一种耐高温长航时热电池制造技术

本发明专利技术公开了一种耐高温长航时热电池，包括设置在电池顶端的多个极柱和若干个堆叠的低自放电电池单体，在低自放电电池单体圆周设置有温控结构，温控结构从外至内为热吸收层、温控层和电池壳体；低自放电电池单体依次由由引燃层、加热层、正极层、隔膜层、负极层组成，在正极层和隔膜层之间还设置介质隔离导离子层，其中正极层由的TiS2、FeS、MoS2正极材料及其C包覆衍生物正极材料中的一种或两种以上组成。组成正极层的TiS2、FeS、MoS2正极材料及其C包覆衍生物正极材料的耐高热解温度大于700℃。所制备的热电池可在

【技术实现步骤摘要】
一种耐高温长航时热电池


[0001]本专利技术属于热电池
，具体涉及一种耐高温长航时热电池。

技术介绍

[0002]热电池是一次性贮备电源，其采用固态熔盐作为电解质，通过加热系统将固态盐熔融成液态，从而激活电池进行放电。热电池具有比能量和比功率高，工作温度范围宽(
‑
55℃～+70℃)，力学环境适应性强等优点，主要应用于火炮、火箭、导弹等领域。随着人类探索领域日趋广泛，热电池的应用领域需求也日趋广泛，尤其是高温领域，电池工作环境温度已超过500℃，给传统的热电池带来巨大挑战。传统热电池正极材料通常由FeS2、CoS2正极材料组成，其中FeS2正极材料热温度为550℃，在450℃以上就会开始缓慢热解；CoS2热解温度相对较高，为650℃，但该正极材料自放电较为严重，容量损失严重，限制了其长航时应用。另外，传统热电池的设计结构也很难适应500℃以上的超高温环境。综上，传统热电池已无法适应未来地心勘探、火星表面探测等特殊高温应用领域。
[0003]公开号为CN114068874A的一种热电池用耐高温复合型正极材料及其制备方法。耐高温复合型正极材料为MxMo1
‑
xS2，由MoS2、Li2O、熔融共晶盐和MS2混合制成；所述制备方法包括如下步骤：混合：将MoS2、MS2、Li2O和干燥后的熔融共晶盐按照一定比例混合均匀，得到复合正极材料前躯体；烧结：将复合正极材料前躯体置于气氛保护炉中，高温烧结一定时间后随炉缓慢降温至室温；破碎：将烧结产物机械破碎，研磨成80目的粉末，得到具有更高耐分解温度的耐高温复合型正极材料，有效地解决传统金属硫化物热稳定性较差等缺点，同时保证了热电池在更高温度工作环境下优异的比能量和比功率输出特性。在传统的正极材料中加入了MoS2，基于MoS2优异的耐高温特性和高比容量特性，将其与传统热电池正极材料包括FeS2、CoS2或NiS2进行复合，所制备热电池用耐高温复合型正极材料具有更高的耐分解温度，但该复合正极材料在高温下依然存在一定的热解，无法满足长航时的用电需求，本专利技术提出了另外一种方式以及采用特殊的热电池结构，也使得热电池获得耐高温的性能。

