[發明專利]硝酸共熔鹽及其用途

在審

• 申請號: 201310360301.0
• 申請日: 2013-08-16
• 公開（公告）號: CN103413953A
• 公開（公告）日: 2013-11-27
• 發明（設計）人: 牛永強;吳鑄;黃鐵生;李志林
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海微系統與信息技術研究所
• 主分類號: H01M6/36
• 分類號: H01M6/36
• 代理公司: 上海智信專利代理有限公司 31002
• 代理人: 潘振甦

技術領域

本發明涉及一類硝酸共熔鹽及用途，主要面向熱電池、高溫鋰電池、鋰離子電池等高能電池用電解質材料及傳熱介質材料技術領域的應用。

背景技術

目前熔鹽主要用于熱電池電解質材料及熱傳導介質材料領域。

熱電池又稱熱激活電池，它是用熔融鹽作為電解質，用內部熱源使電池溫度達到預定工作溫度而工作的原蓄電池。加熱儲備和長期儲存是熱電池的兩大特征。熱電池非常可靠、結實耐用，如果密封好，儲存壽命可達25年或更久；另外熱電池具有比能量高、比功率大、放電速率快、使用環境溫度寬等優點。

近些年間，開發一種用于為石油、天然氣和地熱勘探設備供能的高溫能源變得越來越重要。在石油、天然氣勘探領域，勘探設備工作溫度可高達200℃，而且如果勘探深度加深，工作溫度會更高；在地熱勘探領域，勘探設備工作溫度在200℃～400℃。我們知道，目前商業化電池工作溫度為-55℃～70℃，最高的可達200℃；軍事領域普遍應用的電池是熱電池，其工作溫度高達350℃～550℃；但對于工作在200℃～350℃間的高溫電池還是一片空白。其他領域，如汽車輪胎檢測系統、地下測壓計等對高溫電池都有著廣泛的需求。研制高溫電池的一項關鍵技術就是開發一種能在150℃～350℃左右工作的熔鹽電解質材料。

常溫時，熔鹽電解質材料是不導電固體，無法使用；在使用時，工作溫度高于熔鹽電解質熔點，固體電解質熔融形成高導電率的離子導體并導電，電池就可以被激活。所以，要開發能在150℃～350℃左右工作的熔鹽電解質材料的直接目標就是尋找一種熔點低于150℃，熱穩定溫度高于350℃的電解質材料。

另外，在工業生產中，難免不斷產生熱量或不斷需要供給熱量，因而需要傳熱介質。在現有的傳熱介質中，水或其蒸氣、有機油是十分常見的傳熱介質。但液態水的使用溫度極限低（小于100℃），而水蒸氣的熱容很小，難以滿足大量傳熱的要求；有機油具有非常低的凝固點（小于0℃），有機油的耐溫極限為393℃，傳熱介質的耐溫極限實質上限制了Rankine循環（郎肯循環）的總效率，而且有機油用于傳熱介質太昂貴。在此背景下，熔鹽作為一種傳熱介質受到廣泛關注。為了提高耐溫極限，從而提高Rankine循環總效率，傳熱介質材料必須具備熔點低、熱穩定溫度高（即工作溫度窗口寬）的特點。

本發明的主要目的是開發一種具有可接受熔點以及熱穩定溫度高的熔融鹽，解決上述關鍵技術問題。

發明內容

為了克服現有技術的缺點與不足，本發明的目的在于提供一類硝酸共熔鹽及用途，不僅可以用作高溫電池的熔鹽電解質材料，而且可用作熱量傳遞的介質材料。該硝酸共熔鹽不僅具有較低的熔點，而且熱穩定溫度較高。

一種硝酸共熔鹽，所述硝酸共熔鹽包括的組分及組分質量百分數如下：

LiNO₃，0～65%；

KNO₃，30～95%；

Ca(NO₃)₂，0～60%，其中LiNO₃或Ca(NO₃)₂組分不同時為0。

更優選，所述硝酸共熔鹽包括的組分及組分質量百分數如下：

LiNO₃，5～60%；

KNO₃，40～90%；

Ca(NO₃)₂，1～30%。

所述硝酸共熔鹽相對于現有技術具有如下的優點及效果：

（1）本發明所述硝酸共熔鹽熔點低于150℃（最低可低于110℃，為109.4℃），熱穩定溫度高于500℃（最高熱失重起始點為638℃），工作溫度范圍廣，能在150～500℃溫度范圍內正常使用，穩定性好；

（2）本發明所述硝酸共熔鹽既克服了二元硝酸熔鹽體系熔點高的缺點，又解決了硝酸鹽體系和亞硝酸鹽易高溫氧化分解所帶來的不穩定問題；

（3）本發明所述硝酸共熔鹽不僅可以用作高能電池的熔鹽電解質材料（所述的高能電池尤其是高溫鋰電池，也即高溫鋰電池是高能電池中最常見的一種），或可用作熱量傳遞的介質材料：作為高能電池的熔鹽電解質材料，該硝酸共熔鹽可用作能在150℃～500℃工作的熔鹽電解質材料；作為傳熱介質材料具有熔點低，熱穩定溫度高的優點，即工作溫度窗口寬，可改善耐溫極限對Rankine循環總效率的限制。