1.本發(fā)明涉及熱電池技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種熱電池陶瓷隔膜及其制備方法。

背景技術(shù)：

2.熱電池是一種依靠其本身加熱系統(tǒng)將不導(dǎo)電的固體狀態(tài)鹽類電解質(zhì)加熱熔融呈離子型導(dǎo)體而進(jìn)入工作狀態(tài)的熱激活貯備電池。熱電池具有任意角度激活、激活速度快、貯存時(shí)間長(zhǎng)、承受環(huán)境力學(xué)條件能力強(qiáng)等特點(diǎn)，已廣泛運(yùn)用于武器系統(tǒng)等，此外，熱電池在民用領(lǐng)域中應(yīng)用也得到重視，已有關(guān)于其作為飛機(jī)應(yīng)急電源、火警電源、地下高溫探礦電源的研究報(bào)道。

3.隨著軍事裝備的不斷發(fā)展和更新，對(duì)熱電池性能的要求越來(lái)越高，對(duì)其輸出功率、高比特性要求越來(lái)越大。熱電池主要由基片、正極片、負(fù)極片、隔膜片、片狀集流片、加熱系統(tǒng)(電點(diǎn)火頭或火冒、引燃紙、加熱片)、保溫墊片、電池殼和帶接線柱的電池蓋組成，其中熱電池電極材料對(duì)其輸出容量、比容量、比功率等電化學(xué)性能的影響最為關(guān)鍵。

4.在傳統(tǒng)的熱電池中，licl-kcl或lif-licl-libr的粒狀共晶鹽與粘合劑相混合后，被廣泛用作隔膜片，已經(jīng)測(cè)試了多種材料作為粘合劑相，包括sio2，tio2，al203，bn和mgo。mgo具有與熔融電解質(zhì)的很好穩(wěn)定性和相容性，是目前吸附劑最佳選擇。另一方面，由于其固有的易碎性，很難將電解質(zhì)粉末壓制成直徑為100mm，厚度小于0.4mm的薄片。為了獲得最低的操作強(qiáng)度并在操作過(guò)程中保留熔融鹽，需要大約50vol％的mgo，這比實(shí)際電池操作所需的量要大得多。同時(shí)，隔膜中mgo含量增加會(huì)伴隨熱電池的內(nèi)阻增加，這也伴隨著能量密度的降低。

5.為此，本發(fā)明人發(fā)明一種多孔陶瓷隔膜來(lái)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的壓片隔膜，可以避免傳統(tǒng)的壓片隔膜結(jié)構(gòu)的單體電池力學(xué)性能差的缺點(diǎn)，增強(qiáng)隔膜電化學(xué)性能。而且，與常規(guī)隔膜的結(jié)構(gòu)相比，陶瓷隔膜對(duì)電解質(zhì)優(yōu)異吸附性和力學(xué)性能，減少短路的可能性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

6.本發(fā)明意在提供一種熱電池陶瓷隔膜及其制備方法，以提供一種孔陶瓷隔膜來(lái)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的壓片隔膜，具有對(duì)電解質(zhì)優(yōu)異吸附性和力學(xué)性能，減少短路的可能性。

7.為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：一種熱電池陶瓷隔膜的制備方法，包括以下步驟：

8.s1、電解質(zhì)水溶液制備：將電解質(zhì)和純凈水混合得到電解質(zhì)水溶液，電解質(zhì)和純凈水的質(zhì)量比值為：0.01～0.5；

9.s2、qnj隔熱紙表面改性處理：石棉墊片放入到電解質(zhì)水溶液中浸潤(rùn)，浸潤(rùn)后的石棉墊片和qnj隔熱紙間隔疊放，再放入400～600℃的高溫箱進(jìn)行煅燒，得到吸水性的qnj隔熱紙；

