本发明专利技术属于热电池技术领域，涉及75Wh/kg高比能量热电池之单体电池的关键设计技术。本发明专利技术主要公开：①在单体电池的热平衡设计中，加热粉在整个单体电池中最佳重量含量约为30％～39％，如果加热粉在整个单体电池中重量含量超过40％，热电池将存在安全隐患；②在Li(Si)/LiCl-LiBr-LiF/CoS2电化学体系热电池单体电池的匹配性设计中，LiSi负极与CoS2正极的最佳重量比约为1∶2.5～1∶3.5；③通过在负极材料中增加2％～10％的LiCl-LiBr-LiF三元全锂电解质，增加其导电性能，提高负极活性物质的利用率；④在单体电池的设计中通过在正极片与加热片之间增加导电性能优良的石墨隔离材料，以减少加热片对正极材料的热冲击，提高了正极活性物质的利用率。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于热电池
，具体涉及一种具有高比能量的热电池单体电池。
技术介绍
随着世界格局的变化和科学技术的飞速发展，国际上新一代先进的武器装备层出不穷，如具有中远程打击能力的战术、战略导弹系统，这也对导弹用热电池提出了更高的要求。高比能量热电池成为今后主要的发展方向。热电池的发展国外稍快于国内，据报道，使用LiB/CoS2电化学体系的热电池其比能量达到120Wh/kg，但是未进入工程应用阶段。国内已有报道使用LiB/NiCl2电化学体系的热电池其比能量达到84Wh/kg(见郭永全等《以氯化镍作正极材料的热电池研究，《电源·技术》2010年02期》)。但是使用LiSi/CoS2电化学体系的热电池其比能量小于等于60Wh/kg，工作时间小于lOmin。比能量是评价热电池综合性能的关键技术指标之一，提高热电池比能量的途径主要有一是提高单体电池的比能量，二是轻型热电池结构的研究。本专利技术主要公开单体电池的研究以提闻热电池的比能量。热电池单体电池由加热粉、正极粉、隔离粉和负极粉组成。
技术实现思路
本专利技术的目的在于开发一种75Wh/kg高比能量热电池之单体电池的关键设计技术，为导弹武器系统提供长寿命、高比能量的热电池。本专利技术在于热电池使用常规的Li(Si)/LiCl-LiBr_LiF/CoS2电化学体系，通过新型单体电池的结构设计、增加活性物质的利用率、降低热电池的内阻等关键技术上取得突破，实现热电池的重量比能量不小于75Wh/kg。本专利技术主要包括单体电池自身的热平衡值设计、单体电池的正负极配比设计、负极添加剂设计和单体电池的结构设计。单体电池自身的热平衡值设计是通过调节单体电池中加热粉的重量来实现，加热粉的重量含量为30% 39%，当加热粉重量含量小于等于30%时，正、负极活性物质的利用率低，放电时间短；当加热粉重量含量大于等于40%时，热电池内部的热失控，存在安全隐患；优选30% 39%，在保证热电池安全可靠工作的同时正、负极活性物质的利用率达至丨J最闻。单体电池的正负极配比设计是通过调节单体电池中正、负极活性物质的重量配比来实现，通过正交试验正、负极活性物质的重量配比为2 : I 4 : 1，优选2.5 I 3.5 1，其活性物质的利用率最高，放电容量最大。在负极LiSi合金中添加导电添加剂是通过在负极粉的制备过程中添加电解质来增加其导电性能。文献资料显示以50mA/cm2的电流密度进行恒流放电，加入10% 15%的添加剂的放电性能较为理想。在本专利技术中，设计的理论电流密度为170mA/cm2，通过2% 15%添加剂的电性能数据比较，当添加剂大于10%时，在保证电池安全的前提下电池内阻降低主要体现在放电初期，但是不能承受放电后期的大电流放电；如果不加添加剂或添加剂太少，内阻降低不明显，在放电初期有明显的电压波谷。通过多次试验，加入2% 10%的添加剂，其放电性能较为理想，在传统单体电池制备过程中，依次叠加加热粉、正极粉、隔离粉和负极粉，然后通过压制而成。这种制备过程的负面影响有单体制备时，加热粉和正极活性物质部分掺杂，加热瞬间，部分正极活性物质受热发生分解，造成正极活性物质利用率降低，从而制约高比能量热电池的发展。通过在正极片与加热片之间增加导电性能优良的石墨隔离材料，以减少加热片对正极材料的热冲击，提高了正极活性物质的利用率。附图说明附图I为本专利技术具有高比能量的不同热比热电池放电过程电池壳体表面温度随时间变化的对比图。附图2为单体电池的负极添加剂为O %的放电曲线。 附图3为本专利技术具有75Wh/kg高比能量热电池放电曲线图。具体实施例方式下面结合附图和具体实施例,进一步阐述本专利技术。这些实施例应理解为仅用于说明本专利技术而不用于限制本专利技术的保护范围。在阅读了本专利技术记载的内容之后，本领域技术人员可以对本专利技术作各种改动或修改，这些等效变化和修饰同样落入本专利技术权利要求所限定的范围。本专利技术优选实施例单体电池设计使用Li (Si)/LiCl-LiBr-LiF/CoS2电化学体系，加热粉在整个单体电池中的含量约为39%，LiSi负极与CoS2正极的重量比为I : 3，在LiSi负极增加10%的LiCl-LiBr-LiF三元全锂电解质，在正极片与加热片之间增加石墨隔离材料。将优选实施例中的单体电池进行串并联组合，生产二只热电池，其外形尺寸为Φ 86mm X 198mm ;按下述条件进行放电。输出电压58V±8V;输出电流12A;使用温度范围_45°C +60°C放电结果见下表I :表IKit 放电电峰值电截止电激活工作时重量比能电池外形尺万又午流a 压V 压V 时间s间s 量Wh/kg寸45°C贮存 6h 12 61.05 50 089 924 76J 0>86X198(不■60°C存 12 64.9 50 0.44 910 75.5 包括接线柱)权利要求1.一种应用于导弹武器系统中的75Wh/kg高比能量热电池之单体电池设计技术。其特征在于，单体电池自身的热平衡设计、单体电池的正负极配比设计、单体电池的结构设计和在负极中增加添加剂的设计。2.根据权利要求I所述的单体电池自身的热平衡值设计，其特征在于单体电池中加热粉的重量含量为33% 39%，如果加热粉在整个单体电池中重量含量超过40%，热电池将存在安全隐患。3.根据权利要求I所述的单体电池的正负极配比设计，其特征在于LiSi负极与CoS2正极的最佳重量比约为I : 2. 5 I : 3. 5。4.根据权利要求I所述的在负极中增加添加剂的设计，其特征在于在负极材料中增加2% 10 %的LiCl-LiBr-LiF三元全锂电解质，增加其导电性能，提高负极活性物质的利用率。5.根据权利要求I所述的单体电池的结构设计，其特征在于通过在正极片与加热片之间增加导电性能优良的石墨隔离材料，以减少加热片对正极材料的热冲击，提高了正极活性物质的利用率。全文摘要本专利技术属于热电池
，涉及75Wh/kg高比能量热电池之单体电池的关键设计技术。本专利技术主要公开①在单体电池的热平衡设计中，加热粉在整个单体电池中最佳重量含量约为30％～39％，如果加热粉在整个单体电池中重量含量超过40％，热电池将存在安全隐患；②在Li(Si)/LiCl-LiBr-LiF/CoS2电化学体系热电池单体电池的匹配性设计中，LiSi负极与CoS2正极的最佳重量比约为1∶2.5～1∶3.5；③通过在负极材料中增加2％～10％的LiCl-LiBr-LiF三元全锂电解质，增加其导电性能，提高负极活性物质的利用率；④在单体电池的设计中通过在正极片与加热片之间增加导电性能优良的石墨隔离材料，以减少加热片对正极材料的热冲击，提高了正极活性物质的利用率。文档编号H01M4/62GK102856565SQ201110182300公开日2013年1月2日 申请日期2011年6月30日 优先权日2011年6月30日专利技术者黄海燕, 高俊丽, 郑要武, 胡华荣, 迟亮, 张丽平 申请人:上海空间电源研究所本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种应用于导弹武器系统中的75Wh/kg高比能量热电池之单体电池设计技术。其特征在于，单体电池自身的热平衡设计、单体电池的正负极配比设计、单体电池的结构设计和在负极中增加添加剂的设计。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：黄海燕，高俊丽，郑要武，胡华荣，迟亮，张丽平，
申请(专利权)人：上海空间电源研究所，
类型：发明
国别省市：
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