分解而成亞硫酸和鹽酸，受熱分解而成為二氧化硫，氯氣和一氧氯化硫，可由二氯化硫與三氧化硫作用而成，常溫下為液態(tài)。
