CN106207213A - 一种快速激活热电池复合正极及其制备方法 - Google Patents

一种快速激活热电池复合正极及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种快速激活热电池复合正极及电极制备方法。该复合正极主要由热电池正极粉、加热粉及金属丝网通过物理压制成型。其中正极粉采用熔盐电解质包覆处理，加热粉为正极粉的5%‑60%。电极组件中金属丝网嵌于正极层中，金属丝网直径为片径的60%‑90%。在热电池激活过程中，复合正极中加热粉燃烧不仅可以快速活化正极包覆层，而且可以减少传热中间过程，直接对隔膜中电解质加热；另外金属丝网和加热粉中过量的铁均可增加电极导电性，利于快速建压。该正极成型好，传热效率高，可以极大缩短激活时间，适合短时间快速激活热电池设计。

Description

一种快速激活热电池复合正极及其制备方法
技术领域
本发明涉及电池技术领域，本发明涉及一种高活性热电池复合正极及其制备方法，该技术主要应用于短时间快速激活热电池。
背景技术
热电池是热激活储备电池，它是以熔盐作电解质，利用热源使其熔化而激活的一次性储备电池，热电池工作时内部温度在450℃-550℃，具有输出功率大，激活时间短，贮存寿命长，环境适应性强等优点。快速响应热电池已经在深空探索、应急救援、系统装备设计等多领域展现出巨大的优势。
纵观热电池发展技术，快速响应热电池技术却鲜有报道。国内热电池激活时间主要停留于方法途径探讨上，在正极材料应用研究内容局限于正负极添加离子导电剂、电子导电剂、快速引燃技术，激活时间没有出现实质性的进展。常规热电池（图1）激活时，加热片从外向内燃烧，燃烧所释放的热量必须依次通过基片、正极片才能传递至隔膜，激活时间大大增长，现有的热电池的激活时间集中于在0.2-0.8s。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：提供一种快速激活热电池复合正极及其制备方法，利用加热正极复合方式，减少热量传递过程，直接对隔膜进行加热，以降低热电池激活时间，激活时间能够达到0.1s以下，克服现有技术中存在的问题。
本发明采取的技术方案为：一种快速激活热电池复合正极，热电池复合正极中含有加热粉和热电池正极粉，加热粉添加量为热电池正极粉的5%-60%，热电池正极粉需采用熔盐进行包覆预处理。
一种快速激活热电池复合正极的制备方法，该方法为：将包覆预处理的热电池正极料和加热粉按比例物理混合均匀，并采用粉末压制法成型，制片中嵌入金属丝网作为支撑骨架防止变形，并形成技术丝网络增强导电性。
优选的，上述金属丝网需平整嵌入正极层中，金属丝网直径为片径的60%-90%，金属丝选用导电性好、耐腐蚀材质，如铜、镍、银等。
优选的，上述当复合正极中加热粉掺入比例超过20%时，可以形成燃烧型正极，取消加热片单独成型或者取消加热片。
本发明的上述技术方案主要是通过减少热量步骤，增强正极材料电子导电性实现的。在小型热电池激活过程中，热量传递至隔膜使电解质熔融为关键速度控制步骤。常规热电池（图1 常规）激活时，加热片从外向内燃烧，燃烧所释放的热量必须依次通过基片、正极片才能传递至隔膜。
本发明的有益效果：相比现有技术，本发明采用的高活性复合正极材料自身具有加热材料，具有如下优点：
（1）本发明中复合正极在加热片横向燃烧的同时自身同步燃烧，产生的热量可以直接对隔膜进行加热，节约了热量在基片、正极中的传热时间；
（2）复合正极中加热片燃烧的热量可以立即对包覆正极的熔盐进行活化，节约了热量传递至正极的时间；
（3）加热粉中过量的铁和金属丝网骨架具有良好的导电性，可以减小内阻，提升电压爬升速度；
（4）当复合正极中加热粉掺入比例超过20%时，可以形成燃烧型正极，以取消加热片单独成型或者取消加热片。
本发明与现有技术相比，可以缩短20%-50%的激活时间，使激活时间降低至0.1s以下，并且由于减少了传热中间过程，可以更好地满足高低温环境下快速激活要求。
附图说明
图1为现有的热电池的激活结构示意图；
图2 为本发明的结构示意图；
图3为本发明中取消加热片单独成型结构示意图；
图4为本发明中取消加热片结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图及具体的实施例对本发明进行进一步介绍。
如图1-图4所示，一种快速激活热电池复合正极，热电池复合正极中含有加热粉和热电池正极粉，加热粉添加量为热电池正极粉的5%-60%，热电池正极粉需采用熔盐进行包覆预处理，正极粉采用二硫化铁正极、二硫化钴正极、氯化镍正极或硫化物复合正极，加热粉采用Fe-KClO4或掺Zr混合物，电解质为二元或三元卤化物电解质。
