技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明涉及化學(xué)電源領(lǐng)域，特別涉及熱電池用超薄型單體電池及其制備方法。
背景技術(shù)：
作為一次性貯備電池，熱電池在貯存狀態(tài)下電解質(zhì)為不導(dǎo)電的固體，可長期貯存而無性能衰減；激活時，電解質(zhì)迅速熔融形成高電導(dǎo)的離子導(dǎo)體，電池可在極短時間內(nèi)對外高功率輸電。這些優(yōu)勢使得熱電池在武器系統(tǒng)中得以廣泛應(yīng)用。典型的熱電池中除了加熱系統(tǒng)和保溫系統(tǒng)外，其電化學(xué)體系包括負(fù)極、正極以及電解質(zhì)隔離層。
負(fù)極材料可以是鋰鋁合金、鋰硅合金、鋰硼合金或者是LAN（金屬鋰固定在鐵粉或其它金屬粉中）。正極材料主要有二硫化鐵和二硫化鈷。電解質(zhì)為低溫共熔鹽，如氯化鋰-氯化鉀體系、氯化鋰-溴化鋰-氟化鋰體系、氯化鋰-溴化鋰-溴化鉀體系等。在熱電池工作狀態(tài)下，為了防止熔融的電解質(zhì)流動，需要加入流動抑制劑制成隔離粉后使用，流動抑制劑應(yīng)不與金屬鋰反應(yīng)，常用的流動抑制劑為氧化鎂。熱電池的加熱材料使用較多的是活性鐵粉和高氯酸鉀體系。
熱電池的正負(fù)極材料、隔離層材料以及加熱材料多為粉末狀態(tài)，因此在制備熱電池單體電池時，主要采用粉末壓制的方法成型。如將一定質(zhì)量的加熱材料放入圓形模具中，刮平后用液壓機(jī)加壓保持一段時間后，即可制得加熱圓片。同樣的辦法可以制得正極圓片、隔離層圓片以及負(fù)極圓片。將這些圓片按照加熱片、正極片、隔離片以及負(fù)極片的順序堆疊在一起，并施加一定的壓力即構(gòu)成熱電池的單體電池。
雖然熱電池具備激活時間快，大功率放電能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，但應(yīng)用需求要求進(jìn)一步縮短熱電池的激活時間，并增加大功率放電能力。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
為解決所述問題，本發(fā)明提供熱電池用超薄型單體電池，包括依次疊加的加熱片、正極片、隔離片以及負(fù)極片，所述單體電池的厚度為0.6~1mm。
進(jìn)一步，所述隔離片由低溫共融鹽和氧化鎂混合壓制而成，所述隔離片的厚度為0.25~0.35mm。
進(jìn)一步，所述負(fù)極片的材料為LiB，所述的負(fù)極片的厚度為0.07~0.10mm。
進(jìn)一步，所述正極片的材料包括二硫化鐵、二流化鈷中的一種或兩種，還包括氧化鎂，氧化鎂的質(zhì)量百分比為0~15%。
本發(fā)明還提供所述的熱電池用超薄型單體電池的制造方法，本發(fā)明所提供的方法將加熱片、正極片，隔離片與負(fù)極片一次壓制成型。
進(jìn)一步，包括：步驟一、在模具中依次加入加熱粉、正極粉、隔離粉、負(fù)極片；步驟二、一次壓制成型。
進(jìn)一步，加熱粉、正極粉、隔離粉粉碎至200目以下。
進(jìn)一步，將加熱粉刮平后，通過篩網(wǎng)將正極粉抖落在加熱粉表面；將正極粉刮平后，通過篩網(wǎng)將隔離粉抖落在正極粉表面；將隔離粉刮平后，將負(fù)極片放在隔離粉表面。
進(jìn)一步，先在壓輥上涂厚度在0.05~0.3微米的油層，再進(jìn)行壓制。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)包括：
針對快激活高功率放電熱電池的性能需求，首次公開了一種厚度在0.6~1.0mm的超薄型單體電池及其制備方法。單體電池中隔離層的厚度保證不少于0.25mm，負(fù)極采用LiB合金片，厚度小于0.1mm，正極中添加少量氧化鎂以增加成型性能并提高機(jī)械強(qiáng)度。單體電池的制備采用四層片一次壓制成型工藝。
本發(fā)明提供的熱電池超薄型單體電池，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度高，絕緣性能好，電池安全性能得以保證；激活過程傳熱迅速，可以縮短激活時間；激活后單體電池內(nèi)阻低，適合高功率放電。
具體實施方式
由背景技術(shù)可知電池具備激活時間快，大功率放電能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，但應(yīng)用需求要求進(jìn)一步縮短熱電池的激活時間，并增加大功率放電能力。發(fā)明人針對上述問題進(jìn)行研究，認(rèn)為原因在于現(xiàn)有單體電池的阻值過大，不利于熱電池大功率放電，同時電堆高度的增加也減緩了熱電池的激活速度。目前在制備熱電池時，為了保證不被壓碎，單層片的厚度一般控制在不少于0.4mm，單體電池的厚度一般在2mm左右，最薄的也在1.5mm以上。這種工藝雖然保證了熱電池的可靠性，但也導(dǎo)致了熱電池的內(nèi)阻增加。
