一种热电池中间层及其制备方法技术

本发明专利技术涉及热电池领域，尤其涉及一种热电池中间层及其制备方法，本发明专利技术的热电池中间层为碳层，陶瓷粉体层，碳与固体电解质的复合层，碳与陶瓷粉体复合层，陶瓷粉体与固体电解质复合层，碳与固体电解质与陶瓷粉体复合层中任一种或多种，装配简单的同时也打破现有热电池“正极层

【技术实现步骤摘要】
一种热电池中间层及其制备方法


[0001]本专利技术涉及热电池领域，尤其涉及一种热电池中间层及其制备方法。

技术介绍

[0002]军事武器系统(如高超音速巡航导弹)的进步导致了具有高能量密度和功率输出的热电池的发展。
[0003]然而，热电池的过渡金属硫化物在小电流长时间高温工作下会产生多硫化物这类中间反应产物，多硫化物的生成伴随着与负极的自放电效应，从而造成容量的不可逆损失。文献ACS Appl.Mater.Interfaces 2020,12(45),50377
‑
50387提出的二元硫化物Ni1‑
x
Co
x
S2技术较好的限制了多硫化物从正极“穿梭”到负极，但根据实际放电结果，二元硫化物在600mA
·
cm
‑2下的实际输出容量大于100mA
·
cm
‑2，说明二元硫化物的性能还有着进一步提升空间。
[0004]过渡金属卤化物具有高电位特性(单体＞2.5V)。然而，无论是文献Mater.Lett.2021,301,130272.还是文献J.Electrochem.Soc.2019, 166(15),A3599
‑
A3605提出的高导电性Ni
‑
NiCl2和FeF3‑
MWCNTs(＞ 3.3V)材料均不能令其有效长时间工作，因为卤化物正极材料在含有卤化物的熔融盐电解质(如LiCl、LiF)中溶解导致的“穿梭效应”更为严重。同理，氧化物材料在高温下也存在类似的问题。
[0005]基于文献EnergyTechnology 2020,8(12),2000737.研究中，发现薄型化电极虽然减小了极化，但也无法克服“穿梭效应”。
[0006]在之前提升热电池性能的工作中，专利技术CN 108963291B公开了一种电极系统与加热系统独立的薄型热电池，包括电极系统和加热系统，其特征在于：加热系统由导热绝缘层包裹，加热系统从四周给电极系统供热；所述加热系统由锆和铬酸钡的混合物及电点火头组成引燃系统，同时，由铁与高氯酸钾混合物组成燃烧系统，填充在导热绝缘层内；所述电极系统的制备方法为压制法或热喷涂法；所述压制法的过程是将正极材料、隔膜材料、负极材料和集流体分别以冷压方式压制成片，再按正极材料、隔膜材料、负极材料和集流体的上下顺序依次堆叠形成一个单体电池结构，单体电池结构堆叠形成电极系统；所述热喷涂法的过程是将负极材料压成片，将正极材料喷涂在集流体一面上，再将隔膜材料喷涂在正极材料上，最后负极材料片置于隔膜材料下堆叠形成一个单体电池结构，单体电池结构堆叠形成电极系统；所述正极材料的活性材料为合金化合物Fe
x
Co1‑
x
S2、Fe
x
Ni1‑
x
S2、 Co
x
Ni1‑
x
S2或Fe
x
Co
y
Ni1‑
xy
S2中的一种，0＜x＜1，0＜x+y＜1，并且为纯净物；所述电极系统的形状为实心柱形或空心柱形；所述导热绝缘层的材料为导热率为32
‑
400W/(m
·
K)，电阻率大于1015Ω
·
cm，熔点在 1200℃以上氧化铍、氧化铝、氮化铝、氮化硼或氮化硅的一种或几种组成的复合材料；所述导热绝缘层令电池加热系统和电极系统分离。
[0007]专利技术CN111403731B公开了一种3d轨道合金硫化物材料，所述3d 轨道合金硫化物材料的化学式为Fe
0.5
Co
x
Ni
y
S2，其中0＜x＜0.3，x+y＝ 0.5，其呈现出中空化的“树莓”状结构，所述3d轨道合金硫化物属于一种单相材料。
[0008]专利技术CN111244425B公开了一种单体4V级热电池用正极材料，所述正极材料按质量比百分数计由如下物料组成：单体4V级活性正极材料50％～85％、超高压熔盐电解质10％～30％、高电压稳定剂6％～10％、高导电率导电剂0.1％～5％；所述超高压熔盐电解质电化学稳定窗口在4.5V以上，共晶熔点在420℃～450℃。