10.s3、電解質(zhì)在qnj隔熱紙上負(fù)載：把吸水性的qnj隔熱紙放入電解質(zhì)水溶液浸潤(rùn)，之后放入150℃～300℃高溫箱進(jìn)行干燥，再放入400℃～600℃氮?dú)鈿夥諚l件下的高溫箱煅燒

得到熱電池陶瓷隔膜片。

11.進(jìn)一步，所述s1中電解質(zhì)和純凈水的質(zhì)量比值為0.01。

12.進(jìn)一步，所述s1中電解質(zhì)和純凈水的質(zhì)量比值為0.25。

13.進(jìn)一步，所述s1中電解質(zhì)和純凈水的質(zhì)量比值為0.5。

14.進(jìn)一步，所述電解質(zhì)為lif–licl–libr或licl–kcl或lif–libr–kb。

15.進(jìn)一步，所述s2中浸潤(rùn)后的石棉墊片和qnj隔熱紙間隔疊放時(shí)，至少保證兩張石棉片中間放入2～10張qnj隔熱紙。

16.進(jìn)一步，所述s2中將石棉墊片和qnj隔熱紙裁剪后成相同的面積再進(jìn)行操作。

17.進(jìn)一步，所述s1、s2、和s3均在濕度＜3％的環(huán)境中完成。

18.一種熱電池陶瓷隔膜制備方法制備得到的熱電池陶瓷隔膜片。

19.本發(fā)明的工作原理及有益效果：

20.1、本發(fā)明方法制得的陶瓷隔膜發(fā)揮各自原材料的優(yōu)勢(shì)，可符合熱電池用陶瓷隔膜的要求，具有電化學(xué)性能良好且穩(wěn)定性強(qiáng)、導(dǎo)電性好、成型性、熱值高、貯存時(shí)間長(zhǎng)、快速激活、輸出密度較大的電流、抗惡劣環(huán)境能力強(qiáng)、安全性高等優(yōu)點(diǎn)；

21.2、由于傳統(tǒng)其固有的易碎性，很難將電解質(zhì)粉末壓制成直徑為100mm英寸，厚度小于0.4英寸的薄片。為了獲得最低的操作強(qiáng)度并在操作過(guò)程中保留熔融鹽，需要大約50vol％的mgo，這比實(shí)際電池操作所需的量要大得多。同時(shí)，隔膜中mgo含量增加會(huì)伴隨熱電池的內(nèi)阻增加，這也伴隨著能量密度的降低，而本發(fā)明的熱電池陶瓷隔膜片將吸水性qnj隔熱紙煅燒即可得到，制作方法簡(jiǎn)單、不易碎，且本發(fā)明可以有效提升電池的比能量與比功率。

22.3、將多孔陶瓷隔膜代替?zhèn)鹘y(tǒng)的壓片隔膜，可以避免傳統(tǒng)的壓片隔膜結(jié)構(gòu)的單體電池力學(xué)性能差的缺點(diǎn)，增強(qiáng)隔膜電化學(xué)性能。而且與常規(guī)隔膜的結(jié)構(gòu)相比，陶瓷隔膜對(duì)電解質(zhì)優(yōu)異吸附性和力學(xué)性能，減少短路的可能性，提升電池安全性。

附圖說(shuō)明

23.圖1為制備過(guò)程中不同樣品性能直觀體現(xiàn)圖；

24.圖2為常規(guī)隔膜片與陶瓷隔膜的電性能測(cè)試圖。

具體實(shí)施方式

25.下面通過(guò)具體實(shí)施方式進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明

26.實(shí)施例1：一種熱電池用陶瓷隔膜的制備方法，包括如下步驟：

27.(1)電解質(zhì)水溶液制備，首先稱取一定質(zhì)量的電解質(zhì)和純凈水放入燒杯混合，按照質(zhì)量比電解質(zhì)：水＝0.5：1的比例混合，制備電解質(zhì)溶液，電解質(zhì)為lif–licl–libr、，裝瓶待用；

