CN105703002A - 一种热电池用电解质材料及其制备方法 - Google Patents

一种热电池用电解质材料及其制备方法 Download PDF

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邢永慧
焦雪
王岩
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Abstract

本发明涉及一种热电池用电解质材料及其制备方法。本发明属于热电池技术领域。一种热电池用电解质材料，其特点是：热电池用电解质材料以Al2O3为粘结剂，与LiCl-KCl共晶盐混合后，经熔融、球磨、筛分、真空干燥处理得到的材料。制备步骤：(1)Al2O3热处理：将Al2O3粉末进行热处理；(2)共晶盐烘干：将LiCl-KCl共晶盐真空干燥；(3)电解质配制：Al2O3粉末与LiCl-KCl共晶盐混合；(4)熔融：装炉进行熔融；(5)球磨：熔融后电解质球磨处理；(6)筛分：球磨后电解质筛分；(7)真空干燥：真空干燥制得热电池用电解质材料。本发明具有工艺简单，设备投入成本小；所制电解质材料高温下不容易渗出且粘结剂含量低，采用该特种电解质材料制备的热电池瞬间输出功率大等优点。

Description

一种热电池用电解质材料及其制备方法
技术领域
本发明属于热电池技术领域，特别是涉及一种热电池用电解质材料及其制备方法。
背景技术
目前，热电池是用电池本身的加热系统把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一种热激活储备电池。按照负极材料分类，热电池一般分为Ca体系和Li体系两种。无论是Ca体系还是Li体系，其电解质都是由共晶盐与粘结剂经高温熔融而成。其中，高温熔融的目的是使流动的熔盐浸润粘结剂，以确保粘结剂对熔盐的保持力。随负极材料的不同，所用粘合剂的种类也有所不同。用Ca作负极时，SiO2是比较理想的粘合剂，其比表面积高达390m2/g，具有极高的吸附能力。用Li作负极时，由于SiO2在高温下能与熔融的锂快速反应，因此放弃了SiO2在Li体系热电池中的使用。随后，Y2O3、BN、AlN也曾被设想用作熔盐电解质的粘结剂，但都没有得到广泛应用。目前国际上广泛使用的电解质粘结剂为MgO，其比表面积为60-80m2/g，因其活性比SiO2低，所以MgO的用量要比SiO2的量多2～3倍。
电解质中粘结剂的含量是一个重要的物理参数。以Li体系热电池为例，如果MgO的比率太低，就有可能导致正负极之间没有物理隔绝或电解质从电堆中渗出，从而可能发生短路，影响电池的安全性。但是如果MgO的比率太高，将导致电池的内阻增加，影响电池的比功率水平。在实际应用中，往往以确保热电池的安全性为原则，存在牺牲热电池的内阻，即限制了热电池的高功率瞬变输出能力等技术问题。
发明内容
本发明为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种热电池用电解质材料及其制备方法。
本发明以高活性Al2O3为粘结剂，与LiCl-KCl共晶盐进行充分混合后，经高温熔融、球磨、筛分、真空干燥处理，制得热电池用特种电解质材料。
本发明的目的之一是提供一种具有高温下不容易渗出且粘结剂含量低，采用该特种电解质材料的热电池具有瞬间输出功率大等特点的热电池用电解质材料。
本发明热电池用电解质材料所采取的技术方案是：
一种热电池用电解质材料，其特点是：热电池用电解质材料以Al2O3为粘结剂，与LiCl-KCl共晶盐混合后，经熔融、球磨、筛分、真空干燥处理得到的材料。
本发明热电池用电解质材料还可以采用如下技术方案：
所述的热电池用电解质材料，其特点是：热电池用电解质材料中Al2O3粘结剂质量百分比为20～35％，LiCl-KCl共晶盐的质量百分比为65～80％。
本发明的目的之二是提供一种具有工艺简单，设备投入成本小，实用性很强；所制电解质材料高温下不容易渗出且粘结剂含量低，采用该特种电解质材料制备的热电池瞬间输出功率大等特点的热电池用电解质材料的制备方法。
本发明热电池用电解质材料的制备方法所采取的技术方案是：
一种热电池用电解质材料的制备方法，其特点是：热电池用电解质材料的制备过程包括以下工艺步骤：
(1)Al2O3热处理：将Al2O3粉末进行热处理，处理温度500±20℃，时间3～4小时；
(2)共晶盐烘干：将LiCl-KCl共晶盐放到真空干燥箱内干燥，干燥温度300±5℃，相对真空度≤-0.095MPa，时间5～7小时；
(3)电解质配制：将处理过的Al2O3粉末与LiCl-KCl共晶盐混合，Al2O3粘结剂的含量为20～35％，LiCl-KCl共晶盐的含量为65～80％，总量为100％；
(4)熔融：将配制的电解质装入炉子内进行熔融，熔融温度500±20℃，时间3～4小时；
(5)球磨：将熔融后的电解质进行球磨处理，时间3～4小时；
(6)筛分：对球磨后的电解质进行筛分；
(7)真空干燥：将电解质放到真空干燥箱内干燥，干燥温度300±5℃，相对真空度≤-0.095MPa，时间5～7小时，制得热电池用电解质材料。
本发明热电池用电解质材料的制备方法还可以采用如下技术方案：
所述的热电池用电解质材料的制备方法，其特点是：真空干燥制得的热电池用电解质材料进行分装，分装采用蜡封包装或真空包装。
本发明具有的优点和积极效果是：
热电池用电解质材料及其制备方法由于采用了本发明全新的技术方案，与现有技术相比，本发明具有工艺简单，设备投入成本小，实用性很强；所制电解质材料高温下不容易渗出且粘结剂含量低，采用该特种电解质材料制备的热电池瞬间输出功率大等特点。
具体实施方式
为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并详细说明如下：
实施例1
一种热电池用电解质材料，以高活性Al2O3为粘结剂，与LiCl-KCl共晶盐混合后，经熔融、球磨、筛分、真空干燥处理得到。热电池用电解质材料中Al2O3粘结剂质量百分比为20％，LiCl-KCl共晶盐的质量百分比为80％。
实施例2
一种热电池用电解质材料，以高活性Al2O3为粘结剂，与LiCl-KCl共晶盐混合后，经熔融、球磨、筛分、真空干燥处理得到。热电池用电解质材料中Al2O3粘结剂质量百分比为35％，LiCl-KCl共晶盐的质量百分比为65％。
实施例3
一种热电池用电解质材料的制备方法，包括以下工艺步骤：
(1)Al2O3热处理：将高活性Al2O3粉末进行热处理，处理温度500±20℃，时间4小时；
(2)共晶盐烘干：将LiCl-KCl共晶盐放到真空干燥箱内干燥，干燥温度300±5℃，相对真空度≤-0.095MPa，时间6小时；
(3)电解质配制：将处理过的200gAl2O3粉末与800gLiCl-KCl共晶盐进行充分混合；
(4)熔融：将配制的电解质装入炉子内进行熔融，熔融温度500±20℃，时间4小时；
(5)球磨：将熔融后的电解质进行球磨处理，时间4小时；
(6)筛分：对球磨后的电解质进行筛分；
(7)真空干燥：将电解质放到真空干燥箱内干燥，干燥温度300±5℃，相对真空度≤-0.095MPa，时间6小时；
(8)分装：将物料从真空干燥箱内取出，蜡封包装或真空包装；制得热电池用电解质材料。
实施例4
一种热电池用电解质材料的制备方法，同实施例3。
其中：将高活性Al2O3粉末在500℃热处理4小时；将LiCl-KCl共晶盐在300℃、相对真空度≤-0.095MPa的真空干燥箱内干燥6小时；将250gAl2O3粘结剂与750gLiCl-KCl共晶盐进行充分混合，在500℃熔融处理4小时；随后进行4小时的球磨处理；筛分后在300℃、相对真空度≤-0.095MPa条件下真空干燥6小时；分装待用。
实施例5
一种热电池用电解质材料的制备方法，同实施例3。
其中，将高活性Al2O3粉末在500℃热处理4小时；将LiCl-KCl共晶盐在300℃、相对真空度≤-0.095MPa的真空干燥箱内干燥6小时；将300gAl2O3粘结剂与700gLiCl-KCl共晶盐进行充分混合，在500℃熔融处理4小时；随后进行4小时的球磨处理；筛分后在300℃、相对真空度≤-0.095MPa条件下真空干燥6小时；分装待用。
实施例6
一种热电池用电解质材料的制备方法，同实施例3。
其中，将高活性Al2O3粉末在500℃热处理4小时；将LiCl-KCl共晶盐在300℃、相对真空度≤-0.095MPa的真空干燥箱内干燥6小时；将350gAl2O3粘结剂与650gLiCl-KCl共晶盐进行充分混合，在500℃熔融处理4小时；随后进行4小时的球磨处理；筛分后在300℃、相对真空度≤-0.095MPa条件下真空干燥6小时；分装待用。
本实施例具有所述的工艺简单，设备投入成本小，实用性很强；所制电解质材料高温下不容易渗出且粘结剂含量低，采用该特种电解质材料制备的热电池瞬间输出功率大等积极效果。

