CN111129535A - 热电池用电解质材料、制备方法及应用 - Google Patents
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Abstract
本发明属于热电池技术领域，涉及一种热电池用电解质材料、制备方法及应用。该电解质材料的制备原料包括LiF‑LiCl‑LiBr‑KCl四元全锂共晶盐及BN粘结剂；四元全锂共晶盐的摩尔百分数包括：6％～20％LiF；7％～21％LiCl；57％～63％LiBr；1％～30％KCl；BN粘结剂的质量百分比小于35％。将上述试剂在陶瓷坩埚内加热至500℃熔融处理4h，然后急速冷却至室温，破碎研磨过筛得到共晶盐粉体。将破碎后粉体在500℃下熔融处理4h，随后将BN纤维布在共晶盐中浸渍。本发明提供的电解质材料具有熔点低、内阻小的特点，采用该种电解质材料研制的热电池兼具工作时间长和瞬时大功率输出的特点。
Description
技术领域
本发明属于热电池技术领域，特别是涉及一种热电池用电解质材料、制备方法及应用。
背景技术
热电池是用电池本身的加热系统把不导电的固体状态盐类电解质加热熔融呈离子型导体而进入工作状态的一种热激活贮备电池。由于其电解质在常温下呈固态，不具有离子导通能力，因此具有长的贮存寿命，同时其具有高的可靠性和较强的环境适应性。热电池目前被广泛应用于导弹、鱼雷等武器当中。
热电池用电解质都是由共晶盐与粘结剂高温熔融而成。其中高温熔融的目的是使流动的熔盐浸润粘结剂，以确保粘结剂对熔盐的保持力。目前多采用MgO和Al2O3作为粘结剂来进行共晶盐吸附。传统电解质中MgO和Al2O3的质量比为50％左右，这样将大大降低电解质的电导率。同时目前单体制备采用手工刮制，电解质层必须达到一定厚度才能够保证成型，在一定程度上也增加了电池内阻，不利于电池瞬时大功率的输出。
随着航天科技和导弹武器的飞速发展，对热电池工作时间和瞬时带载能力都提出了更高要求，要求两者能够兼顾。此类热电池的突出特点为恒流工作时电流密度较小，通常小于200mA/cm2，因此需要寻找具有较低熔点(≤440℃)的共晶盐；同时又必须能够承载瞬时大的脉冲电流，电流密度通常大于3000mA/cm2，这就要求电解质需要有高的电导率，同时电解质层厚度不能太厚。
本发明的主要目标是开发一种低熔点高电导率的电解质，开发较低熔点的共晶盐，同时采用新型吸附载体降低粘结剂的比例，并改变成型方式减薄电解质层的厚度，从而降低电解质的内阻，解决电池长工作时间和瞬时大功率输出两者兼顾的关键技术问题。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种热电池用电解质材料、制备方法及应用。本发明通过提出一种熔点较低的共晶盐体系，并通过新型吸附载体的使用降低电解质内阻。
为了实现上述目的，本发明所采用的具体技术方案为：
一种热电池用电解质材料，该电解质材料的制备原料包括LiF-LiCl-LiBr-KCl四元全锂共晶盐及BN粘结剂；所述四元全锂共晶盐的摩尔百分数包括：
LiF，6％～20％；
LiCl，7％～21％；
LiBr，57％～63％；
KCl，1％～30％；
所述BN粘结剂的质量百分比小于35％。
进一步，所述四元全锂共晶盐的摩尔百分数包括：
LiF，6％～15％；
LiCl，7％～12％；
LiBr，57％～63％；
KCl，10％～30％。
进一步，一种上述电解质材料的制备方法，具体包括如下步骤：
S1、将LiF、LiCl、LiBr及KCl共500质量份的四种试剂混合均匀在陶瓷坩埚内加热至500℃熔融处理4h后得到试剂熔体；其中所述试剂包括35-85质量份LiF、40-105质量份LiCl、285-310质量份LiBr及25-140质量份的KCl；