28.(2)qnj隔熱紙表面改性處理，把石棉墊片浸入電解質(zhì)溶液進(jìn)行浸潤(rùn)，浸潤(rùn)后的石棉墊片與qnj隔熱紙(隔熱紙裁剪成所需面積大小的圓片材料)放入鋼盤，石棉墊片與qnj隔熱紙間隔疊放，保障兩張石棉片中間放入5張qnj隔熱紙(裁剪后的石棉墊片與裁剪后的qnj隔熱紙面積等同)；最后放入500℃的高溫箱進(jìn)行煅燒，得到吸水性的qnj隔熱紙；

29.(3)電解質(zhì)在qnj隔熱紙上負(fù)載，把吸水性的qnj隔熱紙放入電解質(zhì)水溶液浸潤(rùn)，之

后放入200℃高溫箱進(jìn)行干燥，干燥2小時(shí)，之后放入500℃高溫箱煅燒4小時(shí)，在氮?dú)鈿夥障逻M(jìn)行煅燒，得到熱電池陶瓷隔膜片。

30.實(shí)施例2：一種熱電池用陶瓷隔膜的制備，包括如下步驟：

31.(1)電解質(zhì)水溶液制備，首先稱取一定質(zhì)量的電解質(zhì)和純凈水放入燒杯混合，按照質(zhì)量比電解質(zhì)：水＝0.2：1的比例混合，制備電解質(zhì)溶液，電解質(zhì)為lif–licl–lib，裝瓶待用；

32.(2)qnj隔熱紙表面改性處理，把石棉墊片浸入電解質(zhì)溶液進(jìn)行浸潤(rùn)，浸潤(rùn)后的石棉墊片與qnj隔熱紙(隔熱紙裁剪成所需面積大小的圓片材料)放入鋼盤，石棉墊片與qnj隔熱紙間隔疊放，保障兩張石棉片中間放入5張qnj隔熱紙(裁剪后的石棉墊片與裁剪后的qnj隔熱紙面積等同)；最后放入500℃的高溫箱進(jìn)行煅燒，得到吸水性的qnj隔熱紙；

33.(3)電解質(zhì)在qnj隔熱紙上負(fù)載，把吸水性的qnj隔熱紙放入電解質(zhì)水溶液浸潤(rùn)，之后放入200℃高溫箱進(jìn)行干燥，干燥2小時(shí)，之后放入500℃高溫箱煅燒4小時(shí)，在氮?dú)鈿夥障逻M(jìn)行煅燒，得到熱電池陶瓷隔膜片。

34.實(shí)施例3

35.熱電池用陶瓷隔膜的制備，包括如下步驟：

36.(1)電解質(zhì)水溶液制備，首先稱取一定質(zhì)量的電解質(zhì)和純凈水放入燒杯混合，按照質(zhì)量比電解質(zhì)：水＝0.2：1的比例混合，制備電解質(zhì)溶液，電解質(zhì)為lif–licl–libr，裝瓶待用；

37.(2)qnj隔熱紙表面改性處理，把石棉墊片浸入電解質(zhì)溶液進(jìn)行浸潤(rùn)，浸潤(rùn)后的石棉墊片與qnj隔熱紙(隔熱紙裁剪成所需面積大小的圓片材料)放入鋼盤，石棉墊片與qnj隔熱紙間隔疊放，保障兩張石棉片中間放入10張qnj隔熱紙(裁剪后的石棉墊片與裁剪后的qnj隔熱紙面積等同)；最后放入500℃的高溫箱進(jìn)行煅燒，得到吸水性的qnj隔熱紙；

38.(3)電解質(zhì)在qnj隔熱紙上負(fù)載，把吸水性的qnj隔熱紙放入電解質(zhì)水溶液浸潤(rùn)，之后放入200℃高溫箱進(jìn)行干燥，干燥2小時(shí)，之后放入500℃高溫箱煅燒4小時(shí)，在氮?dú)鈿夥障逻M(jìn)行煅燒，得到熱電池陶瓷隔膜片。

