一种热电池用均匀发热的加热材料制备方法及其应用技术

本公开涉及一种热电池用均匀发热的加热材料的制备方法及其应用。所述方法包括：将分析纯级高氯酸钾倒入高能球磨杯中，加入适当的水调制成浆料状，放入氧化锆球，进行高能球磨，之后将球磨后的粉末放入冷冻干燥机中脱水，再使用粉碎机粉碎，获得超细高氯酸钾，在惰性氛围手套箱中将活性铁粉倒入，加入无机钾盐，之后采用物理或化学的方式将二者混合形成含钾铁粉；最后将超细高氯酸钾和含钾铁粉按一定比例混合。本发明专利技术有利于扩宽加热材料发热区域，更均匀的释放热量，进而减弱其初始工作阶段对热电池正极材料的热冲击量，提高电池的正极材料利用率。

【技术实现步骤摘要】
一种热电池用均匀发热的加热材料制备方法及其应用所属
：本专利技术涉及一种热电池用均匀发热的加热材料制备方法及其应用。
技术介绍
：热电池应用于许多军事领域，主要作为导弹以及兵器设备中导引头和舵机的电力来源。它们为雷达，电子指导系统以及电动机提供电源。在兵器应用中，热电池为引信以及武器安全系统提供电源。一些鱼雷和导弹依赖于热电池为它们提供电源。其中一些大型热电池被选定为军用飞机的液压系统提供应急备份的动力。而一些小型热电池则为飞机弹射椅等救生设备提供动力来源。热电池的电解质常温下为不导电的共晶熔盐，在电池激活后受热由固态变为液态，进而使得正负极反应供电。热电池早期的加热材料用的是和引燃条同样材料的锆/铬酸钡热纸。这种材料非常危险，对静电和冲击相当敏感。在20世纪中后期，通过Unidynamics公司与Sandia国家实验室的共同努力，发展了基于铁与高氯酸钾的新型片型加热源。这种材料在点火后仍能保持尺寸的不变，产生气体量小，而且比锆/铬酸钡热纸更安全。另外，可以很容易的通过调控铁与高氯酸钾的比例来控制热量的输出。随着武器小型化，轻型化的更新换代，对热电池正负极材料利用率的要求越来越高，然而，采用铁与高氯酸钾来作为加热源，不可避免的会产生剧烈的热冲击，该热冲击温度在初始工作阶段的短期时间内通常达到1000℃，远远超过热电池常用正极FeS2和CoS2的分解温度(FeS2：550℃，CoS2：650℃)，产生硫蒸汽造成热电池正极材料不可逆的容量损失的同时也给热电池带来了安全隐患。针对上述措施，因加热材料中热量的提供是来自于高氯酸钾与铁粉的完全氧化还原反应，且加热材料的发热总量取决于高氯酸钾的含量；铁粉通常过量，一是为了令高氯酸钾完全反应不产生多余氧气，二是充当热电池的电子导体及提升极片的机械稳定性，所以通常会降低高氯酸钾的质量占比来削弱热冲击的程度，但高氯酸钾减少后会降低加热材料整体的发热量，严重时可能会导致电解质因热量不足而温度快速下降后凝固，停止放电。
技术实现思路
：为了克服现有技术的不足，本专利技术公开了一种热电池用均匀发热的加热材料的制备方法，以解决现有加热材料被引燃后热量在短期内即被全部释放，对正极材料造成剧烈热冲击使得其活性物质分解过多导致的正极材料利用率低的问题。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一种热电池用均匀发热的加热材料，用来显著平衡热电池内部热量，其特征在于：所述加热粉由铁粉，超细高氯酸钾，无机钾盐三者构成。本专利技术的另一目的还在于提供一种均匀发热的热电池用加热材料的制备方法，其特征在于，包括：将分析纯级高氯酸钾倒入高能球磨杯中，加入适当的水调制成浆料状，放入一定数量的氧化锆球，转速设置成大于3000r/min进行高能球磨，高能球磨时间为30s～2min，之后停止运行，冷却10min以上，再运行高能球磨机，重复该步骤，高能球磨一共运行4～6h，之后将球磨后的粉末放入冷冻干燥机中，运行冷冻干燥机利用升华脱去多余的水分，再使用粉碎机粉碎，获得超细高氯酸钾，在惰性氛围手套箱中将活性铁粉倒入，加入一定质量比的无机钾盐，之后采用物理或化学的方式将二者混合形成含钾铁粉；最后将超细高氯酸钾和含钾铁粉按一定比例混合，再采用上述含钾铁粉的混合方式对其进行混合后即得到所述均匀发热加热材料。本专利技术具有以下有益技术效果：第一，实现简单，将高氯酸钾尽可能的变细。将加水调配后的高氯酸钾粉末制备成浆料，采用高能球磨机对其进行高能球磨，随后再使用冷冻干燥机完全脱去浆料多余的水分，再使用粉碎机将其粉碎，获得超细高氯酸钾。与直接采用粉碎机粉碎的只能过100目～200目筛的传统高氯酸钾相比，粒径的减少不仅使得超细高氯酸钾更好的分散在铁粉内部令其充分接触反映，还会令其比表面能显著增高，使加热材料初始氧化还原温度值提前。第二，应用广泛，首次引入无机钾盐进行相变储热和放热。无机钾盐只含有一种阳离子——钾离子，与高氯酸钾的阳离子相同，故其不会在铁粉与高氯酸钾反应放热时发生额外的副反应；同时，无机钾盐具有远高于热电池正极材料分解温度的熔融温度和比热容，这就使得其在加热材料放热的初始阶段可吸收相当可观的热量，并在后续热量快速逸散的阶段将其储备的热量再度释放，使加热材料完全氧化还原温度值滞后。本专利技术可令加热材料的发热区域扩宽，更均匀的释放热量，从而达到在总发热量不变的情况下显著减缓初始工作阶段热冲击的目的。附图说明图1为传统加热材料和本专利技术的均匀发热加热材料的DSC测试对比图；图2为在-40℃下储存6h后激活，分别采用传统加热材料和本专利技术中一种典型均匀发热加热材料的热电池放电测试图；图3为本专利技术中在+60℃下储存6h后激活，分别采用传统加热材料和本专利技术中一种典型均匀发热加热材料的热电池放电测试图；图4为本专利技术中在-40℃下储存6h后激活，分别采用传统加热材料和本专利技术中一种典型均匀发热加热材料的热电池放电测试图。具体实施方式下面通过具体实施方式进一步详细的说明：实施例1参见图1至图4，本实施例提供的均匀发热加热材料制备方法包括：将分析纯级高氯酸钾倒入高能球磨杯中，加入适当的水调制成浆料状，放入一定数量的氧化锆球，转速设置成大于3000r/min进行高能球磨，高能球磨时间为30s～2min，之后停止运行，冷却10min以上，再运行高能球磨机，重复该步骤，高能球磨一共运行4～6h。之后将球磨后的粉末放入冷冻干燥机中，运行冷冻干燥机利用升华脱去多余的水分，再使用粉碎机粉碎，过至少400目筛后，获得超细高氯酸钾。在惰性氛围手套箱中将活性铁粉倒入，加入一定质量比的无机钾盐，之后采用物理或化学的方式将二者混合，物理方式是将二者放入密闭球磨罐中球磨混合，化学方式是将二者放入无水乙醇等溶剂中，再利用磁力搅拌机进行搅拌混合，之后再在惰性氛围中80℃加热一段时间蒸发掉乙醇，获得含钾铁粉。最后将超细高氯酸钾和含钾铁粉按一定比例混合，再采用上述含钾铁粉的混合方式对其进行混合后即得到所述均匀发热加热材料。在一个实施例中，所述铁粉为活性铁粉，纯铁含量99％以上。在一个实施例中，所述超细高氯酸钾以高能球磨和冷冻干燥的方式制得，粉碎后最低可过400目筛。在一个实施例中，所述无机钾盐包含KCl，KBr，KF，K2SO4的一种或多种组成的多元共晶熔盐。在一个实施例中，所述铁粉先与无机钾盐采用物理或化学方式混合形成含钾铁粉。在一个实施例中，所述含钾铁粉中，活性铁粉占比为90％～99.9％，无机钾盐占比为0.1％～10％。在一个实施例中，所述含钾铁粉质量占比为82％～88％，所述高氯酸钾质量占比为12％～18％。在一个实施例中，所述无机钾盐的纯净物的固态比热容在2.930～4.471J/g·k，液态比热容在3.814～4.173J/g·k，熔融点在730～1069℃，相变焓值在12.2～26.7J/g·k。正极材料中活性物质为二硫化钴，隔膜材料为氧化镁和氯化锂-氯化钾-溴化锂共晶熔盐，二者质量比为50:50，负极材料为锂硼合金片，集流体为不锈钢片，使用掺入2.9％KF的含钾铁粉和超细高氯酸钾按照84:16的质量比构成一种典型的均匀发热加热材料，作为对比例的传统加热材料采用活性铁粉和高氯酸钾也按照84：16的质量比构成。取正极材料7.0g，隔膜4.8g，LiB合金0.5mm，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种热电池用均匀发热的加热材料，用来显著平衡热电池内部热量，其特征在于：所述加热粉由铁粉，超细高氯酸钾，无机钾盐三者构成。

