CN105789693A - 热电池用薄膜状电解质层的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种热电池用薄膜状电解质层的制备方法，其特点是：包括以下制备步骤：1、制备出小于100μm厚的基底；2、配制出粘结剂；3、将粘结剂与电解质盐制成浆料，将浆料覆盖在基底两面，加热、冷却后，完成热电池用薄膜状电解质层的制备过程。本发明通过在基底两面覆盖电解质，形成热电池用薄膜状电解质层，不仅在大幅度减小热电池电解质层的厚度基础上，提高了机械强度，而且制备过程简单，特别是很容易制作成大面积或不规则形状电解质层，易于大规模批量化生产，能够有效缩短热电池的激活时间。
Description
技术领域
本发明属于化学电源技术领域，特别是涉及一种热电池用薄膜状电解质层的制备方法。
背景技术
热电池是一种利用热源将电解质盐熔化而激活的一次储备电池，广泛应用于各领域，如电子和导航系统的动力电源，飞机应急电源、火警电源等。热电池是由引燃元件、加热元件、电堆、绝缘保温层和壳体等组件构成，其中电堆是由加热片、集流片、电极片和电解质层组成的单体电池平行重叠装配而成，并在一定压力下固定封装于壳体中。
热电池的激活时间是评价热电池整体性能的重要指标之一，其是指从输入激活信号开始到电池的工作电压达到规定下限值所需的时间。热电池的激活时间是一个多步骤过程，常温下热电池处于非工作状态，使用时需要采用电或者机械方式将引燃元件活化，以点燃加热元件，从而产生大量的热将电解质盐熔融形成高电导率的离子导体，使电池激活并产生电压。这些步骤的速率是由燃烧和传热速率决定，其中电解质盐的熔融速率和达到工作温度的速率是激活过程的重要控制步骤之一，而减少电解质层的厚度,缩短其熔融时间能够有效加快热电池的激活时间。
目前，热电池中的电解质层均通过粉末压制而成，该方法制备的电解质层厚度不能太薄，一般大于254μm，否则机械强度较差，不便于热电池的压制和装配，而且该方法工艺繁琐，效率低，生产环境要求高，尤其是大面积或不规则形状电解质层的制作过程更加困难，限制了热电池激活时间的优化。
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厚度薄，机械强度高，制备过程简单，尤其是大面积或不规则形状电解质层的制作过程容易实现，能够有效缩短热电池激活时间的热电池用薄膜状电解质层的制备方法。
本发明包括如下技术方案：
热电池用薄膜状电解质层的制备方法，其特点是：包括以下制备步骤：
步骤1：制备基底
选用小于100μm厚的聚合物材料或无机材料置于烘箱中50-70℃温度下烘干10分钟-1小时，作为基底；
步骤2：配制粘结剂
将聚合物和有机溶剂配制成聚合物质量浓度为5％-15％的粘结剂；
步骤3：制备热电池用薄膜状电解质层
按照步骤2粘结剂中聚合物与电解质盐的质量比为0.01-1:10，将步骤2配制的粘结剂与电解质盐均匀混合成浆料，将浆料覆盖在步骤1中的基底两面，每一面浆料的厚度根据电解质层厚度的要求控制，然后将两面覆有浆料的基底置于烘箱中，50-120℃温度下加热3-12小时，自然冷却后，完成热电池用薄膜状电解质层的制备过程。
本发明还可以采用如下技术措施：
所述聚合物材料为棉纸、聚酰亚胺纤维布，或棉纸和聚酰亚胺纤维的混合织布之一种；所述无机物材料为多孔玻璃纤维布、氧化镁纤维布或氧化铝纤维布之一种。
所述聚合物为聚偏氟乙烯(PVDF)、聚偏氟乙烯-六氟丙烯(PVDF-HFP)、聚四氟乙烯(PTFE)、聚氧化乙烯(PEO)、羧甲基纤维素钠(CMC)、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE)、聚苯乙烯(PS)、聚丙烯腈(PAN)、聚氯乙烯(PVC)、聚乙烯醇(PVA)、聚酰亚胺(PI)或聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)之一种。
所述有机溶剂为N-甲基吡咯烷酮、N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、丙酮、乙醇、乙腈、1,3–二氧戊烷、三氯甲烷、四氢呋喃之一种。
所述电解质盐为LiCl-KCl、LiCl-LiBr-LiF或LiCl-LiBr-LiI-KI-CsI之一种。
所述涂覆方法为刮刀涂覆、喷涂涂覆、丝网印刷涂覆或者浸渍提拉涂覆之一种。
本发明具有的优点和积极效果：
本发明通过在基底两面覆盖电解质，形成热电池用薄膜状电解质层，不仅在大幅度减小热电池电解质层的厚度基础上，提高了机械强度，而且制备过程简单，特别是很容易制作成大面积或不规则形状电解质层，易于大规模批量化生产，能够有效缩短热电池的激活时间。
附图说明
图1是采用不同方法制备电解质层制成热电池的恒流放电曲线对比图。
具体实施方式
为能进一步公开本发明的发明内容、特点及功效，特例举以下实例详细说明如下。
热电池用薄膜状电解质层的制备方法，包括以下制备步骤：
步骤1：制备基底
选用小于100μm厚的聚合物材料或无机材料置于烘箱中50-70℃温度下烘干10分钟-1小时，作为基底；
步骤2：配制粘结剂
将聚合物和有机溶剂配制成聚合物质量浓度为5％-15％的粘结剂；
步骤3：制备热电池用薄膜状电解质层
按照步骤2粘结剂中聚合物与电解质盐的质量比为0.01-1:10，将步骤2配制的粘结剂与电解质盐均匀混合成浆料，将浆料覆盖在步骤1中的基底两面，每一面浆料的厚度根据电解质层厚度的要求控制，然后将两面覆有浆料的基底置于烘箱中，50-120℃温度下加热3-12小时，自然冷却后，完成热电池用薄膜状电解质层的制备过程。
