[發明專利]一種基于氟碳化物電極的一次熱電池及其制備方法

有效

• 申請號: 201410787072.5
• 申請日: 2014-12-18
• 公開（公告）號: CN104538580A
• 公開（公告）日: 2015-04-22
• 發明（設計）人: 祖麗皮亞·沙地克;傅正文
• 申請（專利權）人: 復旦大學
• 主分類號: H01M4/06
• 分類號: H01M4/06;H01M6/36
• 代理公司: 上海正旦專利代理有限公司 31200
• 代理人: 陸飛;盛志范

技術領域

本發明屬于電化學技術領域，具體涉及一種一次熱電池及其制備方法。

背景技術

熱電池是一種高溫儲備一次電池，電解質為固態熔融鹽，常溫下不導電，使用時，通過電激活或者機械激活的方式將引燃紙點燃，在加熱片的作用下電池內部溫度迅速上升，固態電解質瞬間熔融成離子型導體，從而使電池進入工作狀態，因此稱之為熱電池。目前，熱電池已被廣泛應用于高技術武器當中，如導彈、反導導彈、核武器、各種先進炸彈、炮彈、水雷以及一些作戰武器的點火裝置中，還可應用在火箭的配套動力電源及軍用引信電源。

作為熱電池的正極材料，需具備以下一些特點：(1)具有較高的電位（相對于鋰大于2V）；(2)導電性能好；(3)?在?200-750℃時可保持優良的熱穩定性、化學穩定性及物理穩定性；(4)與電解質不發生反應；(5)?生成的反應物能夠導電或溶入電解質，以減小內阻。

目前應用廣泛且技術成熟的熱電池正極材料有過渡金屬氧化物（五氧化二釩（V2O5）,氧化錳（MnO2）等），金屬硫化物（如FeS2,CoS2-等）。其中，金屬氧化物正極材料雖然具有較高的電壓平臺，但熱穩定性較差，且高溫時易脫氧，化學穩定性差，易于與鹵化物電解質發生反應，電子的導電性差,容量較小。而金屬硫化物熱穩定性較差，電池激活瞬間，每個單體電池會出現瞬間電壓尖峰，這使電壓平穩性下降，縮短了電池的工作壽命。

發明內容

本發明的目的是提供一種性能優良、價格低廉的一種基于氟碳化物電極的一次熱電池及其制備方法

本發明提出的一次熱電池正極材料是具有高比容量，熱穩定性好的氟碳材料。經研究表明此類材料已經被廣泛應用于室溫鋰/氟化碳一次電池中。本發明首次提出氟碳化物（0<氟碳摩爾比<2）材料在熱電池中應用的報道。

?本發明提供的基于氟碳化物（0<氟碳摩爾比<2）電極的一次熱電池，其中，電解質采用200-750℃的高溫鋰離子電解質；正極采用氟碳化物材料，其中，氟碳摩爾比在0～2之間，通過氟碳材料與電解質混合后得到，或者將氟碳材料直接用于氟碳熱電池正極；負極采用鋰或鋰合金。

上述一次熱電池的制備方法，具體步驟為：

步驟1，采用常規工藝，制備200-750℃的高溫鋰離子電解質，制備鋰或鋰合金負極；

步驟2，制備正極：將氟碳材料與電解質混合后得到氟碳熱電池正極，或將氟碳材料直接用于氟碳熱電池的正極；

步驟3，組裝電池：將正極，鋰或鋰合金負極，高溫電解質按通常電池組裝工藝組成氟碳熱電池。

本發明中，氟碳材料的結構由X射線粉末衍射儀（XRD，Bruker?D8）確定。

本發明中，氟碳材料的熱穩定性由熱重分析儀（美國TA-德國Pfeiffer?SDT?Q600-GSD?301?T2）進行分析。

本發明中，采用熱電池活性檢驗電池自動放電系統測試氟碳熱電池的電化學性能。所有材料的制備，電池壓制，各零部件的生產均在干燥室內進行。

附圖說明

圖1為實施例1??基于氟碳化物（0<氟碳摩爾比<2）電極的一次熱電池的結構示意圖。

圖2為實施例1??氟碳材料的X射線粉末衍射圖。

圖3為實施例1??氟碳材料的熱重分析圖。

圖4為實施例1??氟碳化物（0<氟碳摩爾比<2）電極的一次熱電池在450℃，電流密度為0.2A/cm²時的放電曲線。

具體實施方式

為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合實施例，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅用以解釋本發明，并不用于限定本發明。

實施例

如圖1所示，基于氟碳化物（0<氟碳摩爾比<2）電極的一次熱電池，其中氟碳熱電池電解質采用200-750℃的高溫鋰離子電解質；氟碳熱電池正極通過氟碳材料與電解質混合后得到，或者將氟碳材料直接用于氟碳熱電池正極；氟碳熱電池負極采用鋰或鋰合金。其中，電解質采用LiCl-KCl(以質量比45:50混合)高溫電解質和氧化鎂粘結劑（質量比0.8：1-1.2:1）混合并壓片；正極可采用商品氟化碳與電解質混合并壓片；負極材料為鋰硅合金。

圖2，X射線衍射圖在12°和?40°出現的兩個寬峰可以歸屬為氟化碳材料，表明本實例中采用氟化碳作為熱電池正極。

圖3，熱重分析測試表明本實例采用的氟化碳材料在550℃以上出現質量損失，500℃之前無明顯的失重過程。說明本實例中采用的氟化碳正極具有良好的熱穩定性。