CN109802080A - 一种热电池用高电导复合隔膜材料 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及热电池领域，一种热电池用高电导复合隔膜材料及其制备方法，按重量百分数计，由5‑20％固体电解质、20‑40％MgO、40‑60％熔盐制成，制备方法为：将固体电解质、MgO、熔盐装入容器中，在惰性气体和干燥环境下，机械混合后过80目筛，得到混合物；再将混合物球磨20‑30min，获得高电导复合隔膜材料。本发明提供的高电导复合隔膜材料，制备工艺简单，具有电导率高、兼容性好、电极化小的特点，提高了热电池的高功率输出能力。

Description

一种热电池用高电导复合隔膜材料
技术领域
本发明涉及热电池领域，尤其是一种热电池用高电导复合隔膜材料。
背景技术
热电池通常由正极片、隔膜片、负极片和加热片等部分叠加组成，隔膜片中的电解质在常温下为电导率极小的固体，通过外部激活信号(光、电、机械力等)引燃加热片，释放出大量热量，使得电解质熔融，形成电导率很高的熔融态，热电池对外输出电能。热电池作为各类武器系统的首选电源，工作期间需要承受较大的机械应力(加速度，回转等)和严苛的环境，因此通常需要添加化学惰性物质吸附电解质，以抑制熔融态电解质的流动。可以用作电解质粘合剂的材料很少，MgO是目前最常用的吸附剂。但是氧化镁在热电池的隔膜片中只具备作为吸附剂的功能，而不具备离子导电性等的特性，因而隔膜片中添加入MgO，会在一定程度上使得热电池的内阻增大、工作性能降低。
目前固体电解质技术日趋成熟，其中无机固体电解质具有良好的电化学稳定性和热稳定性等优点，同时还具有离子导电的特性，并且其离子电导性随温度的升高而增大，兼具了隔膜和电解质的双重作用，现已用与电池隔膜的制备技术中。如专利申请号为201810332125.2的文件公开的一种无机固体电解质-纤维素复合隔膜及其制备方法，先将纤维素加去离子水制成纤维素浆液，再将无机固体电解质加去离子水制成悬浮液，并加入湿强鸡与纤维素浆液混匀，然后通过抄纸工艺制成湿态纤维素电解质复合隔膜，最后干燥即可；制得的复合隔膜具有厚度小、抗击穿能力强、离子电导率高、浸润性好的优点。
发明内容
本发明的目的在于提供一种电导率高、电极化小、用于热电池的高电导复合隔膜材料，具体是通过以下技术方案实现的：
一种热电池用高电导复合隔膜材料，由固体电解质、MgO、熔盐制成。
优选地，所述的热电池用高电导复合隔膜材料，按重量百分含量计，由5-20％固体电解质、20-40％MgO、40-60％熔盐制成。
优选地，所述固体电解质为LAGP、LiPON中的一种。
优选地，所述熔盐为LiCl-KCl二元电解质、LiCl-LiBr-LiF三元电解质中的一种。
优选地，所述的热电池用高电导复合隔膜材料的制备方法，其特征在于，包括以下过程：将固体电解质、MgO、熔盐装入容器中，在惰性气体和干燥环境下，机械混合后过80目筛，得到混合物；再将混合物球磨20-30min，获得高电导复合隔膜材料。
优选地，所述高电导复合隔膜材料的粒度为80-100目。
优选地，所述的高电导复合隔膜材料通过粉末压片法制成高电导复合隔膜。
本发明的有益效果在于：热电池是一种熔盐电池，根据电解质的不同，其常值工作温度在300℃-450℃范围，激活瞬间的温度甚至能够达到500℃以上；LAGP、LiNOP属于无机固体电解质，具有良好的热稳定性，能够承受热电池的高温工作环境，并且与FeS2、CoS2正极和金属Li负极不发生化学反应，具有良好的相容性；用LAGP、LiNOP固体电解质代替隔膜中的部分惰性吸附物(MgO等)混合一定比例的熔盐制成复合隔膜材料，隔膜材料中的固体电解质，不仅可以有效的吸附熔电解质，同时还有具有离子电导的特性，能够提升隔膜片的离子导电率。因此，本发明提供的复合隔膜材料能够有效地降低隔膜片的内阻，提升热电池的功率特性。
本发明提供的高电导复合隔膜材料具有电导率高、兼容性好、电极化小的特点，且工艺简单；采用该高电导复合隔膜材料制备的热电池，具有内阻小，输出功率大、电压精度高的特点，在同一实验条件下，其比功率度比传统隔膜热电池提升了6％。
具体实施方式
下面结合具体的实施方式来对本发明的技术方案做进一步的限定，但要求保护的范围不仅局限于所作的描述。
实施例1
在容器中装入5gLAGP固体电解质、22.5gMgO和50g熔盐，在惰性气氛和干燥环境保护下，机械混合后过80目筛；球磨30min后得到粒度为80-100目的高电导复合隔膜材料，装瓶备用。本实施例使用的熔盐为LiCl-LiBr-LiF三元全锂。
实施例2
在容器中装入2.5gLAGP固体电解质、22.5gMgO和50g熔盐，在惰性气氛和干燥环境保护下，机械混合后过80目筛；球磨30min后得到粒度为80-100目的高电导复合隔膜材料，装瓶备用。本实施例使用的熔盐为LiCl-LiBr-LiF三元全锂。
实施例3
在容器中装入10g LiNOP固体电解质、40gMgO和50g熔盐，在惰性气氛和干燥环境保护下，机械混合后过80目筛；球磨30min后得到粒度为80-100目的高电导复合隔膜材料，装瓶备用。本实施例使用的熔盐为LiCl-KCl二元电解质。
实施例4
在容器中装入5gLAGP固体电解质、40gMgO和45g熔盐，在惰性气氛和干燥环境保护下，机械混合后过80目筛；球磨30min后得到粒度为80-100目的高电导复合隔膜材料，装瓶备用。本实施例使用的熔盐为LiCl-LiBr-LiF三元全锂。
实验例1
取实施例1-4制备的高电导复合隔膜材料，通过粉末压片法制成高电导复合隔膜；以氧化镁、熔盐制成的传统隔膜为对照组。在规格为φ54的模具中倒入加热粉饼用刮片刮平，再依次分别倒入正极，高电导复合隔膜(传统隔膜)、负极，制成单电池；然后将15片单元热电池串联，并装入φ68×75的不锈钢电池壳中。按照常规测试方法，在2A恒流和10个46A脉冲电流的负载下放电，高电导复合隔膜热电池的工作时间为500s,输出比容量为40Wh/kg，与传统隔膜热电池相比，比功率提升了6％。
在此有必要指出的是，以上实施例和实验例仅限于对本发明的技术方案做进一步的阐述和理解，不能理解为对本发明的技术方案做进一步的限定，本领域技术人员作出的非突出实质性特征和显著进步的发明创造，仍然属于本发明的保护范畴。