所述聚合物材料为棉纸、聚酰亚胺纤维布，或棉纸和聚酰亚胺纤维的混合织布之一种；所述无机物材料为多孔玻璃纤维布、氧化镁纤维布或氧化铝纤维布之一种。
所述聚合物为聚偏氟乙烯(PVDF)、聚偏氟乙烯-六氟丙烯(PVDF-HFP)、聚四氟乙烯(PTFE)、聚氧化乙烯(PEO)、羧甲基纤维素钠(CMC)、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE)、聚苯乙烯(PS)、聚丙烯腈(PAN)、聚氯乙烯(PVC)、聚乙烯醇(PVA)、聚酰亚胺(PI)或聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)之一种。
所述有机溶剂为N-甲基吡咯烷酮、N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、丙酮、乙醇、乙腈、1,3–二氧戊烷、三氯甲烷、四氢呋喃之一种。
所述电解质盐为LiCl-KCl、LiCl-LiBr-LiF或LiCl-LiBr-LiI-KI-CsI之一种。
所述涂覆方法为刮刀涂覆、喷涂涂覆、丝网印刷涂覆或者浸渍提拉涂覆之一种。
实施例：
步骤1：制备基底
选用50μm厚的聚偏氟乙烯(PVDF)聚合物材料置于烘箱中60℃温度下烘干20分钟，自然冷却至室温后作为基底，置于相对湿度小于5％的干燥箱中；
步骤2：配制粘结剂
按照含PVDF质量浓度为10％的比例分别称取PVDF和有机溶剂N-甲基吡咯烷酮，将PVDF与N-甲基吡咯烷酮充分混合均匀，配制成粘结剂；
步骤3：制备热电池用薄膜状电解质层
按照步骤2粘结剂中PVDF与电解质盐LiCl-KCl的质量比为1:8的比例，将步骤2配制的粘结剂与LiCl-KCl搅拌5小时，形成浆料；以基底每一面浆料的厚度控制在20μm，通过刮刀涂覆法将浆料制于步骤1中的基底两面后，基底置于烘箱中；60℃温度下加热6小时，自然冷却后，完成热电池用薄膜状电解质层的制备过程。
采用相同引燃元件、加热元件、电堆、绝缘保温层和壳体等组件制作两个热电池。两个热电池的区别为：一个热电池中的电解质层为采用本发明制成，另一个热电池的电解质层为采用目前公知的压制法制成。对两个热电池分别进行恒流放电试验，如图1所示，图中a曲线为采用目前公知的压制法制备电解质层制成的热电池恒流放电曲线，b曲线为采用本发明制备电解质层制成的热电池恒流放电曲线，结果表明，采用本发明制备电解质层制成的热电池激活时间远小于目前公知的压制法制备电解质层制成的热电池激活时间。
尽管上面对本发明的优选实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可以作出很多形式。这些均属于本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.热电池用薄膜状电解质层的制备方法，其特征在于：包括以下制备步骤：
步骤1：制备基底
选用小于100μm厚的聚合物材料或无机材料置于烘箱中50-70℃温度下烘干10分钟-1小时，作为基底；
步骤2：配制粘结剂
将聚合物和有机溶剂配制成聚合物质量浓度为5％-15％的粘结剂；
步骤3：制备热电池用薄膜状电解质层
按照步骤2粘结剂中聚合物与电解质盐的质量比为0.01-1:10，将步骤2配制的粘结剂与电解质盐均匀混合成浆料，将浆料覆盖在步骤1中的基底两面，每一面浆料的厚度根据电解质层厚度的要求控制，然后将两面覆有浆料的基底置于烘箱中，50-120℃温度下加热3-12小时，自然冷却后，完成热电池用薄膜状电解质层的制备过程。
2.根据权利要求1所述热电池用薄膜状电解质层的制备方法，其特征在于：所述聚合物材料为棉纸、聚酰亚胺纤维布，或棉纸和聚酰亚胺纤维的混合织布之一种；所述无机物材料为多孔玻璃纤维布、氧化镁纤维布或氧化铝纤维布之一种。
3.根据权利要求1所述热电池用薄膜状电解质层的制备方法，其特征在于：所述聚合物为聚偏氟乙烯(PVDF)、聚偏氟乙烯-六氟丙烯(PVDF-HFP)、聚四氟乙烯(PTFE)、聚氧化乙烯(PEO)、羧甲基纤维素钠(CMC)、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE)、聚苯乙烯(PS)、聚丙烯腈(PAN)、聚氯乙烯(PVC)、聚乙烯醇(PVA)、聚酰亚胺(PI)或聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)之一种。
4.根据权利要求1所述热电池用薄膜状电解质层的制备方法，其特征在于：所述有机溶剂为N-甲基吡咯烷酮、N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、丙酮、乙醇、乙腈、1,3–二氧戊烷、三氯甲烷、四氢呋喃之一种。
5.根据权利要求1所述热电池用薄膜状电解质层的制备方法，其特征在于：所述电解质盐为LiCl-KCl、LiCl-LiBr-LiF或LiCl-LiBr-LiI-KI-CsI之一种。
6.根据权利要求1所述热电池用薄膜状电解质层的制备方法，其特征在于：所述涂覆方法为刮刀涂覆、喷涂涂覆、丝网印刷涂覆或者浸渍提拉涂覆之一种。
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