一种热电池用超高电极电位正极材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种热电池用超高电极电位正极材料，其特征在于：其原料包含：包覆改性FeF3、离子导电剂与电子导电剂，所述包覆改性FeF3的质量分数为70%～90%；离子导电剂的质量分数为8%～28%；电子导电剂质量比分数为0.5%～2%。

An ultra high electrode potential cathode material for thermal battery and its preparation method

The invention discloses a thermal battery with high electrode potential cathode material, which is characterized in that the raw materials include: coated FeF3, ion conductive agent and electronic conductive agent, wherein the coating mass fraction of FeF3 is 70% ~ 90%; the mass fraction of ionic conductive agent is 8% ~ 28%; electronic conductivity agent mass ratio fraction is 0.5% ~ 2%.

【技术实现步骤摘要】
一种热电池用超高电极电位正极材料及其制备方法
本专利技术属于热电池领域，具体涉及一种热电池用超高电极电位正极材料。
技术介绍
热电池是热激活储备电池，它是以熔盐作电解质，利用热源使其熔化而激活的一次性储备电池，工作时内部温度在450℃～550℃。由于热电池内阻小、具有很高的比能量和比功率、使用环境温度宽、贮存时间长、激活迅速可靠、结构紧凑、使用时无方向性不受安装方位的影响、具有良好的力学性能、不需要维护等优点，一问世就受到军界的青睐，发展成为导弹、核武器、火炮、弹射椅、黑匣子等现代化武器和应急系统的理想电源。随着武器装备的快速发展，轻型化、小型化、高机动的不断增强，需要其配套电池具备更好的电化学性能，特别是高机动巡航导弹、高超音速巡航导弹，需要其配套电源具有瞬时脉冲功率高，体积重量小的特点，即电池具有高比功率的输出特点。为满足型号的需求以及推动热电池技术的发展，也在不断探索与研究，目前锂系热电池使用的正极材料主要是硫化物（如FeS2、CoS2），硫化物正极电极电位低，内阻大，在匹配锂合金的情况下，单体电压仅为1.9～2.1V，不能满足高比功率热电池的应用需求。而NiCl2正极材料在与锂合金匹配的情况下，具有2.5～2.7V的单体电压，是提高电池比功率较好的正极材料。但是，根据弹上电池对比功率的要求越来越高，NiCl2正极材料也不能满足其使用需求，急需开发一种电极电位比NiCl2更高的热电池正极材料。而FeF3与锂合金负极匹配，具有更高的单体电压，单体电压高达3.2V以上，是提高热电池比特性的理想材料。目前，关于超高电极电位正极材料的制备技术已有报道，在公开号US2016/0079609A1中公开了热电池用FeF3正极材料的制备方法，但是，该方法没有从根本上解决FeF3材料与电解质的互熔问题，并且该专利中添加的离子导电剂为含硫酸锂的熔盐电解质，该离子导电剂的电导率较低，使得该方法制备的FeF3正极材料的内阻大，导致电池的工作时间短，承载大电流能力差。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是：通过制备新型超高电位正极材料，延长电池的工作时间，降低材料内阻，增强大电流承载能力，提高热电池单体电池的工作电压，进而提高热电池的比特性，以解决现有技术的不足。本专利技术的技术方案是：一种热电池用超高电极电位正极材料，其原料包含：包覆改性FeF3、离子导电剂与电子导电剂，所述包覆改性FeF3的质量分数为70%～90%；离子导电剂的质量分数为8%～28%；电子导电剂质量比分数为0.5%～2%。所述的包覆改性FeF3为以无水FeF3粉末为原料，将无水FeF3粉末添加在含硬脂酸的无水乙醇溶液中，在50℃～70℃环境中经过搅拌成糊浆，再在500℃～700℃氩气环境中进行煅烧，冷却后磨成100目～200目的粉末，得到包覆改性FeF3材料。所述的FeF3粉末在硬脂酸的无水乙醇溶液中的质量分数为15%～25%，硬脂酸在无水乙醇溶液中的质量分数为20%～30%。上述制备环境为环境湿度小于3%。所述离子导电剂的制备方法包含：先把组分材料LiCl、LiBr、LiF在真空、120℃～180℃温度条件下干燥8h～16h后，按LiCl、LiF、LiBr的质量比例为22:9.6:68.4的要求混制均匀，然后在550℃烧制共熔盐8h，最后在湿度小于3%的环境中冷却并研磨成100目～200目的粉末。所述的电子导电剂的处理方法为：将碳纳米管在真空、120～180℃温度条件下干燥4h～8h。所述的一种热电池用超高电极电位正极材料的制备方法，将包覆改性FeF3、离子导电剂与电子导电剂在环境湿度小于3%的环境中按照比例混合均匀，然后在100～200℃条件下干燥4h～10h，得到热电池用超高电极电位正极材料。本专利技术的有益效果：由于目前热电池用的电解质主要是含有卤族阴离子的共熔盐，而本专利技术首先对FeF3正极材料进行包覆改性，降低了FeF3材料参与电极反应时与电解质的溶解度，延长了电极界面双电层结构的保持时间，最终延长了电池的工作时间；其次，由于加入电导率更高的离子导电剂，降低了正极材料的电阻率，提高了电池的存在能力。使FeF3正极材料电池的工作时间从200～300s提升至400～500s，电池的瞬时比功率由11kW/kg提高至14.5kW/kg。具体实施方式实施例1在环境湿度小于3%的环境中，将50g硬脂酸溶解在150g无水乙醇溶液中，并将溶液加热至60℃，再向溶液中添加50g无水FeF3粉末，搅拌成糊浆，再在600℃氩气环境中进行煅烧，冷却后磨成100目～200目的粉末，得到包覆改性FeF3材料。把LiCl、LiF和LiBr组分材料在175℃温度条件下烘干10h后按重量比为22:9.6:68.4混合均匀后，在550℃烧制共熔盐6h，然后在湿度小于3%的环境中冷却并研磨成200目的粉末备用，再将碳纳米管在真空、150℃度条件下干燥4h。最后将质量分数为80%的包覆改性FeF3、质量分数为18%的离子导电剂与质量分数为2%的电子导电剂在环境湿度小于3%的环境中混合均匀，然后在100～200℃条件下干燥4h～10h，得到一种热电池用超高电极电位正极材料。经测试，采用该正极材料的热电池，其单体电压为3.26V，电池在25V～33V工作电压内，工作时间可达到420s，电池的瞬时比功率达到14.5kW/kg。实施例2在环境湿度小于3%的环境中，将30g硬脂酸溶解在150g无水乙醇溶液中，并将溶液加热至60℃，再向溶液中添加35g无水FeF3粉末，搅拌成糊浆，再在600℃氩气环境中进行煅烧，冷却后磨成100目～200目的粉末，得到包覆改性FeF3材料。把LiCl、LiF和LiBr组分材料在175℃温度条件下烘干10h后按重量比为22:9.6:68.4混合均匀后，在550℃烧制共熔盐6h，然后在湿度小于3%的环境中冷却并研磨成200目的粉末备用，再将碳纳米管在真空、150℃度条件下干燥4h。最后将质量分数为70%的包覆改性FeF3、质量分数为29%的离子导电剂与质量分数为1%的电子导电剂在环境湿度小于3%的环境中混合均匀，然后在100～200℃条件下干燥4h～10h，得到一种热电池用超高电极电位正极材料。经测试，采用该正极材料的热电池，其单体电压为3.26V，电池在25V～33V工作电压内，工作时间可达到425s，电池的瞬时比功率达到14.7kW/kg。实施例3在环境湿度小于3%的环境中，将40g硬脂酸溶解在150g无水乙醇溶液中，并将溶液加热至60℃，再向溶液中添加29g无水FeF3粉末，搅拌成糊浆，再在600℃氩气环境中进行煅烧，冷却后磨成100目～200目的粉末，得到包覆改性FeF3材料。把LiCl、LiF和LiBr组分材料在175℃温度条件下烘干10h后按重量比为22:9.6:68.4混合均匀后，在550℃烧制共熔盐6h，然后在湿度小于3%的环境中冷却并研磨成200目的粉末备用，再将碳纳米管在真空、150℃度条件下干燥4h。最后将质量分数为90%的包覆改性FeF3、质量分数为9%的离子导电剂与质量分数为1%的电子导电剂在环境湿度小于3%的环境中混合均匀，然后在100～200℃条件下干燥4h～10h，得到一种热电池用超高电极电位正极材料。经测试，采用该正极材料的热电本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种热电池用超高电极电位正极材料，其特征在于：其原料包含：包覆改性FeF3、离子导电剂与电子导电剂，所述包覆改性FeF3的质量分数为70%～90%；离子导电剂的质量分数为8%～28%；电子导电剂质量比分数为0.5%～2%。

