一种热电池高电位氯化镍复合正极材料及其制备方法技术

本发明专利技术属于热电池技术领域，具体涉及一种热电池高电位氯化镍复合正极材料及制备方法，所述的氯化镍复合正极材料主要由升石墨烯包覆氯化镍、多壁碳纳米管、电解质、轻质轻质氧化镁。制备步骤：(1)石墨烯包覆氯化镍材料，六水氯化镍与石墨烯混合惰性干燥，之后870℃以上高温惰性环境煅烧，之后粉碎过大于等于100目筛装瓶待用；(2)氯化镍复合材料，首先在步骤(1)制备的石墨烯包覆氯化镍材料中加入电解质混合均匀，之后加入吸附剂轻质MgO，最后加入多壁碳纳米管，(3)氯化镍的复合材料惰性干燥或者真空干燥。本发明专利技术的高电位氯化镍复合正极材料具有较高的比容量和比功率，相比常规CoS2正极的比能量提升15％。极的比能量提升15％。

【技术实现步骤摘要】
一种热电池高电位氯化镍复合正极材料及其制备方法


[0001]本专利技术属于热电池
，具体涉及一种热电池高电位氯化镍复合正极材料及其制备方法。

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]随着军事装备的不断发展和更新，对热电池性能的要求越来越高，对其工作时间要求越来越长、输出功率、高比特性要求越来越大。热电池主要由基片、正极片、负极片、隔膜片、片状集流片、加热系统(电点火头或火冒、引燃纸、加热片)、保温垫片、电池壳和带接线柱的电池盖组成，其中热电池电极材料对其输出容量、比容量、比功率等电化学性能的影响最为关键。
[0004]目前，FeS2、CoS2是应用最广泛的热电池正极材料，与锂合金负极材料相匹配，技术较为成熟。但是两者单体电池的工作电压均在2V以下，大功率输出会受到很大限制，同时比容量已达到一定极限(理论比容量1206As/g(333mAh/g))，不利于小型化、轻量化热电池的发展。因此，亟需开展新型兼具高电位和高比容量的正极技术研究，开发出高电位正极材料。

