CN110890565B - 一种热电池用复合加热片的制备方法及应用 - Google Patents

一种热电池用复合加热片的制备方法及应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种热电池用复合加热片的制备方法，所述复合加热片由加热物料和储热物料制成，其制备方法包括以下步骤：按比例称取Fe粉和KClO4粉，搅拌均匀后加入钠盐，混合均匀后过筛，获得加热物料；按比例称取LiOH、LiCl和KF粉，搅拌均匀后加入MgO粉末，混合均匀后过筛，制得储热物料；按顺序将加热物料和储热物料放入模具中，施加压力让粉料成型后脱膜，制得所述复合加热片。本申请热电池复合加热片中加热物料添加了钠盐，钠盐的存在可以有效分散加热物料中的活性物质，防止加热物料过燃，从而延长加热物料的热释放时间，保证热电池能够长时间工作。

Description

一种热电池用复合加热片的制备方法及应用
技术领域
本发明属于热电池电极材料技术领域，尤其涉及一种热电池用复合加热片的制备方法及应用。
背景技术
热电池是一种热激活贮备电池，在常温下贮存时电解质为不导电的固体，使用时用电发火头或撞针机构引燃其内部的加热药剂，使电解质熔融成为离子导体而被激活的一种储备电池，贮存时间理论上是无限的，实际可测值达17年以上。由于它内阻小、使用温度范围宽、贮存时间长、激活迅速可靠、不需要维护，故而其已发展成为现代化武器的理想电源。
随着国防工业的迅速发展，应用领域对热电池的要求也越来越高，尤其是长时间热电池。影响热电池工作时间的主要因素为热电池的保温性能和电极材料活性物质的利用率。随着保温材料气凝胶地应用，热电池的保温性能获得较大提升，电池激活后自身热量可以保持3～24h，已满足当下热电池的工作时间要求。但实际上热电池工作时间却很难超过1h，这主要是由于目前广泛应用的FeS2、CoS2等电极材料，在工作过程中自身热解比较严重。热解反应的发生主要是因为对于长时间热电池来说，加热片量过多会导致热电池内部温度升高，超过了正极材料的热解温度，导致正极物质发生热解，导致热电池的工作时间减短；而加热片量减少则会导致热电期内部热量不足，热电池工作时间也不满足使用要求。
因此，国内急需要一种前期对热电池单体热冲击小、后期持续供热的加热片结构的热电池材料。
发明内容
本发明为解决上述技术问题，提供了一种热电池用复合加热片的制备方法及应用。
为了能够达到上述所述目的，本发明采用以下技术方案：
一种热电池用复合加热片的制备方法，所述复合加热片由加热物料和储热物料制成，其制备方法包括以下步骤：
(1)制备加热物料：按照比例称取Fe粉和KClO4粉，搅拌均匀后加入钠盐，混合均匀后过筛，获得加热物料；
(2)制备储热物料：按照比例称取LiOH、LiCl和KF粉，搅拌均匀后加入MgO粉末，混合均匀后过筛，制得储热物料；
(3)制备复合加热片：按顺序将步骤(1)的加热物料和步骤(2)的储热物料放入模具中，施加压力让粉料成型后脱膜，制得所述复合加热片。
进一步地，所述复合加热片的外表面为加热物料，其内部为储热物料或储热物料和加热物料相间排列。
进一步地，在步骤(1)，所述Fe粉和KClO4粉的质量比＝80～90:10～20。
进一步地，在步骤(1)，所述钠盐为NaCl或Na2SO4，且钠盐的质量为加热物料的1％～10％。
进一步地，在步骤(2)，所述LiOH、LiCl和KF的质量比＝2～12:1～8:1～5。
进一步地，在步骤(2)，所述MgO粉末的质量为储热物料的10％～50％。
进一步地，在步骤(3)，所述加热物料和储热物料质量比为2～8:1～3；所述模具的直径为10mm～200mm。
进一步地，在步骤(3)，所述施加压力的方式为：将一种粉料加入模具后，施加200KN～3000KN的压力压制成型，调节模具高度后，再向模具中加入另外一种粉料，施加相同的压力压制成型。
进一步地，一种如上述所述制备方法制得的热电池用复合加热片。