Claims (7)

1.一种热电池用高电导复合隔膜材料，其特征在于，由固体电解质、MgO、熔盐制成。
2.如权利要求1所述的热电池用高电导复合隔膜材料，其特征在于，按重量百分含量计，由5-20％固体电解质、20-40％MgO、40-60％熔盐制成。
3.如权利要求1-2所述的热电池用高电导复合隔膜材料，其特征在于，所述固体电解质为LAGP、LiPON中的一种。
4.如权利要求1-2所述的热电池用高电导复合隔膜材料，其特征在于，所述熔盐为LiCl-KCl二元电解质、LiCl-LiBr-LiF三元电解质中的一种。
5.如权利要求1-4所述的热电池用高电导复合隔膜材料的制备方法，其特征在于，包括以下过程：将固体电解质、MgO、熔盐装入容器中，在惰性气体和干燥环境下，机械混合后过80目筛，得到混合物；再将混合物球磨20-30min，获得高电导复合隔膜材料。
6.如权利要求5所述的热电池用高电导复合隔膜材料的制备方法，其特征在于，所述高电导复合隔膜材料的粒度为80-100目。
7.如权利要求5所述的热电池用高电导复合隔膜材料的制备方法，其特征在于，所述的高电导复合隔膜材料通过粉末压片法制成高电导复合隔膜。
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