[發(fā)明專(zhuān)利]熱電池CoS2正極材料的配方及處理工藝

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201010595002.1
• 申請(qǐng)日: 2010-12-20
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN102544482A
• 公開(kāi)（公告）日: 2012-07-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 吳啟兵;萬(wàn)偉華;龔英韜;魏俊華;張勇;吳展強(qiáng);趙洪楷
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 梅嶺化工廠(chǎng)
• 主分類(lèi)號(hào): H01M4/58
• 分類(lèi)號(hào): H01M4/58;H01M4/08
• 代理公司: 貴陽(yáng)中新專(zhuān)利商標(biāo)事務(wù)所 52100
• 代理人: 吳無(wú)懼

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于熱電池技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種熱電池正極材料CoS₂的配方及處理工藝。

背景技術(shù)

熱電池即熱激活電池，它是以熔鹽作電解質(zhì)，利用熱源使其熔化而激活的一次貯備電池。在常溫下電解質(zhì)為不導(dǎo)電固體，電池通過(guò)撞擊火帽或點(diǎn)燃電發(fā)火頭，引燃電池組內(nèi)煙火熱源，使電池組內(nèi)溫度瞬時(shí)升高到450℃～550℃，電解質(zhì)熔融成高電導(dǎo)的離子導(dǎo)體，激活熱電池組，輸出電能。熱電池具有比能量和比功率高、使用環(huán)境溫度寬（一般為-55℃～+70℃）、貯存時(shí)間長(zhǎng)（10～25年）、激活時(shí)間短（一般小于1.5s）、結(jié)構(gòu)緊湊、不受安裝方位的影響、良好的力學(xué)性能、不需要維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)。

目前的熱電池主要為鋰系熱電池，一般以過(guò)渡金屬的硫化物作為正極材料，以鋰合金作為負(fù)極材料。目前成熟的正極材料主要為FeS₂，但研究熱點(diǎn)集中在CoS₂正極材料。FeS₂在熱電池應(yīng)用中最大的缺點(diǎn)就是其熱穩(wěn)定性較低，一般在550℃時(shí)要發(fā)生熱分解，產(chǎn)生硫蒸汽，硫蒸汽很容易與負(fù)極中的鋰合金發(fā)生放熱反應(yīng)，從而產(chǎn)生更多的熱量，致使FeS₂分解加速，最終導(dǎo)致電池過(guò)早失效。而CoS₂的熱穩(wěn)定性較高，可高達(dá)650℃以上，這較FeS₂高了近100℃，相當(dāng)于擴(kuò)大了熱電池的有效工作溫區(qū)近100℃，這對(duì)提高熱電池的比能量及工作壽命具有十分重要的意義。CoS₂的電阻率為0.002?Ω·cm，遠(yuǎn)低于FeS₂的17.7?Ω·cm，更有利于降低電極的歐姆極化，而且CoS₂為多孔狀結(jié)構(gòu)，增加了CoS₂的比表面積，有利于降低電化學(xué)極化。

由于人工合成的CoS₂正極材料表面含有大量的硫單質(zhì)，高溫會(huì)產(chǎn)生硫蒸氣，使電池內(nèi)部的氣壓增大，導(dǎo)致電池的安全性存在問(wèn)題，因此不能直接用于熱電池中，需要經(jīng)過(guò)前期的處理才能作為熱電池的正極材料。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是：提供一種熱電池CoS₂正極材料的配方及處理工藝，通過(guò)對(duì)熱電池正極材料二硫化鈷CoS₂進(jìn)行工藝及配方處理，去除其中的雜質(zhì)，提高其熱穩(wěn)定性，消除熱電池激活瞬間出現(xiàn)的高電壓，提高輸出電壓的平穩(wěn)性，從而改善熱電池的安全性和提高活性物質(zhì)利用率，以克服現(xiàn)有技術(shù)存在的高溫會(huì)產(chǎn)生硫蒸氣，使電池內(nèi)部的氣壓增大，導(dǎo)致電池的安全性存在問(wèn)題等不足。

本發(fā)明的熱電池正極材料CoS₂的配方：其質(zhì)量百分比組成為：二硫化鈷CoS₂為70.5%～85%，氧化鋰為5%～15%，共熔鹽為16%～25%。

共熔鹽的組成以質(zhì)量百分比計(jì)量為36.53%的LiBr、12.05%的LiCl與51.42%的KBr的混合，此為低電導(dǎo)率共熔鹽的混合。

共熔鹽的組成以質(zhì)量百分比計(jì)量為0.68%的LiF、42.03%的KBr與57.29%的LiBr的混合，此為高電導(dǎo)率共熔鹽的混合。

共熔鹽的組成以質(zhì)量百分比計(jì)量為68.44%的LiBr、22%的LiCl和9.56%的LiF的混合，此為三元全鋰共熔鹽混合。

本發(fā)明的熱電池正極材料CoS₂的配方處理工藝：將正極活性物質(zhì)二硫化鈷CoS₂材料放入搪瓷盤(pán)中，放入真空干燥箱內(nèi)進(jìn)行90℃～250℃高溫除水；將除水后的正極活性物質(zhì)二硫化鈷CoS₂材料在惰性氣體保護(hù)下進(jìn)行290℃～500℃高溫?zé)Y(jié)4h～8h，冷卻后過(guò)篩，再在正極活性物質(zhì)二硫化鈷CoS₂材料中加入5%～15%的氧化鋰，16%～25%的共熔鹽混合進(jìn)行330℃～500℃燒結(jié)4h～6h，冷卻至室溫，碾磨，過(guò)80目篩，這樣即制成耐高溫?zé)犭姵卣龢O復(fù)合材料，裝瓶備用。該材料具有較好的熱穩(wěn)定性，可以提高熱電池輸出電壓的平穩(wěn)性，其中氧化鋰起到抑制電池激活瞬間出現(xiàn)高電壓的作用，共熔鹽對(duì)正極活性物進(jìn)行熱保護(hù)，在正極活性物質(zhì)表面形成包覆作用，可以增大電化學(xué)反應(yīng)接觸點(diǎn)，從而降低極化。