39.實(shí)施例4

40.熱電池用陶瓷隔膜的制備，包括如下步驟：

41.(1)電解質(zhì)水溶液制備，首先稱取一定質(zhì)量的電解質(zhì)和純凈水放入燒杯混合，按照質(zhì)量比電解質(zhì)：水＝0.5：1的比例混合，制備電解質(zhì)溶液，電解質(zhì)為licl–kcl，裝瓶待用；

42.(2)qnj隔熱紙表面改性處理，把石棉墊片浸入電解質(zhì)溶液進(jìn)行浸潤(rùn)，浸潤(rùn)后的石棉墊片與qnj隔熱紙(直接購(gòu)買的隔熱紙進(jìn)行裁剪成所需面積大小的圓片材料)放入鋼盤，石棉墊片與qnj隔熱紙間隔疊放，保障兩張石棉片中間放入5張qnj隔熱紙(裁剪后的石棉墊片與裁剪后的qnj隔熱紙面積等同)；最后放入400℃的高溫箱進(jìn)行煅燒，得到吸水性的qnj隔熱紙；

43.(3)電解質(zhì)在qnj隔熱紙上負(fù)載，把吸水性的qnj隔熱紙放入電解質(zhì)水溶液浸潤(rùn)，之后放入200℃高溫箱進(jìn)行干燥，之后放入450℃高溫箱，在氮?dú)鈿夥障逻M(jìn)行煅燒，得到熱電池陶瓷隔膜片。

44.以上實(shí)施例1～實(shí)施例4均在濕度＜3％的環(huán)境中完成，且電解質(zhì)lif–licl–libr或licl–kcl或lif–libr–kb的制備方法參照借鑒文獻(xiàn)《journal of power sources 164(2007)397–414，thermal activated(thermal)battery technology part ii.molten salt electrolytes》。

45.圖1為實(shí)施例2制備過(guò)程中不同樣品性能直觀體現(xiàn)，1號(hào)樣品為直接購(gòu)買的qnj隔熱紙，不吸水；2號(hào)樣品處理后吸水性的qnj隔熱紙，水滴完全浸入qnj隔熱紙；樣品3為負(fù)載電解質(zhì)后的陶瓷隔膜。

46.本文按照實(shí)施例2的制備方法制備16塊陶瓷隔膜裝配成單元電池進(jìn)行與常規(guī)隔膜裝備的單元電池進(jìn)行放電對(duì)比，兩個(gè)單元電池制備方法一樣，其電極材料活性物質(zhì)用量一致。圖2為常規(guī)隔膜片與陶瓷隔膜的電性能測(cè)試圖，兩塊電池在相同的電流密度100ma/cm2下放電，加載1000ma/cm2脈沖電流密度，與常規(guī)復(fù)合片相比，脈沖性能更好，小電流電池性能無(wú)明顯差別，但電池質(zhì)量更輕(qnj隔熱紙面密度為0.01g/cm2，負(fù)載電解質(zhì)后的面密度0.02g/cm2～0.04g/cm2，常規(guī)隔膜的面密度0.12g/cm2～0.18g/cm2)。

47.應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以作出多個(gè)變形和改進(jìn)，這些也應(yīng)該視為本發(fā)明的保護(hù)范圍，這些都不會(huì)影響本發(fā)明實(shí)施的效果和專利的實(shí)用性。本技術(shù)要求的保護(hù)范圍應(yīng)當(dāng)以其權(quán)利要求的內(nèi)容為準(zhǔn)，說(shuō)明書(shū)中的具體實(shí)施方式等記載可以用于解釋權(quán)利要求的內(nèi)容。技術(shù)特征：