技术实现思路

[0004]为了解决上述问题，本专利技术旨在提供一种耐高温长航时热电池，
[0005]为了实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：一种耐高温长航时热电池，包括设置在电池顶端的多个极柱和若干个堆叠的低自放电电池单体，在低自放电电池单体圆周设置有温控结构，温控结构从外至内为热吸收层、温控层和电池壳体；
[0006]低自放电电池单体依次由由引燃层、加热层、正极层、隔膜层、负极层组成，在正极层和隔膜层之间还设置介质隔离导离子层，其中正极层由耐高热解温度大于700℃的材料制成。
[0007]所述耐高热解温度大于700℃的材料为TiS2、FeS、MoS2正极材料或其C包覆衍生物中的一种或多种。
[0008]所述介质隔离导离子层为CNTc层、碳纤维毡、沥青碳化材料、PAN碳化材料中的一种或多种。
[0009]所述热吸收层包裹于温控层上，热吸收层由钙钛矿材料、硅材料、半导体材料、金属箔热吸收材料中的一种或两种组成。
[0010]所述温控层包覆于电池壳体表面，温控层由无机相变材料、碳基相变材料、熔融盐相变材料中的一种或两种以上组成。
[0011]所述电池壳体由耐高温钛合金、C
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C复合材料中的一种或两种组成。
[0012]所述引燃层为引燃纸，引燃纸由Zr粉、BaCl2、铬酸钡组成。
[0013]所述加热层由多层Al
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Ni反应箔、Fe
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KClO4加热粉及以Fe
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KClO4加热粉为主体的衍生加热材料组成。
[0014]所述隔膜层由熔融盐/MgO隔膜、熔融盐/Al2O3隔膜中的一种组成，所述熔融盐：MgO或Al2O3的质量比为范围为50:50～20:70。
[0015]所述负极层为骨架LiAl合金、骨架LiB合金、骨架LiSi合金中的一种。
[0016]与现有技术相比，本专利技术具有以下优势：
[0017]1.本专利技术耐高温长航时热电池采用外部温控结构，实现内外部热量和筒体方向热量的缓慢热均衡，减小壳体内外温差，避免电池内部热量快速散失后，热电池隔膜凝固，无法长航时工作的情况，同时避免电池内外部过猛热冲击对电池的影响，实现热电池的安全工作。
[0018]2.本专利技术耐高温长航时热电池采用由的TiS2、FeS、MoS2正极材料及其C包覆衍生物正极材料中的一种或两种以上组成正极层，该正极材料具备700℃以上高热解温度和自放电，可实现热电池的长航时供电，使得热电池能在可在
‑
55℃～600℃的温度环境工作，该电池将高温工作温度进一步拓宽。
[0019]3.本专利技术在正极层和隔膜层之间还设置介质隔离导离子层，介质隔离导离子层为CNTc材料，碳纤维毡，沥青碳化材料，PAN碳化材料中的一种或多种，通过该介质隔离导离子层可以隔离正极与隔膜，防止热电池工作中正极在隔膜中溶解，从而降低热电池的自放电。
附图说明
[0020]为了更清楚地说明本专利技术具体实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0021]图1为本专利技术中一种耐高温长航时热电池的组成结构示意图；
[0022]图2为一种耐高温长航时热电池单体组成结构示意图；
[0023]图3为图2的A处放大图。
[0024]图中，1
‑
极柱；2
‑
热吸收层；3
‑
温控层；4
‑
壳体；5
‑
低自放电电池单体；
[0025]6‑
引燃层；7
‑
加热层；8
‑
正极层；9
‑
隔膜层；10
‑
负极层；11
‑
介质隔离导离子层。
具体实施方式
[0026]下面结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步的说明，但不应就此理解为本专利技术
所述主题的范围仅限于以下的实施例，在不脱离本专利技术上述技术思想情况下，凡根据本领域普通技术知识和惯用手段做出的各种修改、替换和变更，均包括在本专利技术的范围内。
[0027]参照图1
‑
图3，
[0028]实施例1：一种耐高温长航时热电池由四根极柱1和15并15并15个低自放电电池单体5组成，，在低自放电电池单体5圆周设置有温控结构，温控结构从外之内依次为硅基热吸收层2、NaF
‑
Li2SO4熔融盐相变材料温控层3和钛合金壳体4，吸热层2为温控层3提供外部热量。
[0029]其中低自放电电池单体5由Zr粉、BaCl2、铬酸钡混本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种耐高温长航时热电池，其特征在于：包括设置在电池顶端的多个极柱(1)和若干个堆叠的低自放电电池单体(5)，在低自放电电池单体(5)圆周设置有温控结构，温控结构从外至内为热吸收层(2)、温控层(3)和电池壳体(4)；低自放电电池单体(5)依次由由引燃层(6)、加热层(7)、正极层(8)、隔膜层(9)、负极层(10)组成，在正极层(8)和隔膜层(9)之间还设置介质隔离导离子层(11)，其中正极层(8)由耐高热解温度大于700℃的材料制成。2.根据权利要求1所述的耐高温长航时热电池，其特征在于：所述耐高热解温度大于700℃的材料为TiS2、FeS、MoS2正极材料或其C包覆衍生物中的一种或多种。3.根据权利要求1所述的耐高温长航时热电池，其特征在于：所述介质隔离导离子层(11)为CNTc层、碳纤维毡、沥青碳化材料、PAN碳化材料中的一种或多种。4.根据权利要求1所述的耐高温长航时热电池，其特征在于：所述热吸收层(2)包裹于温控层(3)上，热吸收层(2)由钙钛矿材料、硅材料、半导体材料、金属箔热吸收材料中的一种或两种组成。5.根据权利要求1所述的耐高温长航时热电池，其特征在于：所述温...

【专利技术属性】
技术研发人员：孟剑，唐军，唐立成，王旭峰，罗莉，潘琪，潘志鹏，王京亮，赵洪楷，李云伟，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：