进一步地，所述的热电池用复合加热片作为电池正极材料的应用。
本发明原理：本发明的复合加热片由加热物料和储热物料复合成型制得，其中，加热物料能够提供足够的热量，储热物料的相变吸热温度发生在600℃，而热电池的工作温度在550℃左右，热电池正极材料的热解温度为650℃，所以储热物料可以吸收热电池工作温度和正极材料热解温度间的多余热量，防止热电池温度过高对正极材料的热冲击，而当后期加热物料提供的热量不足时，储热物料又可以释放出热量，保证热电池能够长时间工作。
由于本发明采用了以上技术方案，具有以下有益效果：
(1)本申请热电池复合加热片中加热物料添加了钠盐，钠盐的存在可以有效分散加热物料中的活性物质，防止加热物料过燃，从而延长加热物料的热释放时间，保证热电池能够长时间工作。
(2)本申请热电池复合加热片由加热物料和储热物料组成，加热物料可以为热电池提供足够的热量，而储热物料前期则可以将多余的热量吸收，避免对热电池单体大的热冲击，而当加热物料提供的热量不足时，该储热物料后期则可以释放热量，保证热电池后期热量的供应。
(3)本申请创造性设计出了热电池复合加热片，并给出了具体制备方法，操作简单，适合大规模工业化生产。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实例或现有技术中的技术方案，下面将对实施实例或现有技术描述中所需要的附图做简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实例，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图：
图1为本申请一种热电池用复合加热片的制备工艺流程图；
图2为应用实例1制得复合加热片制备的热电池的放电曲线。
具体实施方式
下面对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明，但本发明并不局限于这些实施方式，任何在本实施例基本精神上的改进或代替，仍属于本发明权利要求所要求保护的范围。
实施例1
一种热电池用复合加热片的制备方法，所述复合加热片由加热物料和储热物料制成，所述复合加热片的外表面为加热物料，其内部为储热物料或储热物料和加热物料相间排列，其制备方法包括以下步骤：
(1)制备加热物料：按照比例称取Fe粉和KClO4粉，搅拌均匀后加入钠盐，混合均匀后过筛，获得加热物料；所述Fe粉和KClO4粉的质量比＝80:10；所述钠盐为NaCl或Na2SO4，且钠盐的质量为加热物料的1％；
(2)制备储热物料：按照比例称取LiOH、LiCl和KF粉，搅拌均匀后加入MgO粉末，混合均匀后过筛，制得储热物料；所述LiOH、LiCl和KF的质量比＝2:1:1；所述MgO粉末的质量为储热物料的10％；
(3)制备复合加热片：按顺序将步骤(1)的加热物料和步骤(2)的储热物料放入模具中，施加压力让粉料成型后脱膜，制得所述复合加热片；所述加热物料和储热物料质量比为2:3；所述模具的直径为10mm；所述施加压力的方式为：将一种粉料加入模具后，施加200KN的压力压制成型，调节模具高度后，再向模具中加入另外一种粉料，施加相同的压力压制成型。
进一步地，一种如上述所述制备方法制得的热电池用复合加热片。
实施例2
一种热电池用复合加热片的制备方法，所述复合加热片由加热物料和储热物料制成，所述复合加热片的外表面为加热物料，其内部为储热物料或储热物料和加热物料相间排列，其制备方法包括以下步骤：
(1)制备加热物料：按照比例称取Fe粉和KClO4粉，搅拌均匀后加入钠盐，混合均匀后过筛，获得加热物料；所述Fe粉和KClO4粉的质量比＝90:20；所述钠盐为NaCl或Na2SO4，且钠盐的质量为加热物料的10％；
(2)制备储热物料：按照比例称取LiOH、LiCl和KF粉，搅拌均匀后加入MgO粉末，混合均匀后过筛，制得储热物料；所述LiOH、LiCl和KF的质量比＝12:8:5；所述MgO粉末的质量为储热物料的50％；
(3)制备复合加热片：按顺序将步骤(1)的加热物料和步骤(2)的储热物料放入模具中，施加压力让粉料成型后脱膜，制得所述复合加热片；所述加热物料和储热物料质量比为8:1；所述模具的直径为200mm；所述施加压力的方式为：将一种粉料加入模具后，施加3000KN的压力压制成型，调节模具高度后，再向模具中加入另外一种粉料，施加相同的压力压制成型。
进一步地，一种如上述所述制备方法制得的热电池用复合加热片。
实施例3
一种热电池用复合加热片的制备方法，所述复合加热片由加热物料和储热物料制成，所述复合加热片的外表面为加热物料，其内部为储热物料或储热物料和加热物料相间排列，其制备方法包括以下步骤：
(1)制备加热物料：按照比例称取Fe粉和KClO4粉，搅拌均匀后加入钠盐，混合均匀后过筛，获得加热物料；所述Fe粉和KClO4粉的质量比＝82:13；所述钠盐为NaCl或Na2SO4，且钠盐的质量为加热物料的3％；
(2)制备储热物料：按照比例称取LiOH、LiCl和KF粉，搅拌均匀后加入MgO粉末，混合均匀后过筛，制得储热物料；所述LiOH、LiCl和KF的质量比＝5:3:2；所述MgO粉末的质量为储热物料的20％；
(3)制备复合加热片：按顺序将步骤(1)的加热物料和步骤(2)的储热物料放入模具中，施加压力让粉料成型后脱膜，制得所述复合加热片；所述加热物料和储热物料质量比为2:1；所述模具的直径为50mm；所述施加压力的方式为：将一种粉料加入模具后，施加300KN的压力压制成型，调节模具高度后，再向模具中加入另外一种粉料，施加相同的压力压制成型。
进一步地，一种如上述所述制备方法制得的热电池用复合加热片。
实施例4
一种热电池用复合加热片的制备方法，所述复合加热片由加热物料和储热物料制成，所述复合加热片的外表面为加热物料，其内部为储热物料或储热物料和加热物料相间排列，其制备方法包括以下步骤：
(1)制备加热物料：按照比例称取Fe粉和KClO4粉，搅拌均匀后加入钠盐，混合均匀后过筛，获得加热物料；所述Fe粉和KClO4粉的质量比＝88:19；所述钠盐为NaCl或Na2SO4，且钠盐的质量为加热物料的9％；
(2)制备储热物料：按照比例称取LiOH、LiCl和KF粉，搅拌均匀后加入MgO粉末，混合均匀后过筛，制得储热物料；所述LiOH、LiCl和KF的质量比＝10:7:4；所述MgO粉末的质量为储热物料的40％；
(3)制备复合加热片：按顺序将步骤(1)的加热物料和步骤(2)的储热物料放入模具中，施加压力让粉料成型后脱膜，制得所述复合加热片；所述加热物料和储热物料质量比为8:3；所述模具的直径为150mm；所述施加压力的方式为：将一种粉料加入模具后，施加2000KN的压力压制成型，调节模具高度后，再向模具中加入另外一种粉料，施加相同的压力压制成型。
进一步地，一种如上述所述制备方法制得的热电池用复合加热片。
实施例5
一种热电池用复合加热片的制备方法，所述复合加热片由加热物料和储热物料制成，所述复合加热片的外表面为加热物料，其内部为储热物料或储热物料和加热物料相间排列，其制备方法包括以下步骤：
(1)制备加热物料：按照比例称取Fe粉和KClO4粉，搅拌均匀后加入钠盐，混合均匀后过筛，获得加热物料；所述Fe粉和KClO4粉的质量比＝84:16；所述钠盐为NaCl或Na2SO4，且钠盐的质量为加热物料的2％；
(2)制备储热物料：按照比例称取LiOH、LiCl和KF粉，搅拌均匀后加入MgO粉末，混合均匀后过筛，制得储热物料；所述LiOH、LiCl和KF的质量比＝7:4:3；所述MgO粉末的质量为储热物料的50％；
(3)制备复合加热片：按顺序将步骤(1)的加热物料和步骤(2)的储热物料放入模具中，施加压力让粉料成型后脱膜，制得所述复合加热片；所述加热物料和储热物料质量比为5:1；所述模具的直径为100mm；所述施加压力的方式为：将一种粉料加入模具后，施加1000KN的压力压制成型，调节模具高度后，再向模具中加入另外一种粉料，施加相同的压力压制成型。
进一步地，一种如上述所述制备方法制得的热电池用复合加热片。
应用实例1
采用实施例5的方法制备热电池用复合加热片，制得复合加热片重为13g，发热量为232J/g，按照复合加热片-正极-隔膜-负极的方式组装成热电池单体，采取16并16单体并联的方式装配成热电池。
对比例1
与实施例5不同之处在于：采用Fe粉和KClO4粉的质量比＝84:16制成的加热片，加热片的重量为13g，发热量为265J/g，按照应用实例1的方法组装成热电池。
将应用实例1和对比例1组装得到的热电池按照10A的电流放电，放电曲线见图2。
从对照试验中可以看出，采用复合加热片的热电池起始峰值电压为31.65V低于纯加热片的32.19V，但后期1550s以后，纯加热片热电池的电压开始低于复合加热片的电压。以27V为下限电压，纯加热片电池放电时间为2090s，复合加热片工作时间为2700s，工作时间大大延长。
综上所述，本申请热电池复合加热片中加热物料添加了钠盐，钠盐的存在可以有效分散加热物料中的活性物质，并提高加热物料中活性物质的含量，防止加热物料过燃，从而延长加热物料的热释放时间，保证热电池能够长时间工作；热电池复合加热片由加热物料和储热物料组成，加热物料可以为热电池提供足够的热量，而储热物料前期则可以将多余的热量吸收，避免对热电池单体大的热冲击，而当加热物料提供的热量不足时，该储热物料后期则可以释放热量，保证热电池后期热量的供应；创造性设计出了热电池复合加热片，并给出了具体制备方法，操作简单，适合大规模工业化生产。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在没有背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同含义和范围内的所有变化囊括在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种热电池用复合加热片的制备方法，其特征在于，所述复合加热片由加热物料和储热物料制成，其制备方法包括以下步骤：
（1）制备加热物料：按照比例称取Fe粉和KClO4粉，搅拌均匀后加入钠盐，混合均匀后过筛，获得加热物料；
（2）制备储热物料：按照比例称取LiOH、LiCl和KF粉，搅拌均匀后加入MgO粉末，混合均匀后过筛，制得储热物料；
（3）制备复合加热片：按顺序将步骤（1）的加热物料和步骤（2）的储热物料放入模具中，施加压力让粉料成型后脱膜，制得所述复合加热片；
所述复合加热片的外表面为加热物料，其内部为储热物料或储热物料和加热物料相间排列；
在步骤（1），所述钠盐为NaCl或Na2SO4，且钠盐的质量为加热物料的1%～10%；
在步骤（1），所述Fe粉和KClO4粉的质量比=80～90:10～20；
在步骤（2），所述LiOH、LiCl和KF的质量比=2～12:1～8:1～5；
在步骤（2），所述MgO粉末的质量为储热物料的10%～50%；
在步骤（3），所述加热物料和储热物料质量比为2～8:1～3。
2.根据权利要求1所述的一种热电池用复合加热片的制备方法，其特征在于：在步骤（3），所述模具的直径为10mm～200mm。
3.根据权利要求1所述的一种热电池用复合加热片的制备方法，其特征在于：在步骤（3），所述施加压力的方式为：将一种粉料加入模具后，施加200KN～3000KN的压力压制成型，调节模具高度后，再向模具中加入另外一种粉料，施加相同的压力压制成型。
4.一种如权利要求1～3任一项所述制备方法制得的热电池用复合加热片。
5.根据权利要求4所述的热电池用复合加热片作为电池正极材料的应用。
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