1.一種熱電池陶瓷隔膜的制備方法，包括以下步驟：s1、電解質(zhì)水溶液制備：將電解質(zhì)和純凈水混合得到電解質(zhì)水溶液，電解質(zhì)和純凈水的質(zhì)量比值為：0.01～0.5；s2、qnj隔熱紙表面改性處理：石棉墊片放入到電解質(zhì)水溶液中浸潤(rùn)，浸潤(rùn)后的石棉墊片和qnj隔熱紙間隔疊放，再放入400～600℃的高溫箱進(jìn)行煅燒，得到吸水性的qnj隔熱紙；s3、電解質(zhì)在qnj隔熱紙上負(fù)載：把吸水性的qnj隔熱紙放入電解質(zhì)水溶液浸潤(rùn)，之后放入150℃～300℃高溫箱進(jìn)行干燥，再放入400℃～600℃氮?dú)鈿夥諚l件下的高溫箱煅燒得到熱電池陶瓷隔膜片。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱電池陶瓷隔膜的制備方法，其特征在于：所述s1中電解質(zhì)和純凈水的質(zhì)量比值為0.01。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱電池陶瓷隔膜的制備方法，其特征在于：所述s1中電解質(zhì)和純凈水的質(zhì)量比值為0.25。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的熱電池陶瓷隔膜的制備方法，其特征在于：所述s1中電解質(zhì)和純凈水的質(zhì)量比值為0.5。5.根據(jù)權(quán)利要求2～4任一項(xiàng)所述的熱電池陶瓷隔膜的制備方法，其特征在于：所述電解質(zhì)為lif–licl–libr或licl–kcl或lif–libr–kb。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱電池陶瓷隔膜的制備方法，其特征在于：所述s2中浸潤(rùn)后的石棉墊片和qnj隔熱紙間隔疊放時(shí)，至少保證兩張石棉片中間放入2～10張qnj隔熱紙。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的熱電池陶瓷隔膜的制備方法，其特征在于：所述s2中將石棉墊片和qnj隔熱紙裁剪后成相同的面積再進(jìn)行操作。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的熱電池陶瓷隔膜的制備方法，其特征在于：所述s1、s2、和s3均在濕度＜3％的環(huán)境中完成。9.根據(jù)權(quán)利要求6～8任一項(xiàng)所述的熱電池陶瓷隔膜制備方法制備得到的熱電池陶瓷隔膜片。

技術(shù)總結(jié)

本申請(qǐng)公開(kāi)了熱電池技術(shù)領(lǐng)域的一種熱電池陶瓷隔膜的制備方法，包括以下步驟：S1、電解質(zhì)水溶液制備：將電解質(zhì)和純凈水混合得到電解質(zhì)水溶液，電解質(zhì)和純凈水的質(zhì)量比值為：0.01～0.5；S2、QNJ隔熱紙表面改性處理：石棉墊片放入到電解質(zhì)水溶液中浸潤(rùn)，浸潤(rùn)后的石棉墊片和QNJ隔熱紙間隔疊放，再放入400～600℃的高溫箱進(jìn)行煅燒，得到吸水性的QNJ隔熱紙；S3、電解質(zhì)在QNJ隔熱紙上負(fù)載：把吸水性的QNJ隔熱紙放入電解質(zhì)水溶液浸潤(rùn)，之后放入150℃～300℃高溫箱進(jìn)行干燥，再放入400℃～600℃氮?dú)鈿夥諚l件下的高溫箱煅燒得到熱電池陶瓷隔膜片。本專利提供一種孔陶瓷隔膜來(lái)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的壓片隔膜，具有對(duì)電解質(zhì)優(yōu)異吸附性和力學(xué)性能，減少短路的可能性。的可能性。的可能性。

技術(shù)研發(fā)人員：唐軍 唐立成 潘志鵬 王京亮 趙洪楷 李云偉

受保護(hù)的技術(shù)使用者：貴州梅嶺電源有限公司

技術(shù)研發(fā)日：2022.06.21

技術(shù)公布日：2022/9/6