技术实现思路

[0005]本专利技术意在针对现有技术中存在的不足，提供一种热电池高电位氯化镍复合正极材料及其制备方法。
[0006]本方案中的一种热电池高电位氯化镍复合正极材料，包括的组分有石墨烯包覆氯化镍、多壁碳纳米管、电解质和吸附剂。
[0007]进一步，所述吸附剂为轻质氧化镁或Al2O3，所述石墨烯包覆氯化镍：电解质：吸附剂：多壁碳纳米管的重量比为80～95：0.1～5：5～20：0.1～5。
[0008]优选的，所述的石墨烯包覆氯化镍：电解质：吸附剂：多壁碳纳米管的重量比例为90.5：1：8：0.5。
[0009]其中，所述轻质氧化镁的纯度大于98.5％，视比容大于20mL
·
g
‑1，比表面积大于60m2/g。
[0010]进一步，所述石墨烯包覆氯化镍为六水氯化镍与石墨烯混合后在惰性环境煅烧而得。
[0011]进一步，所述六水氯化镍：石墨烯的重量比例为六水氯化镍：石墨烯＝100：3～8。优选的，按重量比所述六水氯化镍：石墨烯＝100：4。
[0012]本专利技术提供的一种热电池高电位氯化镍复合正极材料的制备方法，包括以下步骤：
[0013](1)石墨烯包覆氯化镍制备：将六水氯化镍与石墨烯按比例组合和进行球磨混合，然后放入200℃～500℃惰性干燥，之后870℃～1000℃高温惰性环境煅烧，得到石墨烯包覆氯化镍，并将其粉碎过大于等于100目筛装瓶备用；
[0014](2)氯化镍的复合材料半成品的制备：按所述比例，在步骤(1)粉碎后的石墨烯包覆氯化镍材料中加入电解质混合均匀，之后加入吸附剂，最后加入多壁碳纳米管混合均匀；
[0015](3)氯化镍复合材料半成品的干燥：把步骤(2)的氯化镍复合材料半成品放入200℃～500℃在惰性气体干燥即得所述氯化镍的复合材料。
[0016]进一步，所述电解质为经过惰性高温熔融、干燥处理后的电解质，其中熔融温度500℃～600℃，干燥温度175℃～200℃，惰性气氛为氮气或者氩气，干燥时间为24h以上，颗粒粒度大于100目。
[0017]本方法中的惰性气氛为氩气、氦气或者氮气中的一种；整个实验过程在湿度＜3％的干燥房完成。
[0018]本专利技术的有益效果是：
[0019]1、氯化镍体系热电池与FeS2和CoS2体系热电池相比，具有热稳定性好，单体电压高、活性物质容量大、大电流密度承载能力强、工作电压平稳等显著优点，其研究对高电压、小体积、高比功率热电池的研制具有十分重要的意义。NiCl2正极具有2.5V单体电压，且其理论比容量较低(1488As/g(420mAh/g))，通过NiCl2正极材料在热电池中的应用，可大幅度提高电池的比能量和比功率，并降低热电池的体积和重量，以满足我国新型武器装备轻型化、小型化发展的需要。
[0020]2、本专利技术高电位氯化镍复合正极材料相对锂硼合金电动势大2.5V；热稳定性>800℃；有高电导率(避免放电过程内阻增加)和热稳定性；高热导率，有助于快速激活；热容低，使从加热片中需要的热输入最少；在贮存温度范围(
‑
50℃～70℃)内稳定存在，不易与水、氧气、CO2等发生反应。
[0021]3、本专利技术的高电位氯化镍复合正极材料具有较高的比容量和比功率，相比常规CoS2正极的比能量提升15％。
[0022]4、具有较好的成型性，可以压制成直径10mm～120mm，厚度0.5mm～3mm的复合片，不与压制模发生粘合，脱模容易，成型率高。
[0023]5、本专利技术制备工艺简单、操作性强、设备成本小、有利于规模化生产。相对于传统的高电位氯化镍复合正极材料制备工艺进行简化，把氯化镍混入石墨烯之后进行煅烧，煅烧后的材料大部分呈疏松状态，相比于传统工艺得到的氯化镍正极材料而言，本方案得到的氯化镍复合正极材料的密度小，易粉碎，更有助于后续操作。
[0024]综上，本专利技术方法制得的高电位氯化镍复合正极材料发挥各自原材料的优势，可符合短时间、大功率热电池的要求，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，合适的加热温度范围，能够良好地与热电池体系相配，与负极相容性好，不发生副反应。
附图说明
[0025]图1：常规CoS2正极与高电位氯化镍复合正极材料的电性能测试图；
[0026]图2：常规氯化镍烧结工艺与高电位氯化镍复合正极的烧结后粉碎前的状态图；其中(a)为常规氯化镍烧结后的状态，(b)为本专利技术高电位氯化镍复合正极材料烧结后的状态。
具体实施方式
[0027]下面通过具体实施方式进一步详细说明：
[0028]以下各实施例中，轻质氧化镁的纯度大于98.5％，视比容大于20mL
·
g
‑1，比表面积大于60m2/g。石墨烯的层数为1～3层，纯度大于98％，比表面积大于50～200m2/g。
[0029]实施例1，一种热电池高电位氯化镍复合正极材料的制备方法，包括如下步骤：
[0030](1)石墨烯包覆氯化镍制备，六水氯化镍与石墨烯球磨混合，六水氯化镍：石墨烯＝100：4，放入300℃惰性气氛下干燥，之后870℃高温惰性环境煅烧，之后粉碎过100目筛装瓶备用；
[0031](2)氯化镍的复合材料制备，在步骤(1)所得石墨烯包覆氯化镍材料中加入电解质LiBr
‑
LiCl
‑
LiF混合均匀，之后加入吸附剂本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种热电池高电位氯化镍复合正极材料，其特征在于：所述氯化镍复合正极材料包括的组分有石墨烯包覆氯化镍、多壁碳纳米管、电解质和吸附剂。2.根据权利要求1所述的一种热电池高电位氯化镍复合正极材料，其特征在于：所述吸附剂为轻质氧化镁或Al2O3，所述石墨烯包覆氯化镍：电解质：吸附剂：多壁碳纳米管的重量比为80～95：0.1～5：5～20：0.1～5。3.根据权利要求2所述的一种热电池高电位氯化镍复合正极材料，其特征在于：各所述组分的重量比为石墨烯包覆氯化镍：电解质：吸附剂：多壁碳纳米管＝90.5：1：8：0.5。4.根据权利要求2所述的一种热电池高电位氯化镍复合正极材料，其特征在于：所述轻质氧化镁的纯度大于98.5％，视比容大于20mL
·
g
‑1，比表面积大于60m2/g。5.根据权利要求1所述的一种热电池高电位氯化镍复合正极材料，其特征在于：所述石墨烯包覆氯化镍为六水氯化镍与石墨烯混合后在惰性环境煅烧而得。6.根据权利要求5所述的一种热电池高电位氯化镍复合正极材料，其特征在于：所述石墨烯的层数为1～3层，纯度大于98％，比表面积大于50～200m2/g。7.根据权利要求5所述的一种热电池高电位氯化镍复合正极材料，其特征...

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