一种高电压高比能热电池正极材料及其制备方法技术

本方案公开了热电池技术领域的一种高电压高比能热电池正极材料，按重量百分比计包括氧化锂0.1％～5％、电解质4％～25％、石墨烯1％～10％和MPS

【技术实现步骤摘要】
一种高电压高比能热电池正极材料及其制备方法


[0001]本专利技术属于热电池
，特别涉及一种高电压高比能热电池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，已广泛运用于武器装备，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，激活时间越来越快。热电池主要由基片、正极片、负极片、电解质片(或隔膜片)、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、工作时间等电化学性能的影响最为关键。根据热电池的工作原理，热电池主要靠热量来使正极材料的组成部分电解质达到熔融状态，从而使热电池工作。热电池激活及工作过程中，需要保持电解质熔融状态，激活瞬间电池电池内部温度达到800℃以上，导致部分正极材料分解，从而导致长时间电池有效容量降低，工作时间缩短。

技术实现思路

[0004]本专利技术意在提供一种高电压高比能热电池正极材料，提高热电池的高比特性、延长电池工作时间。
[0005]本方案中的一种高电压高比能热电池正极材料，包括氧化锂、电解质和石墨烯，还包括MPS3，所述MPS3中的M为金属。
[0006]进一步，所述氧化锂、电解质、石墨烯和MPS3的重量百分比为氧化锂0.1％～5％、电解质4％～25％、石墨烯1％～10％和MPS
3 70％～95％。
[0007]进一步，所述氧化锂、电解质、石墨烯和MPS3的重量百分比为氧化锂2％、电解质10％、石墨烯3％和MPS
3 85％。
[0008]进一步，所述MPS3中的P为红磷。
[0009]进一步，所述MPS3中的M为铁、钴、镍中的任一种。
[0010]进一步，所述MPS3中金属粉末、红磷与硫粉的重量比为54～56:31～40：93～100，优选54:33:96。
[0011]本专利技术还提供了所述高电压高比能热电池正极材料的制备方法，包括以下步骤：
[0012]S1、准备材料：
[0013](1)MPS3的制备：按重量比称取金属粉末、红磷、硫粉，混合后放入马弗炉在氮气气氛下750～900℃煅烧5h～24h，之后通入氮气冷却至室温，得到MPS3；
[0014](2)氧化锂、电解质、石墨烯原材料放入惰性干燥箱或真空干燥箱，于40℃～300℃下进行除水备用；
[0015]S2、混合煅烧：按重量百分比称取MPS3、氧化锂、电解质和石墨烯，放入高速混粉机中混合均匀，转入惰性或真空环境下，于400℃～500℃下煅烧2h～48h，取出样品冷却既得半成品；
[0016]S3、粉碎过筛：半成品采用机械粉碎，过筛，制备出60目～200目的粉料既得所述正极材料。
[0017]进一步，所述S2中惰性环境下煅烧的温度为400℃，时间为5h。
[0018]进一步，所述S3中所得粉料粉料放入真空干燥箱中，于175℃～200℃干燥1h～10h。
[0019]本专利技术的有益技术效果是：1、本专利技术方法制得的高电压高比能热电池正极材料能发挥各自原材料的优势，MPS3复合材料具有高热稳定性和高比容量，可符合高比特性、长时间热电池的要求，具有电化学性能良好、热稳定性高、安全性高等优点，能够良好地与热电池体系相匹配。
[0020]2、本专利技术制备的正极材料相对常规正极材料，MPS3理论比容量高，可以提升电池的比能量；MPS3热稳定性大于700℃，硫化物正极材料600℃左右，MPS3适合长时间工作热电池，同是安全性高。
附图说明
[0021]图1为实施例1一种高电压高比能热电池正极材料与常规正极材料电池的放电对比。
具体实施方式
[0022]下面通过具体实施方式进一步详细说明：
[0023]实施例1
[0024]一种高电压高比能热电池正极材料的制备方法，包括如下步骤：
