[發(fā)明專利]一種新型氟離子熱電池及其制備方法

在審

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• 申請日: 2020-03-23
• 公開（公告）號: CN111354954A
• 公開（公告）日: 2020-06-30
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 唐軍;占志強(qiáng);賈懷杰;趙文莉;謝天舒;趙貴平
• 申請（專利權(quán)）人: 貴州梅嶺電源有限公司
• 主分類號: H01M6/36
• 分類號: H01M6/36;H01M6/00;H01M6/18;H01M6/50;H01M4/62;H01M4/58;H01M2/16
• 代理公司: 貴州派騰知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 52114
• 代理人: 周黎亞

本發(fā)明公開了一種新型氟離子熱電池，由基片(1)、正極片(2)、隔膜片(3)、負(fù)極片(4)、集流片(5)、加熱片(6)組成，所述隔膜片(3)為三元全氟隔膜片，由電解質(zhì)和氧化鎂改性的石棉纖維混合燒結(jié)而成，所述正極片(2)由氟化物、導(dǎo)電材料、電解質(zhì)制成。本申請新型氟離子熱電池化學(xué)穩(wěn)定性好，高溫工作過程中不存在容量損失；具有高的比能量，可以提升熱電池比能量；可以提高氟離子放電容量，且負(fù)極可以選用除鋰合金以外的其他金屬，降低熱電池成本；熱電池單體開路電壓大于2.8V，可以減少電池空間高度。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于熱電池生產(chǎn)加工技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種新型氟離子熱電池及其制備方法。

背景技術(shù)

熱電池是一種熔融鹽電解質(zhì)貯備電池，在常溫下電解質(zhì)是不導(dǎo)電的固體，使用時通過撞擊火帽或點燃電發(fā)火頭，引燃單元熱電池內(nèi)部的煙火熱源，使電解質(zhì)熔融，激活熱電池組，從而給用電設(shè)備提供所需的電流和電壓?，F(xiàn)有熱電池用電解質(zhì)一般是二元E(LiCl、KCL)的混合物或者是三元全鋰(LiCl、LiBr和LiF)，電解質(zhì)中導(dǎo)電離子為鋰離子，正極材料采用的是FeS₂或CoS₂。兩電極的反應(yīng)在不同位置發(fā)生，電子通過外電路時做功而產(chǎn)生電能，內(nèi)部是以鋰離子傳導(dǎo)而導(dǎo)電。電極上存在著這樣的動態(tài)平衡，一旦外電路接通，Li-Si合金電極上的過剩電子就流向二硫化鐵電極，在二硫化鐵電極上使二硫化鐵被還原。只要電路接通，或活性物質(zhì)耗盡之前，電極上化學(xué)反應(yīng)就將繼續(xù)進(jìn)行。以Li(Si)/FeS₂電池體系為例，有關(guān)化學(xué)反應(yīng)如下：

電極反應(yīng)：

正極：FeS₂+4e^-→Fe+2S^2-；

負(fù)極：4Li－4e^-→4Li⁺；

電池總反應(yīng)：FeS₂+4Li→2Li₂S+Fe。

Li-Si/FeS₂電池體系的工作原理如圖1所示。

但是，現(xiàn)有熱電池正極材料的實際容量只有150mAh/g。隨著我國一大批“高、精、尖”新型武器系統(tǒng)的研制發(fā)展，其對配套熱電池的功率和比能量要求也越來越高。例如針對水下兵器要求電源的輸出功率、比能量高的問題，現(xiàn)有熱電池技術(shù)方面已經(jīng)不存在明顯的優(yōu)勢，需要加大力度研發(fā)電化學(xué)體系，特別是具有高單體電壓體系研發(fā)方面。金屬氟化物一般都具有高容量的特性，例如BiF₃、CuF₂、FeF₃和CoF₃等材料的理論容量分別達(dá)到302mAh/g、528mAh/g、712mAh/g和694mAh/g；氟離子熱電池對應(yīng)金屬鋰的電位平臺大于2.5V，而現(xiàn)在Li-Si/FeS₂體系有效電壓平臺在1.8V左右；氟離子熱電池負(fù)極材料選擇范圍變寬，負(fù)極材料可以是鋰硅合金以外其他金屬合金負(fù)極，例如Na、Mg的金屬合金。因此，氟離子熱電池是一種前景廣闊的新型熱電池，其能量密度是遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于鋰離子電池，并且在獲取氟離子熱電池原料過程中產(chǎn)生的環(huán)境影響遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于提取鋰和鈷所造成的環(huán)境影響。

目前，還沒有氟化物用于正極材料的報道，但是在實際試驗過程中，氟化物正極材料容量并無優(yōu)勢，且負(fù)極材料必須是鋰合金，提高了熱電池生產(chǎn)成本。

發(fā)明內(nèi)容