專利名稱：熱電池用新型復合正極材料及其制備方法
技術領域：
本發(fā)明屬于熱電池技術領域，具體涉及一種用于熱電池的新型復合正極材料；另 外，本發(fā)明還涉及該新型復合正極材料的制備方法。
背景技術：
熱電池是用電池本身的加熱系統(tǒng)把不導電的固體狀態(tài)鹽類電解質加熱熔融呈離 子型導體而進入工作狀態(tài)的一種熱激活儲備電池。熱電池內(nèi)部電解質由兩種或兩種以上的 無機鹽組成的低共熔體，常溫時，電解質是不導電固體；使用時，用外界電流引燃電池內(nèi)部 電點火頭，從而點燃電池內(nèi)部的加熱材料，使電池內(nèi)部溫度迅速上升，導致熔融鹽電解質融 化并導電，激活電池，輸出電能。使用固體鹽類電解質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、有機電解質和固體電解質的電池。這使得熱電池具有貯存時間長、激 活時間短、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和保養(yǎng)等 特點，因而在各種導彈、魚雷及核武器的工作電源中得到廣泛地應用。影響熱電池電性能的關鍵因素是電極材料的性能，理想的正極材料應具有導電率 高、穩(wěn)定性好、電極電位高等特點。1 作為熱電池的正極材料已經(jīng)得到廣泛應用，并在軍 事科學領域占有相當重要的位置。目前熱電池采用的1 正極材料基本上都呈不規(guī)則的 多面體，顆粒表面比較光滑平坦，斷口明顯的呈現(xiàn)層狀。從根本上說，產(chǎn)品的性能受限于材 料的微觀結構。此種狀態(tài)正極材料的性能受到其微觀結構的影響，即比表面積較小，利用 率有限。以球磨和機械混合方式在1 中添加電解質、石墨導電劑、Li2O后高溫真空處理 制備新型復合正極材料，提高其離子電導和電子導電性、改善其微觀結構、增大反應活化面 積、有效降低了電化學極化，進而確保熱電池能快速建立穩(wěn)定可靠的超大功率輸出，提高電 池大脈沖負載輸出能力，控制電壓變化精度。因此，新型復合正極材料制備技術可以推動高 功率瞬變輸出熱電池的發(fā)展。隨著新一代武器系統(tǒng)的發(fā)展，特別是高性能防空導彈的發(fā)展， 其需要熱電池具有瞬變大功率輸出能力，同時要求熱電池具有工作電壓穩(wěn)定、精度高的特 點，故發(fā)展高功率瞬變輸出的熱電池勢在必行。因此，開發(fā)一種新型復合正極材料及其制備 技術有利于提高我國國防科技發(fā)展的進程。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術問題是提出一種適用于高功率瞬變輸出熱電池的新型復 合正極材料，并提出該復合正極材料的制備方法。為了解決上述技術問題，本發(fā)明提供的用于高功率瞬變輸出熱電池的新型復合正 極材料，是由1 粉料、三元電解質、石墨導電劑和Li2O組成的粉末材料，以重量計，F(xiàn)eS2 粉料的含量為80 90%，三元電解質的含量為8 15%，石墨導電劑的含量為5 10%， Li2O的含量為1. 5 3%，總量為100%，其中，三元電解質為氯化鋰-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，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)明提出的新型復合正極材料的制備方法，是在容器中按比例加入1 粉料、 三元電解質以及石墨導電劑，在惰性氣氛和干燥環(huán)境保護下，機械混合后過40目篩10 15 次，球磨30min 40min后再按比例添加Li2O,再次機械混合后進行高溫真空處理后得到。隨后的試驗例將證明，F(xiàn)eS2的導電率通過添加三元電解質得到增強，其表面結構 通過添加石墨導電劑得到改善，最后添加一定比例Li2O并高溫真空處理除去天然1 礦石 中攜帶的微量雜質硫，進而起到消除1 正極材料在放電初期產(chǎn)生的電壓高峰，控制熱電 池電壓精度的作用。本發(fā)明提供的新型復合正極材料具有導電率高、負載能力強、電極化小 的特點。采用該新型復合正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。
