一种单体电池及其使用的复合片、复合片的制备方法技术

本方案公开了热电池技术领域的一种复合片，包括加热粉、正极材料和纳米隔膜粉料依次叠铺后压制而成，所述加热粉为微纳米铁粉和高氯酸钾以重量比70～90：10～25的混合物；所述的正极材料包括的组分及组分的用量比例为二硫化物：电解质：吸附剂：高导热石墨烯＝65～85：5～10：3～10：7～15，所述吸附剂为MgO或Al2O3；所述纳米隔膜粉料为电解质与MgO按照50～65：35～50比例混合后加热熔融，然后制备成粒径小于10μm的颗粒。采用本发明专利技术所得复合片用于制备新型的快速激活单体电池较常规单体电池激活时间缩短50％以上。电池激活时间缩短50％以上。电池激活时间缩短50％以上。

【技术实现步骤摘要】
一种单体电池及其使用的复合片、复合片的制备方法


[0001]本专利技术属于热电池
，特别涉及一种单体电池及其使用的复合片、复合片的制备方法。

技术介绍

[0002]热电池是一种依靠其本身加热系统将不导电的固体状态盐类电解质加热熔融呈离子型导体而进入工作状态的热激活贮备电池。热电池具有任意角度激活、激活速度快、贮存时间长、承受环境力学条件能力强等特点，已广泛运用于武器系统等，此外，热电池在民用领域中应用也得到重视，已有关于其作为飞机应急电源、火警电源、地下高温探矿电源的研究报道。
[0003]新一代武器的重点发展方向，其具有反应迅速、打击精度高特点，因此发展新一代武器系统意义重大。根据新一代武器作战技术特点和对电源的需求，快速激活热电池能够为武器快速反应提高技术支持，从而提高新一代便携式导弹武器的性能。热电池激活过程示意如附图1。其中底火的引爆时间可保证在10ms以内，激活时间由引燃纸燃烧、加热片燃烧、热量传递和电解质熔化的时间决定，因而需从快速引燃技术、高燃速加热粉技术、高导热电极材料制备技术、低熔点高电导电解质技术等关键技术进行攻关，缩短热电池的激活时间。