【技术特征摘要】
1.一种热电池用超高电极电位正极材料，其特征在于：其原料包含：包覆改性FeF3、离子导电剂与电子导电剂，所述包覆改性FeF3的质量分数为70%～90%；离子导电剂的质量分数为8%～28%；电子导电剂质量比分数为0.5%～2%。2.根据权利要求1所述的一种热电池用超高电极电位正极材料，其特征在于：所述的包覆改性FeF3为以无水FeF3粉末为原料，将无水FeF3粉末添加在含硬脂酸的无水乙醇溶液中，在50℃～70℃环境中经过搅拌成糊浆，再在500℃～700℃氩气环境中进行煅烧，冷却后磨成100目～200目的粉末，得到包覆改性FeF3材料。3.根据权利要求2所述的一种热电池用超高电极电位正极材料，其特征在于：所述的FeF3粉末在硬脂酸的无水乙醇溶液中的质量分数为15%～25%，硬脂酸在无水乙醇溶液中的质量分数为20%～30%。4.根据权利要求2所述的一种热电池用超高电极电位正极材料，其特征在于：上...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴启兵，冯勇，王建勇，陈铤，李云伟，吴展强，潘志鹏，
申请(专利权)人：贵州梅岭电源有限公司，
类型：发明
国别省市：贵州,52