[0025]S1、准备材料：
[0026]1)首先把氧化锂、电解质、石墨烯原材料放入200℃温度下的惰性干燥箱除水备用；
[0027]2)金属铁粉、红磷、硫粉放入马弗炉在氮气气氛下800℃煅烧15h，金属铁粉、红磷、硫粉比例为54:33:96，之后通入氮气冷却至室温，得到FePS3；
[0028]S2、混合煅烧：按照质量占比称取85％FePS3，2％氧化锂，10％电解质，3％石墨烯放入高速混粉机中混合均匀，转入400℃温度下的惰性干燥箱中煅烧5h，取出样品冷却得半成品；
[0029]S3、粉碎过筛：采用机械粉碎所得半成品，过筛，制备颗粒小于100目的粉料；所得粉料于175℃真空干燥箱中干燥6h即得所述正极材料。
[0030]所述惰性气体为氩气、氦气中的一种；所有材料试验的合成过程均在湿度小于3％干燥房中完成。
[0031]实施例2
[0032]一种高电压高比能热电池正极材料的制备，包括如下步骤：
[0033]S1、准备材料：
[0034]1)首先把氧化锂、电解质、石墨烯原材料放入200℃温度下的真空干燥箱除水备用；
[0035]2)金属钴粉、红磷、硫粉放入马弗炉在氮气气氛下800℃煅烧15h，金属钴粉、红磷、硫粉比例为54:33:96，之后通入氮气冷却至室温，得到CoPS3；
[0036]S2、混合煅烧：按照质量占比称取85％CoPS3，2％氧化锂，10％电解质，3％石墨烯放入高速混粉机中混合均匀，转入400℃温度下的真空干燥箱煅烧5h，取出样品冷却得半成品；
[0037]S3、粉碎过筛：采用机械粉碎所得半成品，过筛，制备颗粒小于100目的粉料；所得粉料于175℃真空干燥箱中干燥6h即得所述正极材料。
[0038]所有材料试验的合成过程均在湿度小于3％干燥房中完成。
[0039]实施例3
[0040]一种高电压高比能热电池正极材料的制备，包括如下步骤：
[0041]S1、准备材料：
[0042]1)首先把氧化锂、电解质、石墨烯原材料放入200℃温度下的惰性干燥箱除水备用；
[0043]2)金属镍粉、红磷、硫粉放入马弗炉在氮气气氛下800℃煅烧15h，金属镍粉、红磷、硫粉比例为54:33:96，之后通入氮气冷却至室温，得到NiPS3；
[0044]S2、混合煅烧：按照质量占比称取85％ NiPS3，2％氧化锂，10％电解质，3％石墨烯放入高速混粉机中混合均匀，转入400℃温度下的惰性干燥箱中煅烧5h，取出样品冷却得半成品；
[0045]S3、粉碎过筛：采用机械粉碎所得半成品，过筛，制备颗本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高电压高比能热电池正极材料，包括氧化锂、电解质和石墨烯，其特征在于：还包括MPS3，所述MPS3中的M为金属。2.根据权利要求1所述的一种高电压高比能热电池正极材料，其特征在于：所述氧化锂、电解质、石墨烯和MPS3的重量百分比为氧化锂0.1％～5％、电解质4％～25％、石墨烯1％～10％和MPS
3 70％～95％。3.根据权利要求2所述的一种高电压高比能热电池正极材料，其特征在于：所述氧化锂、电解质、石墨烯和MPS3的重量百分比为氧化锂2％、电解质10％、石墨烯3％和MPS
3 85％。4.根据权利要求1所述的一种高电压高比能热电池正极材料，其特征在于：所述MPS3中的P为红磷。5.根据权利要求4所述的一种高电压高比能热电池正极材料，其特征在于：所述MPS3中的M为铁、钴、镍中的任一种。6.根据权利要求4所述的一种高电压高比能热电池正极材料，其特征在于：所述MPS3中金属粉末、红磷与硫粉的重量比为54～56:31～40：93～100。7.根据权利要求6所述的一种高电压高比能热电池正极材料，其特征在于：所述MPS3中金属粉...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐军，唐立成，潘志鹏，王京亮，孟剑，罗莉，赵洪楷，李云伟，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：