發(fā)明人經(jīng)過進(jìn)一步研究，在本發(fā)明中提供熱電池用超薄型單體電池及其制備方法。
本發(fā)明提供熱電池用超薄型單體電池，包括依次疊加的加熱片、正極片、隔離片以及負(fù)極片，所述單體電池的厚度為0.6~1mm。所述隔離片由低溫共融鹽和氧化鎂混合壓制而成，所述隔離片的厚度為0.25~0.35mm。所述負(fù)極片的材料為LiB，所述的負(fù)極片的厚度為0.07~0.10mm。為了保證熱電池的可靠性，隔離層的厚度與現(xiàn)有熱電池的隔離層相比，變化不大。所述正極片的材料包括二硫化鐵、二流化鈷中的一種或兩種，還包括氧化鎂，氧化鎂的質(zhì)量百分比為0~15%。
本發(fā)明的實施例中，單體電池中正極、負(fù)極的厚度都在0.2mm以下，易造成極片不完整缺陷。為了獲得完整的極片，所有粉料必須粉碎至200目以下；負(fù)極片采用鋰硼合金片。為了確保上層粉料的加入不會擾動下層已刮平的粉料，在加入上層粉料時，通過篩網(wǎng)緩慢將粉料落入下層已攤平的粉料上。刮平的標(biāo)準(zhǔn)可以由本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)實際工況確定。要將鋰硼合金片壓制到0.1mm左右存在困難，因為鋰硼合金片會與壓輥之間產(chǎn)生結(jié)合力，導(dǎo)致薄型鋰硼合金片無法順利從壓輥上取下。采取措施是在壓輥上預(yù)先涂一層薄薄的油層，防止鋰硼合金片與壓輥之間粘連。但是，油層不能過多，否則鋰硼合金片表面帶有較多油層，會影響電性能以及電池安全性。在本發(fā)明的實施例中，薄型鋰硼合金片上油層的厚度在0.05~0.3微米左右。
實施例1
正極粉活性成分為二硫化鐵，氧化鎂含量占正極粉質(zhì)量的10%。依次將加熱粉、正極粉、隔離粉放入直徑30mm的模具中攤平，然后放入鋰硼負(fù)極片，一次壓制而成。壓制成型后形成的單體電池厚0.76mm，其中，加熱片厚0.25mm，正極片厚0.16mm，隔離片厚0.28mm，負(fù)極片厚0.07mm。將32個單體電池采用16個串聯(lián)，兩組并聯(lián)的形式組成熱電池，常溫下放電峰壓為33.1V，電壓升至26.4V所需時間為0.125s。
實施例2
正極粉活性成分為二硫化鈷，不添加氧化鎂。依次將加熱粉、正極粉、隔離粉放入直徑27mm的模具中攤平，然后放入鋰硼負(fù)極片，一次壓制而成。壓制成型后形成的單體電池厚0.82mm，其中，加熱片厚0.27mm，正極片厚0.16mm，隔離片厚0.30mm，負(fù)極片厚0.09mm。將48個單體電池采用16個串聯(lián)，三組并聯(lián)的形式組成熱電池，-40oC下貯存4小時后，進(jìn)行放電，峰壓為32.2V，電壓升至25.6V所需時間為0.098s。
實施例3、正極粉活性成分為二硫化鐵和二硫化鈷，二者質(zhì)量比為1:1，氧化鎂含量占正極粉質(zhì)量的7.5%。依次將加熱粉、正極粉、隔離粉放入直徑22mm的模具中攤平，然后放入鋰硼負(fù)極片，一次壓制而成。壓制成型后形成的單體電池厚0.90mm，其中，加熱片厚0.32mm，正極片厚0.16mm，隔離片厚0.32mm，負(fù)極片厚0.10mm。將18個單體電池串聯(lián)組成熱電池，60oC下貯存4小時后，進(jìn)行放電，峰壓為37.1V，電壓升至29.7V所需時間為0.089s。
本發(fā)明公布的熱電池超薄型單體電池，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度高，絕緣性能好，電池安全性能得以保證；激活過程傳熱迅速，可以縮短激活時間；激活后單體電池內(nèi)阻低，適合高功率放電。
本發(fā)明雖然已以較佳實施例公開如上，但其并不是用來限定本發(fā)明，任何本領(lǐng)域技術(shù)人員在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，都可以利用上述揭示的方法和技術(shù)內(nèi)容對本發(fā)明技術(shù)方案做出可能的變動和修改，因此，凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實質(zhì)對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化及修飾，均屬于本發(fā)明技術(shù)方案的保護(hù)范圍。