[發明專利]高比能量熱電池之單體電池

有效

• 申請號: 201110182300.2
• 申請日: 2011-06-30
• 公開（公告）號: CN102856565A
• 公開（公告）日: 2013-01-02
• 發明（設計）人: 黃海燕;高俊麗;鄭要武;胡華榮;遲亮;張麗平
• 申請（專利權）人: 上海空間電源研究所
• 主分類號: H01M6/36
• 分類號: H01M6/36;H01M4/62
• 代理公司: 上海航天局專利中心 31107
• 代理人: 鄭丹力

技術領域

本發明屬于熱電池技術領域，具體涉及一種具有高比能量的熱電池單體電池。

背景技術

隨著世界格局的變化和科學技術的飛速發展，國際上新一代先進的武器裝備層出不窮，如具有中遠程打擊能力的戰術、戰略導彈系統，這也對導彈用熱電池提出了更高的要求。高比能量熱電池成為今后主要的發展方向。

熱電池的發展國外稍快于國內，據報道，使用LiB/CoS₂電化學體系的熱電池其比能量達到120Wh/kg，但是未進入工程應用階段。國內已有報道使用LiB/NiCl₂電化學體系的熱電池其比能量達到84Wh/kg(見郭永全等《以氯化鎳作正極材料的熱電池研究，《電源技術》2010年02期》)。但是使用LiSi/CoS₂電化學體系的熱電池其比能量小于等于60Wh/kg，工作時間小于10min。

比能量是評價熱電池綜合性能的關鍵技術指標之一，提高熱電池比能量的途徑主要有：一是提高單體電池的比能量，二是輕型熱電池結構的研究。本發明主要公開單體電池的研究以提高熱電池的比能量。

熱電池單體電池由加熱粉、正極粉、隔離粉和負極粉組成。

發明內容

本發明的目的在于開發一種75Wh/kg高比能量熱電池之單體電池的關鍵設計技術，為導彈武器系統提供長壽命、高比能量的熱電池。

本發明在于熱電池使用常規的Li(Si)/LiCl-LiBr-LiF/CoS₂電化學體系，通過新型單體電池的結構設計、增加活性物質的利用率、降低熱電池的內阻等關鍵技術上取得突破，實現熱電池的重量比能量不小于75Wh/kg。本發明主要包括單體電池自身的熱平衡值設計、單體電池的正負極配比設計、負極添加劑設計和單體電池的結構設計。

單體電池自身的熱平衡值設計是通過調節單體電池中加熱粉的重量來實現，加熱粉的重量含量為30％～39％，當加熱粉重量含量小于等于30％時，正、負極活性物質的利用率低，放電時間短；當加熱粉重量含量大于等于40％時，熱電池內部的熱失控，存在安全隱患；優選30％～39％，在保證熱電池安全可靠工作的同時正、負極活性物質的利用率達到最高。

單體電池的正負極配比設計是通過調節單體電池中正、負極活性物質的重量配比來實現，通過正交試驗正、負極活性物質的重量配比為2∶1～4∶1，優選2.5∶1～3.5∶1，其活性物質的利用率最高，放電容量最大。

在負極LiSi合金中添加導電添加劑是通過在負極粉的制備過程中添加電解質來增加其導電性能。文獻資料顯示以50mA/cm²的電流密度進行恒流放電，加入10％～15％的添加劑的放電性能較為理想。在本發明中，設計的理論電流密度為170mA/cm²，通過2％～15％添加劑的電性能數據比較，當添加劑大于10％時，在保證電池安全的前提下電池內阻降低主要體現在放電初期，但是不能承受放電后期的大電流放電；如果不加添加劑或添加劑太少，內阻降低不明顯，在放電初期有明顯的電壓波谷。通過多次試驗，加入2％～10％的添加劑，其放電性能較為理想，

在傳統單體電池制備過程中，依次疊加加熱粉、正極粉、隔離粉和負極粉，然后通過壓制而成。這種制備過程的負面影響有：單體制備時，加熱粉和正極活性物質部分摻雜，加熱瞬間，部分正極活性物質受熱發生分解，造成正極活性物質利用率降低，從而制約高比能量熱電池的發展。通過在正極片與加熱片之間增加導電性能優良的石墨隔離材料，以減少加熱片對正極材料的熱沖擊，提高了正極活性物質的利用率。

附圖說明

附圖1為本發明具有高比能量的不同熱比熱電池放電過程電池殼體表面溫度隨時間變化的對比圖。

附圖2為單體電池的負極添加劑為0％的放電曲線。

附圖3為本發明具有75Wh/kg高比能量熱電池放電曲線圖。

具體實施方式

下面結合附圖和具體實施例，進一步闡述本發明。這些實施例應理解為僅用于說明本發明而不用于限制本發明的保護范圍。在閱讀了本發明記載的內容之后，本領域技術人員可以對本發明作各種改動或修改，這些等效變化和修飾同樣落入本發明權利要求所限定的范圍。

本發明優選實施例：