專利名稱：熱電池用特種改性負(fù)極材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于熱電池技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種用于熱電池的特種改性負(fù)極材料；另 外，本發(fā)明還涉及該負(fù)極材料的制備方法。
背景技術(shù)：
熱電池是用電池本身的加熱系統(tǒng)把不導(dǎo)電的固體狀態(tài)鹽類電解質(zhì)加熱熔融呈離 子型導(dǎo)體而進(jìn)入工作狀態(tài)的一種熱激活儲(chǔ)備電池。熱電池內(nèi)部電解質(zhì)由兩種或兩種以上的 無機(jī)鹽組成的低共熔體，常溫時(shí)，電解質(zhì)是不導(dǎo)電固體；使用時(shí)，用外界電流引燃電池內(nèi)部 電點(diǎn)火頭，從而點(diǎn)燃電池內(nèi)部的加熱材料，使電池內(nèi)部溫度迅速上升，導(dǎo)致熔融鹽電解質(zhì)融 化并導(dǎo)電，激活電池，輸出電能。使用固體鹽類電解質(zhì)是熱電池的主要特征，它明顯地區(qū)別 于使用水溶液電解質(zhì)、有機(jī)電解質(zhì)和固體電解質(zhì)的電池。這使得熱電池具有貯存時(shí)間長、激 活時(shí)間短、輸出電流密度大、比能量較高、使用溫度范圍廣、在貯存期間無需維護(hù)和保養(yǎng)等 特點(diǎn)，因而在各種導(dǎo)彈、魚雷及核武器的工作電源中得到廣泛地應(yīng)用。影響熱電池電性能的關(guān)鍵因素是正負(fù)兩極材料的性質(zhì)，理想的負(fù)極材料應(yīng)具有優(yōu) 良的導(dǎo)電性能和安全性、比容量大、比功率高、電極化小等特點(diǎn)。LiSi合金作為熱電池的負(fù) 極材料已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用，但是相對(duì)新興材料LiB合金中鋰的質(zhì)量百分含量高達(dá)68% 70%, LiSi合金中鋰的質(zhì)量百分含量只有42. 5% 45. 5%，含鋰量適中，熱電池的比能量 很難進(jìn)一步提高。況且，目前LiB合金的應(yīng)用還處于實(shí)驗(yàn)室階段，很多技術(shù)問題——如LiB 合金低溫放電初期電壓存在凹坑、激活時(shí)間偏長等難題還未得到徹底解決。相比之下，LiSi 合金技術(shù)成熟，對(duì)其進(jìn)行特種改性是迅捷提高熱電池比能率切實(shí)有效的手段。負(fù)極材料 LiSi合金在使用之前，在惰性氣氛和干燥環(huán)境保護(hù)下，通過混篩研磨工藝，添加一定比例熔 鹽共熔體，加強(qiáng)LiSi合金負(fù)極材料與隔離材料之間的兼容性，改善LiSi合金表面結(jié)構(gòu)，拓 展鋰離子的快速擴(kuò)散通道，降低電池內(nèi)阻，繼而提高熱電池高功率瞬變輸出能力。因此，特 種改性LiSi合金負(fù)極材料制備技術(shù)可以推動(dòng)高比功率熱電池的發(fā)展。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于提出一種導(dǎo)電率高、兼容性好、電極化小，用于熱 電池的特種改性負(fù)極材料，并提出該特種改性負(fù)極材料的制備方法。為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供的用于熱電池的特種改性負(fù)極材料，是一種 含LiSi合金和熔鹽共熔體的粉末材料，它由LiSi合金添加適量熔鹽共熔體后混篩研磨形 成。以重量計(jì)，LiSi合金的含量為95 98%，熔鹽共熔體的含量為2 5%，總量為100%。 其中熔鹽共熔體為氯化鋰-溴化鋰-氟化鋰(LiCl-LiBr-LiF)體系。優(yōu)選地，本發(fā)明上述氯化鋰-溴化鋰-氟化鋰(LiCl-LiBr-LiF)體系中三種鹽的 比例，以重量計(jì)，氯化鋰的含量為19 25%，溴化鋰的含量為65 71%，氟化鋰的含量為 6 12%，總量為100%。本發(fā)明提出的特種改性負(fù)極材料制備方法，是在容器中按比例加入LiSi合金粉和熔鹽共熔體，在惰性氣氛和干燥環(huán)境保護(hù)下，機(jī)械混合后過60目篩5 10次，球磨 20min 30min后得到。隨后的試驗(yàn)例將證明，本發(fā)明提供的特種改性負(fù)極材料具有導(dǎo)電率高、兼容性好、 電極化小的特點(diǎn)，采用該特種改性負(fù)極材料研制的熱電池具有瞬間輸出功率大、電壓精度 高的特點(diǎn)。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合具體實(shí)施例，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。