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电解液溶剂的比热容和锂盐溶解时的温升

已有 10751 次阅读 2017-11-18 13:47 |个人分类:锂电电解液|系统分类:科研笔记| 六氟磷酸锂, 溶剂, 锂离子电池电解液, 比热容

电解液在溶解LIPF6的过程中会升温,升温多少除了与锂盐的加入量有关,也有电解液的比热容有关.升温过快或过高,都对电解液的品质不利.因此在电解液车间的设计中,需要配置足够的致冷能力,因此,我们需要知道,一定数量的电解液调配时,其放热量有多大,电解液的温升是多少等数据.

电解液的组成中,含量最高的无疑是碳酸酯等溶剂部分,要占到总重的70~90%,这个部分对于电解液的比热容影响最大.但电解液的比热容,数据很少见到报道.那怎么办呢?

先从各原料的比热容开始.

查找文献,我只找到了EC和DEC的数据. 碳酸乙烯酯(或称碳酸亚乙酯)为1.93 KJ/(KG·℃), 碳酸二乙酯(DEC)为1.79KJ/(KG·℃).其它的,就找不着了(如果您有看到其它碳酸酯的比热容文献数据,烦请告诉我,谢谢!)

为了得到其它溶剂的比热容,我决定自己来测测看.于是设计了一个方案.通过恒流恒压电源给一个大功率电阻加热,由于电能转化为热能的转化率几乎是100%,通过计算电能就可以得出热能.整个装置在1.6L的一个保温瓶中进行,插入一支精密的温度计(精确到0.1℃).保温瓶用软木塞密封,电线和温度计从木塞上的孔中通过.

在保温瓶中加入约1.3L左右的溶剂,待电阻与溶剂恒温后,记下起始温度T1.然后开始通电并启动秒表(或手机的计时器),轻轻摇动保温瓶以使得瓶内溶剂温度均匀.到了计划时间之后,切断供电,继续摇动保温瓶使得电阻与瓶内溶剂加快热交换,温度计在1分钟之内温度变化小于0.05℃左右视为温度均匀了.停止摇动记下温度T2

由于水的比热容是已知的,对电阻进行指定时间和指定功率的加热,输入的电量Q可测量, 完全转化为热量后,这部分热量被S1(定量的水)以及S2(电阻+电线+保温瓶)这两个系统吸收.假设S1吸收的热量为Q1, S2吸收的热量为Q2, 两者的升温一样,即Δt相同.

Q=Q1+Q2

Q1为水的质量,水的比热,水的升温三个结果相乘.这三个参数都是已知的,故Q1已知.

Q2为S2系统的平均比热容和S2系统的升温两者相乘.升温是已知的,因此S2平均比热容可以计算出来.

当实验更换成未知比热容的溶剂时,输入的电量与转化后的热量还是已知(通过指定时间和指定电压和电流,Q=U*I*t), 系统S2的平均比热容已经算出来了,这样,可以简单的算出来待测溶剂的比热容了.

通过这种土办法,我们得到了以下结果:





经过检索,我还查到了EC和DEC的比热容曲线的数据,



上表数据来自《有机化合物实验物性数据手册-含碳、氢、氧、卤部分》(马沛生 主编,化学工业出版社)


比热容计算表.xlsx


此外,我们还测试了六氟磷酸锂在溶解过程中体系的温升数据,如下表。


不过,在实际的致冷量设计中,要考虑设备/管道的吸热量,因此要留有较大的余地才能保证足够的致冷量。但通过以上的数据我们大概可以估计出来锂盐溶解的放热量有多大,如果没有致冷,温升大约是多少。


(细心的读者可以发现,为什么我没有测量电解液的比热容? 因为我用的电阻没有很好绝缘密封,在电解液中液体导电会导致发生副反应而不准确,待改进后再作实验测测看)




https://wap.sciencenet.cn/blog-1213210-1085797.html

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1 范振英

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