具體實施例方式下面結合具體實施例，進一步闡述本發(fā)明。這些實施例應理解為僅用于說明本發(fā) 明而不用于限制本發(fā)明的保護范圍。在閱讀了本發(fā)明記載的內(nèi)容之后，本領域技術人員可 以對本發(fā)明作各種改動或修改，這些等效變化和修飾同樣落入本發(fā)明權利要求所限定的范圍。實施例1在容器中加入80克1 粉料、10克三元電解質以及7克石墨導電劑，在惰性氣 氛和干燥環(huán)境保護下，機械混合后過40目篩15次，球磨30min后再添加3克Li2O,再次 機械混合后進行高溫真空處理后得到新型復合正極材料，裝瓶后備用。本實施例所使用的 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%。實施例2在容器中加入83. 5克1 粉料、10克三元電解質以及5克石墨導電劑，在惰性氣 氛和干燥環(huán)境保護下，機械混合后過40目篩10次，球磨40min后再添加1. 5克Li2O,再次 機械混合后進行高溫真空處理后得到新型復合正極材料，裝瓶后備用。本實施例所使用的 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%。實施例3在容器中加入80克1 粉料、12克三元電解質以及6克石墨導電劑，在惰性氣 氛和干燥環(huán)境保護下，機械混合后過40目篩13次，球磨35min后再添加2克Li2O,再次 機械混合后進行高溫真空處理后得到新型復合正極材料，裝瓶后備用。本實施例所使用的 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%。實施例4在容器中加入80克1 粉料、11克三元電解質以及6. 5克石墨導電劑，在惰性氣 氛和干燥環(huán)境保護下，機械混合后過40目篩12次，球磨32min后再添加2. 5克Li2O,再次 機械混合后進行高溫真空處理后得到新型復合正極材料，裝瓶后備用。本實施例所使用的 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，然后隨機倒入實施例1-4 中任一實施例制得的新型復合正極材料并刮平，再倒入隔離材料并刮平，然后用鑷子將 Φ52mmX Φ49mm的石棉圈放在隔離粉上面，最后將負極材料倒入，蓋上模蓋，用壓機一體化 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26. 7A脈沖電流的負載下放電，工作電壓為65V，工作時 間可達94s以上，額定輸出功率為760. 5W，額定比功率可達2304. 5W/L，脈沖輸出功率為 1735. 5W，脈沖比功率可達5259. 1W/L。熱電池負載電流范圍變化大QOA 160A)，而工作 電壓精度高(電壓變化幅度可以控制在7V以內(nèi))。
權利要求
1.一種熱電池用新型復合正極材料，其特征在于，它是由1 粉料、三元電解質、石墨 導電劑和Li2O組成的粉末材料，以重量計，F(xiàn)eS2粉料的含量為80 90%，三元電解質的含 量為8 15%，石墨導電劑的含量為5 10%，Li2O的含量為1. 5 3%，其中，三元電解 質為氯化鋰-溴化鋰-氟化鋰體系。
2.根據(jù)權利要求1所述的熱電池用新型復合正極材料，其特征在于，氯化鋰-溴化 鋰-氟化鋰體系中，以重量計，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.權利要求1或2所述的熱電池用新型復合正極材料的制備方法，其特征在于，在容器 按比例加入1 粉料、三元電解質以及石墨導電劑，在惰性氣氛和干燥環(huán)境保護下，機械混 合后過40目篩10 15次，球磨30min 40min后再按比例添加Li2O,再次機械混合后進 行高溫真空處理后得到。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于熱電池的新型復合正極材料。它是由FeS2粉料、三元電解質、石墨導電劑和Li2O組成的粉末材料，以重量計，F(xiàn)eS2粉料的含量為80～90％，三元電解質的含量為10～15％，石墨導電劑的含量為5～10％，Li2O的含量為1.5～3％，其中，三元電解質為氯化鋰-溴化鋰-氟化鋰體系。本發(fā)明新型復合正極材料大幅度提高了熱電池在負載電流變化大的情況下的電壓輸出精度，主要應用于高功率瞬變輸出熱電池。另外，本發(fā)明還公開了上述新型復合正極材料的制備方法。
文檔編號H01M4/06GK102148352SQ20101010864
公開日2011年8月10日 申請日期2010年2月10日 優(yōu)先權日2010年2月10日
發(fā)明者胡冉, 遲亮, 鄭要武, 高俊麗 申請人:上?？臻g電源研究所