[0009]专利技术CN111969140B公开了一种高比性能热电池，所述高比性能热电池从外到内由壳体，神经网络保温层，绝缘层，混合电极层构成；所述壳体的材质为不锈钢、钛合金、铝镁合金中的一种；所述绝缘层的材质为硅酸铝纤维毡、石棉片、Min
‑
K料、陶瓷膜、气凝胶或者云母片中的一种或者多种；所述神经网络保温层由复合相变材料、均匀发热加热材料交替层叠，二者共同组成“递进式储能结构”；所述均匀发热加热材料的用量是复合相变材料用量的1.1倍以上；所述混合电极层空间上从上到下依次由均匀发热加热材料，集流体，高比容量正极材料，隔膜，负极组成叠片结构；所述高比容量正极材料的活性材料为局部单晶化合物或Ru掺杂3d轨道合金硫化物中任一种；所述局部单晶化合物具体化学式为Ni1‑
x
Co
x
S2，x＞0.2；所述Ni1‑
x
Co
x
S2材料由纳米片组成微米球，纳米片结构厚度小于30nm，且Co仅为+2价，而 Ni同时存在+2、+3价；所述均匀发热加热材料总用量按重量百分比计算，小于完整电池总质量的26％；所述均匀发热加热材料，其制备方法包括：将分析纯级高氯酸钾倒入高能球磨杯中，加水调制成浆料状，放入氧化锆球，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，再使用粉碎机粉碎至至少过400目筛，获得超细高氯酸钾，在惰性氛围手套箱中将活性铁粉和无机钾盐采用物理或化学中任一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采用物理或化学中任一方式混合，即得到所述均匀发热加热材料；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；所述化学方式是将所述活性铁粉与无机钾盐放入无水乙醇溶剂中进行混合，之后再在惰性氛围中80℃加热去除乙醇；所述活性铁粉中纯铁含量占比在90％以上；所述复合相变材料按照重量百分数包括以下组分：相变熔盐30％～90％、碳材料0.1％～20％、孔隙率达到30％～99％的载体 5％～70％，所述相变熔盐按照重量百分数包括以下任意两种或者三种组分：LiF：5％～30％、Li2SO4：0～95％、LiCl：0～95％；所述Ru 掺杂3d轨道合金硫化物，化学式为Fe1‑
x
‑
y
‑
z
Co
x
Ni
y
Ru
z
S2，其中x+y+z≤0.5，其呈现出中间带孔结构，且Ru掺杂量摩尔量z值小于0.1。
[0010]专利技术C本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种热电池中间层，其特征在于，所述热电池中间层的组成材料为碳材料、陶瓷粉体中的任意一种或两种或与固态电解质组成的混合材料；所述热电池中间层置于正极、隔膜、负极之间任意相对位置之间，包括如下形式中的一种或多种：1)正极
‑
中间层
‑
隔膜；2)负极
‑
中间层
‑
隔膜；3)正极
‑
隔膜
‑
中间层；4)负极
‑
隔膜
‑
中间层；5)隔膜
‑
中间层
‑
隔膜；所述隔膜
‑
中间层
‑
隔膜可在同一个单体热电池中重复安装多次。所述热电池中间层在200℃～800℃的热电池工作温度范围内，中间层材料本身组成不改变。2.如权利要求1所述一种热电池中间层，其特征在于，所述热电池中间层为如下几种中的任一：碳材料层，陶瓷粉体层，碳材料与固体电解质的复合层，碳材料与陶瓷粉体复合层，陶瓷粉体与固体电解质复合层，碳材料、固体电解质与陶瓷粉体复合层。3.如权利要求1所述一种热电池中间层，其特征在于，所述热电池中间层厚度为1μm～500μm。4.如权利要求1所述一种热电池中间层，其特征在于，所述热电池中间层面积比质量为0.1mg/cm2～150mg/cm2。5.如权利要求1所述一种热电池中间层，其特征在于，所述固体电解质为Li
6.75
La3Zr
1.75
Ta
0.25
O

【专利技术属性】
技术研发人员：郭灏，唐立成，陈福花，唐军，徐旭升，王建勇，石斌，邹睿，
申请(专利权)人：贵州梅岭电源有限公司，
类型：发明
国别省市：