[發(fā)明專利]一種熱電池用自放熱高電位陰極材料及其制備方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010461059.6
• 申請日: 2020-05-27
• 公開（公告）號: CN111613797A
• 公開（公告）日: 2020-09-01
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 唐康康;吳啟兵;馮勇;唐立成
• 申請（專利權(quán)）人: 貴州梅嶺電源有限公司
• 主分類號: H01M4/62
• 分類號: H01M4/62;H01M6/36
• 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)明屬于熱電池正極制作技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種熱電池用自放熱高電位陰極材料及其制備方法，該材料由燃燒劑、氧化劑、助燃劑、導(dǎo)電劑、去極化劑混合而成，本發(fā)明的熱電池用陰極材料能夠作為熱源燃燒放熱，激活電池，并且產(chǎn)物能夠作為電極活性物質(zhì)，輸出電能，該材料輸出電壓高、熱穩(wěn)定性好，適用于高比能、長時間熱電池，采用該自放熱高電壓熱電池陰極材料制備的熱電池，具有工作電壓高、輸出容量大的特點。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于熱電池正極制作技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種熱電池用自放熱高電位陰極材料及其制備方法。

背景技術(shù)

熱電池通常有加熱片、陰極片、隔膜片和陽極片組成。

熱電池中使用的加熱片由Fe粉還原劑與KClO₄氧化劑組成；陰極片通常以金屬硫化物、氧化物或氟化物為主，輔以適量電解質(zhì)和導(dǎo)電劑，以減小電化學(xué)極化；隔膜片通常由KCL-LiCl或LiCl-LiBr-LiF電解質(zhì)添加MgO吸附劑而成；陽極片由LiSi或LiB鋰合金組成。

常溫下隔膜片中的電解質(zhì)為固態(tài)，對電子絕緣的同時也對離子絕緣，熱電池處于穩(wěn)定狀態(tài)，不對外輸出電能。熱電池的激活工作方式如下：加熱片通過煙火熱源點燃后，釋放出熱量被隔膜片中的電解質(zhì)吸收，使得電解質(zhì)發(fā)生相變，由絕緣固態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娮咏^緣、離子高電導(dǎo)的熔融態(tài)，使陽極片的鋰離子能通過熔融的電解質(zhì)遷移至陰極片進(jìn)行電化學(xué)反應(yīng)，進(jìn)而產(chǎn)生電壓，輸出電能。

通常為了保證充足的熱量和較高的電能輸出容量，按重量計，加熱片的重量占到了熱電池的10％～30％，陰極片重量占到了熱電池的15％～35％，在常規(guī)熱電池中加熱片不能參加電能輸出，所以加熱片的用量占比會影響電池的比容量，因此，若能開發(fā)一種具有加熱和陰極的雙重作用的陰極材料，對于提升電池比能量是非常有益的。

為此，美國專利US2007/0292748公布了一種具有自加熱功能的陰極材料，它由Fe和KClO₄為燃燒劑和氧化劑，以反應(yīng)產(chǎn)物FeO為陰極活性物質(zhì)，但使用該陰極材料制成陰極片，其放電峰值電壓只有1.8V，并且受限于反應(yīng)Fe和KClO₄的反應(yīng)活性過大，F(xiàn)e粉的質(zhì)量比達(dá)到了70％～90％，KClO₄為10％～30％，能夠生成最多30％的FeO(Fe與KClO₄完全反應(yīng)的質(zhì)量比約為1:1.27)，存在鐵粉過量的問題。

中國公布了一項專利CN107978766A，以Fe和LiClO₄作燃燒反應(yīng)原料，反應(yīng)產(chǎn)物FeO為陰極活性物質(zhì)，改進(jìn)了配方，在配方中引入了LiF和LiBr電解質(zhì)，降低了材料的互溶和極化，使得該陰極材料的峰值電壓達(dá)到了2.1V，但是依然存在Fe和LiClO₄的反應(yīng)活性過大的問題，為了控制反應(yīng)速率，F(xiàn)e粉的質(zhì)量占比高達(dá)62.4％-75.2％，LiClO₄為10.3-15.6％，F(xiàn)e粉嚴(yán)重過量，制約了陰極活性物質(zhì)FeO的含量。

由此可見上述方法存在的主要問題是：由于Fe和KClO₄或LiClO₄的反應(yīng)活性高、反應(yīng)難以控制，導(dǎo)致生成的活性物質(zhì)含量少，輸出容量隨之減少；其次是FeO的電位較低，只有約1.8V-2.1V，上述原因極大地制約了Fe/KClO₄或LiClO₄在熱電池陰極材料中的應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出了一種熱電池用自放熱高電位陰極材料及其制備方法。

具體是通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)的：

一種熱電池用自放熱高電位陰極材料由燃燒劑、氧化劑、助燃劑、去極化劑和導(dǎo)電劑制備而成；所述燃燒劑為金屬銅；所述氧化劑為KCLO₄；所述助燃劑為還原性金屬單質(zhì)；所述去極化及為低熔點電解質(zhì)；所述導(dǎo)電劑為石墨、碳納米管、石墨烯中任意一種或幾種。