S2、将S1得到的熔体空冷至室温，破碎研磨并过60目筛得到共晶盐粉体；
S3、将S2得到的共晶盐粉体在500℃下熔融处理4h得到四元全锂共晶盐；
S4、将BN纤维布在共晶盐中浸渍后竖直拎起，空冷至室温，采用规定尺寸的寸模将其裁剪为电解质片，电解质片后续在300℃的条件下真空干燥6h，封装待用。
更进一步，本发明还公开了一种热电池，该热电池采用上述方法制成。
本发明的优点及积极效果为：
本发明提供的电解质材料具有熔点低、内阻小的特点，采用该种电解质材料研制的热电池兼具工作时间长和瞬时大功率输出的特点。具体的：
1、采用BN代替传统的MgO和Al2O3作为粘结剂，保证电池的瞬时大功率输出；
2、BN粘结剂采用浸渍工艺，使得电解质中BN粘结剂质量百分比小于35％，厚度较目前电解质层减薄1/3。
附图说明
图1是采用本发明电解质(LiF-LiCl-LiBr-KCl/BN为粘结剂)以及传统全锂电解质(LiF-LiCl-LiBr/MgO为粘结剂)的热电池放电性能比较图。
具体实施方式
本发明公开了一种热电池用电解质材料，该电解质材料的制备原料包括LiF-LiCl-LiBr-KCl四元全锂共晶盐；所述四元全锂共晶盐的摩尔百分数包括：
LiF，6％～20％；LiCl，7％～21％；LiBr，57％～63％；KCl，1％～30％。
优选的，所述四元全锂共晶盐的摩尔百分数包括：
LiF，6％～15％；LiCl，7％～12％；LiBr，57％～63％；KCl，10％～30％。
为了保证电池的瞬时大功率输出，本发明采用BN吸附载体作为粘结剂，并采用浸渍工艺，使得电解质中BN粘结剂质量百分比小于35％，厚度较目前电解质层减薄1/3。
本发明还公开了一种上述电解质材料的制备方法，具体包括如下步骤：
S1、将LiF、LiCl、LiBr及KCl共500质量份的四种试剂混合均匀在陶瓷坩埚内加热至500℃熔融处理4h后得到试剂熔体；其中所述试剂包括35-85质量份LiF、40-105质量份LiCl、285-310质量份LiBr及25-140质量份的KCl；
S2、将S1得到的熔体空冷至室温，破碎研磨并过60目筛得到共晶盐粉体；
S3、将S2得到的共晶盐粉体在500℃下熔融处理4h得到四元全锂共晶盐；
S4、将BN纤维布在共晶盐中浸渍后竖直拎起，空冷至室温，采用规定尺寸的寸模将其裁剪为电解质片，电解质片后续在300℃的条件下真空干燥6h，封装待用。
为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例详细说明如下：
实施例1
S1、将85g LiF、105g LiCl、285g LiBr、25g KCl四种试剂混合均匀在陶瓷坩埚内加热至500℃熔融处理4h后得到试剂熔体；
S2、将S1得到的熔体空冷至室温，破碎研磨并过60目筛得到共晶盐粉体；
S3、将S2得到的共晶盐粉体在500℃下熔融处理4h得到四元全锂共晶盐；
S4、将BN纤维布在共晶盐中浸渍后竖直拎起，空冷至室温，采用规定尺寸的寸模将其裁剪为电解质片，电解质片后续在300℃的条件下真空干燥6h，封装待用。
实施例2
S1、将60g LiF、45g LiCl、305g LiBr、90g KCl四种试剂混合均匀在陶瓷坩埚内加热至500℃熔融处理4h后得到试剂熔体；
S2、将S1得到的熔体空冷至室温，破碎研磨并过60目筛得到共晶盐粉体；
S3、将S2得到的共晶盐粉体在500℃下熔融处理4h得到四元全锂共晶盐；
S4、将BN纤维布在共晶盐中浸渍后竖直拎起，空冷至室温，采用规定尺寸的寸模将其裁剪为电解质片，电解质片后续在300℃的条件下真空干燥6h，封装待用。
实施例3
S1、将35g LiF、40g LiCl、285g LiBr、140g KCl四种试剂混合均匀在陶瓷坩埚内加热至500℃熔融处理4h后得到试剂熔体；
