CN108110269A - 一种能够在高温环境条件下长时间工作热电池 - Google Patents

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刘玲玲
樊兆宝
吴启兵
魏俊华
李云伟
米林
张宗清
陈祥华
陈维兵
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Abstract

本发明公开了一种能够在高温环境条件下长时间工作热电池，其特征在于：正极材料为CoS2正极材料或Fe‑Co‑S复合材料，所述的热电池壳体材料为新型TA15钛合金。本发明中正极材料选用新型CoS2正极材料或Fe‑Co‑S复合材料，以其高达650℃的分解温度，保证300℃～500℃环境温度下的电能输出，避免正极材料分解导致的容量损失。新型TA15钛合金材料具备良好的高温力学性能，在热电池工作时内部存在高温高压、外部存在高温的苛刻环境条件，新型TA15钛合金材料的应用避免了热电池壳体受高温高压挤压导致壳体变形甚至撕裂，保证了热电池的结构强度。

Description

一种能够在高温环境条件下长时间工作热电池
技术领域
本发明涉及一种能够在高温环境条件下长时间工作热电池，该技术主要应用使用环境存在超高温情况的热电池。
背景技术
热电池具有比功率大、比能量高、负载特性好、激活速度块、放电时间长、环境适应性好、可靠性高、储存寿命长等优点，是现代武器系统理想的电源系统。随着新一代的武器系统向着远距离、高速、高机动性、低雷达反射面、高制导精度的方向发展，对弹上热电池工作环境温度提出越来越高的要求。
在新一代超音速、高超音速巡航导弹武器系统中要求热电池工作环境温度最高可达500℃。常规设计热电池通常在-55℃～+70℃环境条件下工作，在放电过程中由于自身热量辐射会使热电池周围环境温度有所上升，但是温度一般不超过200℃。国内已有的热电池工作环境温度最高为400℃，但是工作时间较短，无法满足30min长时间稳定工作要求。高温环境和长时间工作两个要求的叠加对热电池的环境适应性及安全性提出了极高的考验，为使热电池满足300℃～500℃环境长时间工作要求，需对热电池进行系统性优化设计。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：提供一种能够在高温环境条件下长时间工作热电池，以解决现有技术存在的问题。
本发明的技术方案是：一种能够在高温环境条件下长时间工作热电池，正极材料为CoS2正极材料或Fe-Co-S复合材料，所述的热电池壳体材料为新型TA15钛合金。
所述的热电池，其盖上极柱为螺纹极柱，电池盖上依次将云母片、铜垫片、耐高温导线、螺母叠装，通过螺纹连接形式进行紧固，然后在电连接处采用耐高温胶涂覆。
所述的热电池，电池堆内部设计采用梯度设计方法。
所述的梯度设计方法为：电池堆内部2~3种不同发热量的加热片，从中部位置往两端的单体电池中加热片的加热粉用量逐渐增加。
本发明的有益效果：正极材料选用新型CoS2正极材料或Fe-Co-S复合材料，以其高达650℃的分解温度，保证300℃～500℃环境温度下的电能输出，避免正极材料分解导致的容量损失。
新型TA15钛合金材料具备良好的高温力学性能，在热电池工作时内部存在高温高压、外部存在高温的苛刻环境条件，新型TA15钛合金材料的应用避免了热电池壳体受高温高压挤压导致壳体变形甚至撕裂，保证了热电池的结构强度。
热电池电池堆内部热量设计采用梯度设计方法，即电池堆热量积聚最严重的中部位置加热粉用量较少，电池堆紧固件和绝缘层多的两端位置加热粉用量较多，使得热设计既满足长时间工作需求。
耐高温电连接设计能够保证热电池在300℃～500℃环境温度下工作时电连接不失效，保证独立回路之间及回路与热电池壳体之间的绝缘性；梯度热设计能够避免热电池在工作中热失控。二者同时作用于热电池中，保证了热电池在300℃～500℃环境温度下长时间工作时的安全性。