這些實(shí)施例應(yīng)理解為僅用于說明本發(fā) 明而不用于限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。在閱讀了本發(fā)明記載的內(nèi)容之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員可 以對(duì)本發(fā)明作各種改動(dòng)或修改，這些等效變化和修飾同樣落入本發(fā)明權(quán)利要求所限定的范圍。實(shí)施例1在容器中加入95克LiSi合金粉和5克LiCl-LiBr-LiF熔鹽共熔體，在惰性氣氛 和干燥環(huán)境保護(hù)下，機(jī)械混合后過60目篩10次，球磨30min后得到特種改性負(fù)極材料，裝 瓶后備用。本實(shí)施例所使用的LiCl-LiBr-LiF熔鹽共熔體中，氯化鋰的含量為19%，溴化鋰 的含量為71%，氟化鋰的含量為10%。實(shí)施例2在容器中加入96克LiSi合金粉和4克LiCl-LiBr-LiF熔鹽共熔體，在惰性氣氛 和干燥環(huán)境保護(hù)下，機(jī)械混合后過60目篩8次，球磨20min后得到特種改性負(fù)極材料，裝瓶 后備用。本實(shí)施例所使用的LiCl-LiBr-LiF熔鹽共熔體中，氯化鋰的含量為25%，溴化鋰的 含量為65%，氟化鋰的含量為10%。實(shí)施例3在容器中加入97克LiSi合金粉和3克LiCl-LiBr-LiF熔鹽共熔體，在惰性氣氛 和干燥環(huán)境保護(hù)下，機(jī)械混合后過60目篩5次，球磨25min后得到特種改性負(fù)極材料，裝瓶 后備用。本實(shí)施例所使用的LiCl-LiBr-LiF熔鹽共熔體中，氯化鋰的含量為22%，溴化鋰的 含量為66%，氟化鋰的含量為12%。實(shí)施例4在容器中加入98克LiSi合金粉和2克LiCl-LiBr-LiF熔鹽共熔體，在惰性氣氛 和干燥環(huán)境保護(hù)下，機(jī)械混合后過60目篩7次，球磨28min后得到特種改性負(fù)極材料，裝瓶 后備用。本實(shí)施例所使用的LiCl-LiBr-LiF熔鹽共熔體中，氯化鋰的含量為25%，溴化鋰的 含量為69 %，氟化鋰的含量為6 %。試驗(yàn)例在規(guī)格為Φ52πιπι的模具中倒入加熱材料并用刮刀刮平，然后倒入正極粉并刮平， 再倒入隔離材料并刮平，然后用鑷子將Φ52πιπιΧ Φ49mm的石棉圈放在隔離粉上面，最后隨 機(jī)將實(shí)施例1-4中任一實(shí)施例制得的特種改性負(fù)極材料倒入，蓋上模蓋，用壓機(jī)一體化壓 制，脫模后得到了單體電池。將38片上述單體電池串聯(lián)，并裝入Φ62Χ110的不銹鋼電池殼中。按照常規(guī)方 法測定，在11. 7A恒電流和10個(gè)26. 7A脈沖電流的負(fù)載下放電，工作電壓為65V，工作時(shí) 間可達(dá)94s以上，額定輸出功率為760. 5W，額定比功率可達(dá)2304. 5W/L，脈沖輸出功率為1735. 5W，脈沖比功率可達(dá)5259. 1W/L。
權(quán)利要求
1.一種熱電池用特種改性負(fù)極材料，其特征在于，它是由LiSi合金和熔鹽共熔體組成 的粉末材料，以重量計(jì)，LiSi合金的含量為95 98%，熔鹽共熔體的含量為2 5%，且熔 鹽共熔體為氯化鋰-溴化鋰-氟化鋰體系。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱電池用特種改性負(fù)極材料，其特征在于，氯化鋰-溴化 鋰-氟化鋰體系中，以重量計(jì)，氯化鋰的含量為19 25%，溴化鋰的含量為65 71%，氟 化鋰的含量為6 12%。
3.權(quán)利要求1或2所述熱電池用特種改性負(fù)極材料的制備方法，其特征在于，在容器 中按比例加入LiSi合金粉和熔鹽共熔體，在惰性氣氛和干燥環(huán)境保護(hù)下，機(jī)械混合后過60 目篩5 10次，球磨20min 30min后得到。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種熱電池用特種改性負(fù)極材料。它是由LiSi合金和熔鹽共熔體組成的粉末材料，以重量計(jì)，LiSi合金的含量為95～98％，熔鹽共熔體的含量為2～5％，且熔鹽共熔體為氯化鋰-溴化鉀-氟化鋰體系。LiSi合金的表面結(jié)構(gòu)通過添加上述熔鹽共熔體得到改性，進(jìn)而使其與熱電池用隔離材料之間的兼容性加強(qiáng)，拓展了鋰離子的擴(kuò)散通道，繼而提高了熱電池高功率瞬變輸出能力。本發(fā)明主要應(yīng)用于高功率瞬變輸出熱電池。另外，本發(fā)明還公開了熱電池用特種改性負(fù)極材料的制備方法。
文檔編號(hào)H01M4/08GK102148353SQ20101010863
公開日2011年8月10日 申請(qǐng)日期2010年2月10日 優(yōu)先權(quán)日2010年2月10日
發(fā)明者胡冉, 遲亮, 鄭要武, 高俊麗 申請(qǐng)人:上?？臻g電源研究所