S2、将S1得到的熔体空冷至室温，破碎研磨并过60目筛得到共晶盐粉体；
S3、将S2得到的共晶盐粉体在500℃下熔融处理4h得到四元全锂共晶盐；
S4、将BN纤维布在共晶盐中浸渍后竖直拎起，空冷至室温，采用规定尺寸的寸模将其裁剪为电解质片，电解质片后续在300℃的条件下真空干燥6h，封装待用。
实施例4
S1、将50g LiF、40g LiCl、310g LiBr、100g KCl四种试剂混合均匀在陶瓷坩埚内加热至500℃熔融处理4h后得到试剂熔体；
S2、将S1得到的熔体空冷至室温，破碎研磨并过60目筛得到共晶盐粉体；
S3、将S2得到的共晶盐粉体在500℃下熔融处理4h得到四元全锂共晶盐；
S4、将BN纤维布在共晶盐中浸渍后竖直拎起，空冷至室温，采用规定尺寸的寸模将其裁剪为电解质片，电解质片后续在300℃的条件下真空干燥6h，封装待用。
试验实施例：
采用实施案例4中配比的电解质，LiB合金作为负极，MS作为正极压制Φ54mm的单体电池；将15片单体串联，并装入Φ67mm的不锈钢壳体中进行放电，恒电流2.3A(100mA/cm2)，750s时输出35A的脉冲，工作下限电压为25V，工作时间可达1222s以上。同时采用实施例1配比的电解质，其他参数不变，做同样的单体电池，电池放电机制相同，电池工作时间为1000s。
同时采用传统的LiF-LiCl-LiBr体系电解质，其他参数不变，做同样的单体电池，电池放电机制相同，电池工作时间为981s。通过图1中对本发明和传统体系电解质做成的电池放电曲线脉冲电压进行比较发现，可以看到本发明的电解质材料内阻较小。
Claims (4)
1.一种热电池用电解质材料，其特征在于：该电解质材料的制备原料包括LiF-LiCl-LiBr-KCl四元全锂共晶盐及BN粘结剂；所述四元全锂共晶盐的摩尔百分数包括：
LiF，6％～20％；
LiCl，7％～21％；
LiBr，57％～63％；
KCl，1％～30％；
所述BN粘结剂的质量百分比小于35％。
2.如权利要求1所述的热电池用电解质材料，其特征在于：所述四元全锂共晶盐的摩尔百分数包括：
LiF，6％～15％；
LiCl，7％～12％；
LiBr，57％～63％；
KCl，10％～30％。
3.如权利要求1或2所述的热电池用电解质材料的制备方法，具体包括如下步骤：
S1、将LiF、LiCl、LiBr及KCl共500质量份的四种试剂混合均匀在陶瓷坩埚内加热至500℃熔融处理4h后得到试剂熔体；其中所述试剂包括35-85质量份LiF、40-105质量份LiCl、285-310质量份LiBr及25-140质量份的KCl；
S2、将S1得到的熔体空冷至室温，破碎研磨并过60目筛得到共晶盐粉体；
S3、将S2得到的共晶盐粉体在500℃下熔融处理4h得到四元全锂共晶盐；
S4、将BN纤维布在共晶盐中浸渍后竖直拎起，空冷至室温，采用规定尺寸的寸模将其裁剪为电解质片，电解质片后续在300℃的条件下真空干燥6h，封装待用。
4.一种热电池，其特征在于：该热电池采用权利要求3所述的方法制成。
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| Date | Code | Title | Description |
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| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20200508 |
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |