CN104538580A - 一种基于氟碳化物电极的一次热电池及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于电化学技术领域，具体为一种基于氟碳化物（0<氟碳摩尔比<2）电极的一次热电池及其制备方法。该电池由氟碳电极，锂或锂合金负极，高温电解质等部分组成。氟碳电极材料具有高工作电压，高热稳定性和导电性，高理论容量,价格低廉等优点。本发明所提出的氟碳热电池，可在200-750℃下工作，是一种新型可靠易推广的高能量密度电池体系。

Description

一种基于氟碳化物电极的一次热电池及其制备方法
技术领域
本发明属于电化学技术领域，具体涉及一种一次热电池及其制备方法。
背景技术
热电池是一种高温储备一次电池，电解质为固态熔融盐，常温下不导电，使用时，通过电激活或者机械激活的方式将引燃纸点燃，在加热片的作用下电池内部温度迅速上升，固态电解质瞬间熔融成离子型导体，从而使电池进入工作状态，因此称之为热电池。目前，热电池已被广泛应用于高技术武器当中，如导弹、反导导弹、核武器、各种先进炸弹、炮弹、水雷以及一些作战武器的点火装置中，还可应用在火箭的配套动力电源及军用引信电源。
作为热电池的正极材料，需具备以下一些特点：(1)具有较高的电位（相对于锂大于2V）；(2)导电性能好；(3) 在 200-750℃时可保持优良的热稳定性、化学稳定性及物理稳定性；(4)与电解质不发生反应；(5) 生成的反应物能够导电或溶入电解质，以减小内阻。
目前应用广泛且技术成熟的热电池正极材料有过渡金属氧化物（五氧化二钒（V2O5）,氧化锰（MnO2）等），金属硫化物（如FeS2,CoS2-等）。其中，金属氧化物正极材料虽然具有较高的电压平台，但热稳定性较差，且高温时易脱氧，化学稳定性差，易于与卤化物电解质发生反应，电子的导电性差,容量较小。而金属硫化物热稳定性较差，电池激活瞬间，每个单体电池会出现瞬间电压尖峰，这使电压平稳性下降，缩短了电池的工作寿命。
发明内容
本发明的目的是提供一种性能优良、价格低廉的一种基于氟碳化物电极的一次热电池及其制备方法
本发明提出的一次热电池正极材料是具有高比容量，热稳定性好的氟碳材料。经研究表明此类材料已经被广泛应用于室温锂/氟化碳一次电池中。本发明首次提出氟碳化物（0<氟碳摩尔比<2）材料在热电池中应用的报道。
 本发明提供的基于氟碳化物（0<氟碳摩尔比<2）电极的一次热电池，其中，电解质采用200-750℃的高温锂离子电解质；正极采用氟碳化物材料，其中，氟碳摩尔比在0～2之间，通过氟碳材料与电解质混合后得到，或者将氟碳材料直接用于氟碳热电池正极；负极采用锂或锂合金。
上述一次热电池的制备方法，具体步骤为：
步骤1，采用常规工艺，制备200-750℃的高温锂离子电解质，制备锂或锂合金负极；
步骤2，制备正极：将氟碳材料与电解质混合后得到氟碳热电池正极，或将氟碳材料直接用于氟碳热电池的正极；
步骤3，组装电池：将正极，锂或锂合金负极，高温电解质按通常电池组装工艺组成氟碳热电池。
本发明中，氟碳材料的结构由X射线粉末衍射仪（XRD，Bruker D8）确定。
本发明中，氟碳材料的热稳定性由热重分析仪（美国TA-德国Pfeiffer SDT Q600-GSD 301 T2）进行分析。
本发明中，采用热电池活性检验电池自动放电系统测试氟碳热电池的电化学性能。所有材料的制备，电池压制，各零部件的生产均在干燥室内进行。
附图说明
图1为实施例1  基于氟碳化物（0<氟碳摩尔比<2）电极的一次热电池的结构示意图。
图2为实施例1  氟碳材料的X射线粉末衍射图。
图3为实施例1  氟碳材料的热重分析图。
图4为实施例1  氟碳化物（0<氟碳摩尔比<2）电极的一次热电池在450℃，电流密度为0.2A/cm2时的放电曲线。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例
如图1所示，基于氟碳化物（0<氟碳摩尔比<2）电极的一次热电池，其中氟碳热电池电解质采用200-750℃的高温锂离子电解质；氟碳热电池正极通过氟碳材料与电解质混合后得到，或者将氟碳材料直接用于氟碳热电池正极；氟碳热电池负极采用锂或锂合金。其中，电解质采用LiCl-KCl(以质量比45:50混合)高温电解质和氧化镁粘结剂（质量比0.8：1-1.2:1）混合并压片；正极可采用商品氟化碳与电解质混合并压片；负极材料为锂硅合金。
图2，X射线衍射图在12°和 40°出现的两个宽峰可以归属为氟化碳材料，表明本实例中采用氟化碳作为热电池正极。
图3，热重分析测试表明本实例采用的氟化碳材料在550℃以上出现质量损失，500℃之前无明显的失重过程。说明本实例中采用的氟化碳正极具有良好的热稳定性。
本实例中将上述氟化碳正极片，高温电解质片以及锂硅合金通过复合模工艺压制成一次热电池，并在升温条件下测试这类氟化碳热电池的电化学性能。
图4为本实例提及的热电池在工作温度450℃，电流密度为0.2A/cm2时的放电曲线，该热电池放电电压为2.3V，放电容量可达238mAh/g。

Claims (3)

1. 一种基于氟碳化物电极的一次热电池，其特征在于，正极采用氟碳化物材料，氟碳摩尔比为0～2之间。
2. 根据权利要求1所述的一次热电池，其特征在于，由正极、负极和电解质组成；其中，正极采用氟碳材料，通过氟碳材料与电解质混合后得到，或者将氟碳材料直接用在正极；负极采用锂或锂合金；电解质采用200-750℃高温电解质。
3. 一种如权利要求2所述的一次热电池的制备方法，其特征在于具体步骤为：
步骤1，制备200-750℃的高温锂离子电解质；制备锂或锂合金负极；
步骤2，制备正极：将氟碳材料与电解质混合后得到氟碳热电池正极，或将氟碳材料直接用于氟碳热电池的正极；
步骤3，组装电池：将正极，锂或锂合金负极，高温电解质按通常电池组装工艺组成氟碳热电池。
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