Claims (4)

1.一种热电池用电解质材料，其特征是：热电池用电解质材料以Al2O3为粘结剂，与LiCl-KCl共晶盐混合后，经熔融、球磨、筛分、真空干燥处理得到的材料。
2.根据权利要求1所述的热电池用电解质材料，其特征是：热电池用电解质材料中Al2O3粘结剂质量百分比为20～35％，LiCl-KCl共晶盐的质量百分比为65～80％。
3.一种热电池用电解质材料的制备方法，其特征是：热电池用电解质材料的制备过程包括以下工艺步骤：
(1)Al2O3热处理：将Al2O3粉末进行热处理，处理温度500±20℃，时间3～4小时；
(2)共晶盐烘干：将LiCl-KCl共晶盐放到真空干燥箱内干燥，干燥温度300±5℃，相对真空度≤-0.095MPa，时间5～7小时；
(3)电解质配制：将处理过的Al2O3粉末与LiCl-KCl共晶盐混合，Al2O3粘结剂的含量为20～35％，LiCl-KCl共晶盐的含量为65～80％，总量为100％；
(4)熔融：将配制的电解质装入炉子内进行熔融，熔融温度500±20℃，时间3～4小时；
(5)球磨：将熔融后的电解质进行球磨处理，时间3～4小时；
(6)筛分：对球磨后的电解质进行筛分；
(7)真空干燥：将电解质放到真空干燥箱内干燥，干燥温度300±5℃，相对真空度≤-0.095MPa，时间5～7小时，制得热电池用电解质材料。
4.根据权利要求3所述的热电池用电解质材料的制备方法，其特征是：真空干燥制得的热电池用电解质材料进行分装，分装采用蜡封包装或真空包装。
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