附图说明
图1为本发明电池的结构示意图；螺纹极柱1、云母片2、铜垫片3、耐高温导线4、螺母叠装5、耐高温胶6、电池主体7。
具体实施方式
实施例1
一种能够在高温环境条件下长时间工作热电池，采用LiB/CoS2电化学体系；壳体选用TA15钛合金材料，壳体厚度0.8mm～1mm，电池底、盖厚度3mm～4mm；所述的热电池，其盖上极柱为螺纹极柱1，电池盖上依次将云母片2、铜垫片3、耐高温导线4、螺母叠装5，通过螺纹连接形式进行紧固，然后在电连接处采用耐高温胶6涂覆，采用耐高温电连接方法将耐高温导线4（FU-3等）与电池输出极柱连接，电连接部位采用耐高温胶进行封胶密封；电池主体7内部设置电池堆，集流片、加热片、负极片、隔膜片和正极片依次叠加组成单体电池，多个单体电池串并联组成电池堆，电池堆内部热量梯度设计为2～3个，根据容量设计和放电特性进行热量匹配；所述的梯度设计方法为：电池堆内部2~3种不同发热量的加热片，从中部位置往两端的单体电池中加热片的加热粉用量逐渐增加；其他装配方式按常规热电池进行装配，装配完成的热电池可以在450℃～500℃高温环境条件下工作30min以上。
实施例2
一种能够在高温环境条件下长时间工作热电池，采用LiB/Fe-Co-S复合材料电化学体系；壳体选用TA15钛合金材料，壳体厚度0.8mm～1mm，电池底、盖厚度3mm～4mm；所述的热电池，其盖上极柱为螺纹极柱1，电池盖上依次将云母片2、铜垫片3、耐高温导线4、螺母叠装5，通过螺纹连接形式进行紧固，然后在电连接处采用耐高温胶6涂覆，采用耐高温电连接方法将耐高温导线（FU-3等）与电池输出极柱连接，电连接部位采用耐高温胶进行封胶密封；电池主体7内部设置电池堆，集流片、加热片、负极片、隔膜片和正极片依次叠加组成单体电池，多个单体电池串并联组成电池堆，电池堆内部热量梯度设计为2～3个，根据容量设计和放电特性进行热量匹配；所述的梯度设计方法为：电池堆内部2~3种不同发热量的加热片，从中部位置往两端的单体电池中加热片的加热粉用量逐渐增加；其他装配方式按常规热电池进行装配，装配完成的热电池可以在450℃～500℃高温环境条件下工作30min以上。
对比实施例1
一种能够在高温环境条件下长时间工作热电池，采用LiB/CoS2电化学体系；壳体选用TA15钛合金材料，壳体厚度0.8mm～1mm，电池底、盖厚度3mm～4mm；所述的热电池，其盖上极柱为螺纹极柱1，电池盖上依次将云母片2、铜垫片3、耐高温导线4、螺母叠装5，通过螺纹连接形式进行紧固，然后在电连接处采用耐高温胶6涂覆，采用耐高温电连接方法将耐高温导线4（FU-3等）与电池输出极柱连接，电连接部位采用耐高温胶进行封胶密封；其他装配方式按常规热电池进行装配，装配完成的热电池可以在300℃℃高温环境条件下工作20min。

Claims (4)

1.一种能够在高温环境条件下长时间工作热电池，其特征在于：正极材料为CoS2正极材料或Fe-Co-S复合材料，所述的热电池壳体材料为新型TA15钛合金。
2.根据权利要求1所述的一种能够在高温环境条件下长时间工作热电池，其特征在于：所述的热电池，其盖上极柱为螺纹极柱(1)，电池盖上依次将云母片（2）、铜垫片（3）、耐高温导线（4）、螺母叠装（5），通过螺纹连接形式进行紧固，然后在电连接处采用耐高温胶（6）涂覆。
3.根据权利要求1所述的一种能够在高温环境条件下长时间工作热电池，其特征在于：所述的热电池，电池堆内部设计采用梯度设计方法。
4.根据权利要求3所述的一种能够在高温环境条件下长时间工作热电池，其特征在于：所述的梯度设计方法为：电池堆内部2~3种不同发热量的加热片，从中部位置往两端的单体电池中加热片的加热粉用量逐渐增加。
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