[發明專利]一種五組元無機熔鹽電解質的制備方法

無效

• 申請號: 201010599889.1
• 申請日: 2010-12-24
• 公開（公告）號: CN102544534A
• 公開（公告）日: 2012-07-04
• 發明（設計）人: 種晉;王巖;董靜;汪繼強
• 申請（專利權）人: 中國電子科技集團公司第十八研究所
• 主分類號: H01M6/36
• 分類號: H01M6/36
• 代理公司: 天津盛理知識產權代理有限公司 12209
• 代理人: 王來佳

技術領域

本發明屬于電化學技術領域，特別是涉及一種五組元無機熔鹽電解質的制備方法。

背景技術

熱電池是用固態無機鹽作為電解質的貯備原電池，具有穩定性和可靠性高以及貯存壽命長的特點。室溫下，固態無機鹽電解質不導電，被加熱材料加熱后呈熔融狀態的無機鹽電解質具有高的離子導電性，此時，單體電池就可以向外輸出能量了。

激活后，熱電池的電性能特征取決于單體電池的電化學體系，以及電池的結構等幾個因素。熱電池一旦被激活，只要電解質保持熔融狀態，熱電池便處于工作狀態，直到參加反應的活性物質被耗盡為止。另外一方面，即使活性物質是過量的，但由于熱電池內部熱量的散失致使電解質重新凝固，熱電池也會停止工作。

因此，在激活后，要保證熱電池能夠正常工作就必須具備下面兩個基本條件：(1)合適的電池單體電極材料以及足夠的負極和正極材料數量；(2)整個電池的形狀，以及其中所用的隔熱材料的類型與數量。

熱電池是為滿足具體電性能而專門設計的。這些具體性能不僅包括輸出電壓，輸出電流，激活后的工作壽命，激活時間等；還包括貯存環境條件，激活工作環境條件，裝配固定方法，電池表面溫度，激活方式和激活能量等等。隨著熱電池電特性需求的不同，熱電池使用熔鹽電解質有很大的不同。

2005年Serge?Schoeffert研究了熱電池建模(Serge?Schoeffert“Thermalbatteries?modeling，self-discharge?and?self-heating”；Journal?of?PowerSources?142(2005)361-369)。該研究主要使用了KCl-LiCl和LiF-LiCl-LiBr無機熔鹽電解質，目的是解決自放電以及自加熱問題。

2006年Patrick?Masset研究了基于碘化物的熱電池電解質(PatrickMasset；“Iodied-based?electrolytes：A?promising?alternative?for?thermalbatteries”；Journal?of?Power?Sources?160(2006)688-697)。該報道主要研究了二組元，三組元和四組元無機熔鹽電解質。被研究的二組元電解質主要有：熔點為354℃的55.2％KCl-44.8％LiCl，熔點為260℃的58.2％LiI-41.8％KI，熔點為368℃的14.4％LiCl-85.6％。被研究的三組元電解質主要有：熔點為443℃的9.6％LiF-22％LiCl-68.4％LiBr，熔點為312℃的0.67％LiF-53.5％LiBr-45.83％KBr，熔點為312℃的0.81％LiF-56％LiBr-43.18％KBr，熔點為341℃的3.2％LiF-13％LiCl-83.8％LiI，熔點為265℃的2.6％LiCl-57.3％LiI-40.1％KI。被研究的四組元電解質是熔點為360℃的4.9％LiF-11.2％LiCl-34.9％LiBr-49％LiI。

顯而易見，經文獻比對研究可以確定使用KCl-LiCl無機熔鹽電解質的熱電池典型工作溫度范圍為400℃～600℃；使用LiF-LiCl-LiBr無機熔鹽電解質的熱電池典型工作溫度范圍為500℃～600℃。這兩種電解質工作溫度上限不能超過正極材料的分解溫度，因此實際上熱電池的有效工作溫區很窄，嚴重限制了電池放電時間和比能量及比功率的提高。另外，在高溫與徑向離心力等動態力學負載的共同作用下，熱電池鋰合金負極材料中所含的金屬鋰或合金及其液化而被甩出，導致熱電池短路、燒毀，危及到整體裝置的安全。

發明內容

本發明的目的是克服現有技術的不足之處，提供一種一種五組元無機熔鹽電解質的制備方法，該電解質具有熔點低、電導率高、拓寬電池工作溫區、提高電池比能量和應用安全性能，以及延長電池工作壽命的特點。

本發明一種五組元無機熔鹽電解質的制備方法，包括以下制備過程：

(1)稱取質量百分比含量為：LiCl?10％-15％，LiBr為20％-25％，KBr為12％-20％，CsBr為25％-30％，LiI為10％-33％的藥品；

(2)將(1)中稱取好的藥品放入工作溫區可以達到1000℃的普通電阻坩堝爐中；

(3)將(2)坩堝爐中充入氬氣或氮氣，爐中溫度500℃-600℃，焙燒1h～10h；

(4)用石英棒攪拌成電解質熔體后，取出坩堝，將電解質熔體迅速倒在不銹鋼板上在氬氣或氮氣保護的手套箱中冷卻，熔體成為塊狀電解質；