技术实现思路

[0004]本专利技术意在提供一种复合片，应用于热电池的制备，提升引燃速度，缩短热电池的激活时间。
[0005]本方案中的一种复合片，包括加热粉、正极材料和纳米隔膜粉料依次叠铺后压制而成，所述加热粉为微纳米铁粉和高氯酸钾以重量比70～90:10～25的混合物；所述的正极材料包括的组分及组分的用量比例为二硫化物：电解质：吸附剂：高导热石墨烯＝65～85：5～10：3～10：7～15，所述吸附剂为MgO或Al2O3；所述纳米隔膜粉料为电解质与MgO按照50～65：35～50比例混合后加热熔融，然后制备成粒径小于10μm的颗粒。
[0006]进一步，所述的二硫化物为FeS2、CoS2、NiS2、WS2、MoS2中的一种。
[0007]进一步，所述正极材料所采用的电解质为KCl
‑
LiCl，所述纳米隔膜采用的电解质为：LiBr
–
KBr
–
CsBr。
[0008]本专利技术还提供了所述热电池用复合片的制备方法，包括：
[0009](1)加热粉的制备：将微纳米铁粉和高氯酸钾按重量比混合均匀备用；
[0010](2)正极材料的制备：将二硫化物在450℃～500℃惰性气体下煅烧2h以上，之后把煅烧的二硫化物进行粉碎过筛，留取200目～300目的二硫化物粉末，再加入电解质混合均匀，之后加入吸附剂混匀，最后加入高导热石墨烯混匀后再放入150℃～300℃在惰性气体下干燥，之后粉碎筛选出过200目筛的细粉备用；
[0011](3)纳米隔膜粉料的制备：将低熔点电解质与MgO按比例混合后，放入在300℃～
450℃惰性气体下熔融，之后再粉碎成粒径小于10μm的颗粒，再放入150℃～200℃在惰性气体下干燥；
[0012](4)在模框中倒入(1)所制备的加热粉，摊平，然后在模框中倒入(2)所制备的正极材料，摊平，最后加入(3)所制备的纳米隔膜粉料，摊平，最后盖上模，放在压机上，施加一定的压力，压制成所述复合片。
[0013]进一步，所述方法中采用的电解质材料使用前进行惰性干燥处理，处理温度为175℃～200℃，气氛氮气或者氩气，干燥时间为24h以上。
[0014]以上所述的复合片可用于制备一种可快速激活的单体电池，所述单体电池包括集流片、高锂锂硼合金和本专利技术所述的复合片，且集流片、高锂锂硼合金和所述复合片依次叠加。
[0015]进一步，所述的高锂锂硼合金中锂含量大于64％。
[0016]进一步，所述集流片采用厚度0.01mm的316不锈钢。
[0017]本专利技术的工作原理是：
[0018]a)高燃速加热粉技术
[0019]本专利技术中热电池的加热粉主要有微纳米Fe粉和KClO4，为提高加热粉的燃速，限定了微纳米铁粉和高氯酸钾以重量比70～90:10～25，在这样的比例下，与常规技术的加热片相比，本专利技术可将平均燃烧速度从常规的18cm/s提升至25cm/s，缩短加热片燃烧所占时间；且平均发热量从常规的1300J/g左右提升至1350J/g。
[0020]b)微纳米低熔点电解质技术
[0021]热电池电解质熔点越高，其熔融所需的热量越多，现工程上应用最广的LiCl
‑
KCl(二元电解质)和LiF
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LiCl
‑
LiBr(三元全锂电解质)的熔点分别为352℃和436℃，熔点相对较高，不利于热电池快速激活。因此，本专利技术采用了熔点仅为230℃的LiBr
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KBr
‑
CsBr低熔点电解质，大幅度降低电解质熔融所需热量，加快热电池激活速度；并通过隔膜粒径微纳化，可以缩短热电池激活时间。
[0022]c)高导热正极技术
[0023]热电池正负极在参与电极反应时，放电的电流密度越大，所需的离子迁移速率越快，如果离子迁移速率跟不上电极反应速率，就会产生严重的浓差极化，使电池极化内阻增大，表面为外电压过低，最终影响电池的电性能。在正极材料中加入一定比例的新型导电剂，与常规石墨导电剂相比，高导热石墨烯材料导热性能、导电性能更好，混合后石墨烯均匀分布在二硫化物材料表面，采用该新型导电剂可以增强电极的导热导电能力，降低电池的极化，同是缩短电池激活时间。
[0024]本专利技术的有益技术效果是：
[0025]1、本专利技术方法制得的复合片用于制备的热电池单体电池发挥各自原材料的优势，可符合快速激活的要求，具有电化学性能良好且稳定性强、导电性好、成型性、热值高、贮存时间长、快速激活、输出密度较大的电流、抗恶劣环境能力强、安全性高等优点；
[0026]2、本专利技术热电池单体电池有高热导率(避免放电过程内阻增加)，有助于快速激活；电解质熔点低，使从加热片中需要的热输入最少，可以缩短热电池的激活时间，属于一种快速激活单体电池。
[0027]3、本专利技术单体电池采用0.01mm超薄集流片和高锂锂硼合金锂，减轻电池重量，提
高电池的输出比能量；同时采用超薄集流片和高锂锂硼合金锂有利于缩短热电池的激活时间；
[0028]专利技术制备工艺简单、操作性强、不需要引进高科技或大型设备、有利于规模化生产。新型的快速激活单体电池较常规单体电池激活时间缩短50％以上。
附图说明
[0029]图1：热电池激活示意图；
[0030]图2：实施例1所述快速激活单体电池与常规单体电池激活时间对比图，(1#常规单体，2#低熔点微纳米隔膜，3#低熔点微纳米隔膜+快速加热片，4#低熔点微纳米隔膜+快速加热片+薄型化集流片，5#低熔点微纳米隔膜+高燃速加热片+薄型化集流片+高导热正极片)；
[0031]图3为实施例1所述快速激活单体电池组装Φ18mm*30mm单元电池放电图；其中图b是图a中0～1s的放大本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种复合片，其特征在于：包括加热粉、正极材料和纳米隔膜粉料依次叠铺后压制而成，所述加热粉为微纳米铁粉和高氯酸钾以重量比70～90：10～25的混合物；所述的正极材料包括的组分及组分的用量比例为二硫化物：电解质：吸附剂：高导热石墨烯＝65～85：5～10：3～10：7～15，所述吸附剂为MgO或Al2O3；所述纳米隔膜粉料为电解质与MgO按照50～65：35～50比例混合后加热熔融，然后制备成粒径小于10μm的颗粒。2.根据权利要求1所述的一种复合片，其特征在于：所述的二硫化物为FeS2、CoS2、NiS2、WS2、MoS2中的一种。3.根据权利要求2所述的一种复合片，其特征在于：所述正极材料所采用的电解质为KCl
‑
LiCl，所述纳米隔膜采用的电解质为：LiBr
–
KBr
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CsBr。4.根据权利要求1～3任一项所述的一种复合片的制备方法，其特征在于：包括：(1)加热粉的制备：将微纳米铁粉和高氯酸钾按重量比混合均匀备用；(2)正极材料的制备：将二硫化物在450℃～500℃惰性气体下煅烧2h以上，之后把煅烧的二硫化物进行粉碎过筛，留取200目～300目的二硫化物粉末，再加入电解质混合均匀...

【专利技术属性】
技术研发人员：王京亮，唐军，路阳，唐立成，潘志鹏，李云伟，赵洪楷，
申请(专利权)人：贵州梅岭电源有限公司，
类型：发明
国别省市：