一种快速激活热电池复合正极的制备方法，该方法为：将包覆预处理的热电池正极料和加热粉按比例物理混合均匀，并采用粉末压制法成型，制片中嵌入金属丝网作为支撑骨架防止变形，并形成技术丝网络增强导电性。
优选的，上述金属丝网需平整嵌入正极层中，金属丝网直径为片径的60%-90%，金属丝选用导电性好、耐腐蚀材质，如铜、镍、银等。
优选的，上述当复合正极中加热粉掺入比例超过20%时，可以形成燃烧型正极，取消加热片单独成型（图3所示）或者取消加热片（图4所示）。
实施例1：一种快速激活热电池复合正极，其成分百分比为：45%正极材料FeS2，55%加热粉Fe-KClO4，其制备方法如下：将FeS2采用熔盐电解质进行包覆预处理，并将加热粉（Fe-KClO4）按55%的比例进行常温混合，得到复合正极材料；将金属丝网置于模具底部，倒入称量好的复合正极，摊平，倒入称量好的隔膜，摊平，在一定压力下制片。实施例1中制备的正极的电池相比常规装配，激活时间可降低29%，激活时间可达85ms。
实施例2：一种快速激活热电池复合正极，其成分百分比为：85%正极材料CoS2，15%加热粉Fe-KClO4，其制备方法如下：将CoS2采用熔盐电解质进行包覆预处理，并将加热粉（Fe-KClO4）按15%的比例进行常温混合，得到复合正极，将加热粉倒入模具摊平，将金属丝网置于加热粉上，倒入称量好的复合正极，摊平，倒入称量好的隔膜，摊平，在一定压力下制片。实施例2中制备的正极的电池相比常规装配，激活时间可降低23%，激活时间可达92ms。
实施例3：一种快速激活热电池复合正极，其成分百分比为：95%正极材料FeS2， 5%加热粉Fe-KClO4，其制备方法如下：将FeS2采用熔盐电解质进行包覆预处理，并将加热粉（Fe-KClO4）按5%的比例进行常温混合，得到复合正极材料；将金属丝网置于模具底部，倒入称量好的复合正极，摊平，倒入称量好的隔膜，摊平，在一定压力下制片。实施例3中制备的正极的电池相比常规装配，激活时间可降低32%，激活时间可达82ms。
实施例4：一种快速激活热电池复合正极其成分百分比为：40%正极材料CoS2，60%加热粉Fe-KClO4，其制备方法如下：将CoS2采用熔盐电解质进行包覆预处理，并将加热粉（Fe-KClO4）按60%的比例进行常温混合，得到复合正极，将加热粉倒入模具摊平，将金属丝网置于加热粉上，倒入称量好的复合正极，摊平，倒入称量好的隔膜，摊平，在一定压力下制片。实施例4中制备的正极的电池相比常规装配，激活时间可降低26%，激活时间可达88ms。
实施例5：一种快速激活热电池复合正极其成分百分比为：80%正极材料CoS2，20%加热粉Fe-KClO4，其制备方法如下：将CoS2采用熔盐电解质进行包覆预处理，并将加热粉（Fe-KClO4）按20%的比例进行常温混合，得到复合正极，将加热粉倒入模具摊平，将金属丝网置于加热粉上，倒入称量好的复合正极，摊平，倒入称量好的隔膜，摊平，在一定压力下制片。实施例5中制备的正极的电池相比常规装配，激活时间可降低21%，激活时间可达95ms。
实施例6：一种快速激活热电池复合正极其成分百分比为：65%正极材料CoS2，35%加热粉Fe-KClO4，其制备方法如下：将CoS2采用熔盐电解质进行包覆预处理，并将加热粉（Fe-KClO4）按35%的比例进行常温混合，得到复合正极，将加热粉倒入模具摊平，将金属丝网置于加热粉上，倒入称量好的复合正极，摊平，倒入称量好的隔膜，摊平，在一定压力下制片。实施例6中制备的正极的电池相比常规装配，激活时间可降低35%，激活时间可达78ms。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内，因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (4)

1.一种快速激活热电池复合正极，其特征在于：热电池复合正极中含有加热粉和热电池正极粉，加热粉添加量为热电池正极粉的5%-60%，热电池正极粉需采用熔盐进行包覆预处理。
2.根据权利要求1所述的一种快速激活热电池复合正极的制备方法，其特征在于：该方法为：将包覆预处理的热电池正极料和加热粉按比例物理混合均匀，并采用粉末压制法成型，制片中嵌入金属丝网作为支撑骨架。
3.根据权利要求2所述的一种快速激活热电池复合正极的制备方法，其特征在于：金属丝网需平整嵌入正极层中，金属丝网直径为片径的60%-90%，金属丝选用导电性好、耐腐蚀材质。
4.根据权利要求2所述的一种快速激活热电池复合正极的制备方法，其特征在于：当复合正极中加热粉掺入比例超过20%时，可以形成燃烧型正极，取消加热片单独成型或者取消加热片。
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