[發明專利]一種熱電池用多孔陶瓷纖維隔膜材料及其制備方法

有效

• 申請號: 202110059923.4
• 申請日: 2021-01-18
• 公開（公告）號: CN113644379B
• 公開（公告）日: 2023-07-25
• 發明（設計）人: 龍金;夏堃宇;胡健;王建勇;郭灝;唐立成;鄒睿
• 申請（專利權）人: 華南理工大學;貴州梅嶺電源有限公司
• 主分類號: H01M50/434
• 分類號: H01M50/434;H01M50/44;H01M50/489;H01M50/491;H01M50/494;H01M50/403;H01M6/36
• 代理公司: 北京瑞恒信達知識產權代理事務所(普通合伙) 11382
• 代理人: 侯淑紅

本發明涉及一種熱電池用多孔陶瓷纖維隔膜材料及其制備方法。本發明的隔膜材料由陶瓷纖維和無機粘結劑組成。本發明的隔膜材料可廣泛應用于大功率輸出的高電壓熱電池以及大脈沖型熱電池之中，這兩種類型的熱電池可作為魚雷、潛射核武、高超聲速巡航導彈、高超聲速飛行器和臨近空間飛行器等武器裝備的主電源使用。

技術領域

本發明屬于熱電池隔膜材料技術領域，具體涉及一種熱電池用多孔陶瓷纖維隔膜材料及其制備方法。

背景技術

熱電池又稱熱激活電池，主要是以固態熔融鹽為電解質，依靠電激活或機械激活等方式引燃內部熱源，激活后電池的加熱系統達到工作溫度(工作溫度在350℃～550℃之間)，此時固態熔融鹽電解質由固態轉變為液態，從而正負極通過與電解質反應產生工作電壓的一種貯備電池，由于熱電池具有激活速度快，瞬時輸出功率高，不需維護，不受安裝方位限制，耐苛刻力學環境條件強和貯存壽命長等突出優點，被廣泛應用于各種戰略戰術導彈、火箭、魚雷、核武器等武器系統中，熱電池技術水平與高端國防武器裝備發展息息相關。

熱電池主要由正極、負極、隔熱材料、隔膜質(隔膜、電解質)材料等部分組成。研制這些材料的目的就是提升熱電池輸出功率，安全性能等，以用于滿足軍用武器不斷發展的需求。鋰合金/二硫化鐵熱電池(例如：Li-Al/FeS2、Li-Si/FeS2、Li-B/FeS2)是目前最先進的熱電池體系之一，已經存在近30年了，正負極材料的研制進展緩慢，想依靠研究正負極材料來提升熱電池的輸出功率等性能已經變得越來越難。熱電池內部是由正極、負極、隔膜、加熱片等圓片狀材料層層疊加起來的。為了盡可能提升熱電池的功率和能量密度要求盡可能減少零件的厚度。正極，負極的薄厚程度是由預期所需要的電極活性物質的量決定的，但卻可以通過制備更薄的隔膜使電池的內阻下降。目前我國熱電池隔膜使用的是氧化鎂壓片隔膜，氧化鎂壓片隔膜是氧化鎂粉末混合電解質粉末通過壓力設備進行簡單的機械壓制形成的。由于氧化鎂粉末壓片隔膜的機械適應力低，特別是隔膜厚度小于0.5mm和直徑大于5cm的時候，隔膜變得易碎。較厚的氧化鎂壓片隔膜增加了熱電池的內阻，降低熱電池的輸出功率。較小的隔膜也阻礙設計生產更大的單元熱電池。而且氧化鎂壓片隔膜在長時間放電的情況下存在熔融電解質泄漏的風險，從而導致熱電池的正負極接觸而造成短路等問題。

為了提升熱電池的安全性能和輸出功率，可以使用多孔陶瓷纖維隔膜，其中的陶瓷纖維是無機纖維，其由于脆性大，強度高等自身特點造成陶瓷纖維在濕法成型的過程中是難以分散和成型的，分散性不好的陶瓷纖維會造成制備的陶瓷隔膜材料均勻度差，局部強度低，難以進行后續加工等問題。陶瓷纖維隔膜在濕法成型后，如果使用有機膠黏劑后隔膜在550攝氏度的條件下工作不會再具備相應的強度，這樣就無法保證熱電池正常安全高效的放電。因此陶瓷纖維隔膜的濕法成型工藝以及增強工藝顯得尤為重要。

發明內容

針對上述現有技術存在的問題，本發明的目的在于提供一種熱電池用多孔陶瓷纖維隔膜材料及其制備方法，本發明的隔膜材料采用濕法成型工藝制備，未使用有機膠黏劑，僅使用了無機粘結劑進行增強，降低了熱電池隔膜的厚度，提升熱電池的安全性能。

本發明的隔膜材料可廣泛應用于大功率輸出的高電壓熱電池以及大脈沖型熱電池之中，這兩種類型的熱電池可作為魚雷、潛射核武、高超聲速巡航導彈、高超聲速飛行器和臨近空間飛行器等武器裝備的主電源使用。

本發明的前述目的采用如下技術方案來實現。

一方面，本發明提供一種熱電池用多孔陶瓷纖維隔膜材料，該隔膜材料由陶瓷纖維和無機粘結劑組成。

優選地，以重量百分含量計，所述陶瓷纖維占所述隔膜材料的50％-80％，優選為50％。

優選地，以重量百分含量計，所述無機粘接劑占所述隔膜材料的20％-50％，優選為50％。

優選地，所述陶瓷纖維選自氧化鋁纖維、硅酸鋁纖維、碳化硅纖維和氮化硼纖維組成的一種或者多種，優選為硅酸鋁纖維，更優選為莫來石陶瓷纖維。