【技术特征摘要】
1.一种热电池用均匀发热的加热材料，用来显著平衡热电池内部热量，其特征在于：所述加热粉由铁粉，超细高氯酸钾，无机钾盐三者构成。2.一种热电池用均匀发热的加热材料的制备方法，其特征在于，包括：将分析纯级高氯酸钾倒入高能球磨杯中，加入适当的水调制成浆料状，放入一定数量的氧化锆球，转速设置成大于3000r/min进行高能球磨，高能球磨时间为30s～2min，之后停止运行，冷却10min以上，再运行高能球磨机，重复该步骤，高能球磨一共运行4～6h，之后将球磨后的粉末放入冷冻干燥机中，运行冷冻干燥机利用升华脱去多余的水分，再使用粉碎机粉碎，获得超细高氯酸钾，在惰性氛围手套箱中将活性铁粉倒入，加入一定质量比的无机钾盐，之后采用物理或化学的方式将二者混合形成含钾铁粉；最后将超细高氯酸钾和含钾铁粉按一定比例混合，再采用上述含钾铁粉的混合方式对其进行混合后即得到所述均匀发热加热材料。3.根据权利要求2所述的均匀发热加热材料的制备方法，其特征在于：所述物理方式是将所述活性铁粉与无机钾盐放入密闭球磨罐中球磨混合。4.根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭灏，
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