專利名稱：一種熱電池單體電池的制備及測試方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及熱電池技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及熱電池單體電池的制備及其放電測試方法。
背景技術(shù)：
熱電池又稱熱激活儲備電池，是ー種高溫儲備一次電池，它是利用電池本身的加熱系統(tǒng)把不導(dǎo)電的固態(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)的ー種熱激活電池。它由電堆、加熱系統(tǒng)、保溫墊片、電池殼和帶接線柱的電池蓋等組成。其中電堆即單體電池包括正極片、負(fù)極片、電解質(zhì)片和片狀集流體，它是熱電池的核心部件，它的性能好壞直接決定了熱電池的性能好壞。熱電池具有較大的比功率和比能量、激活時(shí)間短、耐苛刻環(huán)境條件、貯存時(shí)間長等優(yōu)點(diǎn)，因此它被廣泛應(yīng)用于各類戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈、巡航導(dǎo)彈、核武器和各種先進(jìn)的炸彈等先進(jìn)武器中。目前熱電池單體電池的制備主要采用粉末壓片エ藝，即正極片、負(fù)極片、電解質(zhì)片分別通過鋪粉壓制成型或者通過三次鋪粉一次壓制成型。該エ藝需要大量的勞動カ和較高的模具成本，使得熱電池的生產(chǎn)成本極高。當(dāng)前熱電池的放電性能測試主要是通過組裝成熱電池組或者單體電池進(jìn)行放電。通過裝配成熱電池組進(jìn)行放電測試不僅需要大量的勞動カ和生產(chǎn)原料，造成研究成本的急劇增加，而且不利于研究單因素對熱電池放電性能的影響。通過裝配成単體電池進(jìn)行放電性能測試，不僅節(jié)約了大量的原料、時(shí)間和減少了勞動力，而且還可以更有針對性地研究單一因素對熱電池放電性能的影響。但是當(dāng)前單體電池的制備主要是利用模具進(jìn)行粉末壓片，這種壓片方法易造成模具的損耗，増加了制備成本。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是，提供一種更加方便快速、省時(shí)省力、低成本、可以有針對性地研究熱電池放電性能的單體電池制備及測試方法。采用的技術(shù)方案是
本發(fā)明的熱電池單體電池的制備和裝配過程在相対濕度小于3%
的干燥室內(nèi)進(jìn)行操作，其熱電池單體電池的制備，包括負(fù)極電解質(zhì)復(fù)合層的制備、正極的制備、單體電池的裝配。所述的負(fù)極電解質(zhì)復(fù)合層的制備，先將切好的基體材料放入設(shè)定
直徑的負(fù)極金屬殼中，然后將負(fù)極粉和電解質(zhì)粉依次鋪在基體材料上，鋪好后用壓片機(jī)壓制成型，將負(fù)極粉與電解質(zhì)粉復(fù)合制成負(fù)極電解質(zhì)復(fù)合層。所述的正極的制備，先將切好的基體材料放入直徑相對小于負(fù)極
金屬殼的正極金屬殼中，然后將正極粉鋪在基體材料上，鋪好后用壓片機(jī)壓制成型，制成正極。所述的單體電池的裝配，將制備好的負(fù)極電解質(zhì)復(fù)合層和制備好的正極疊加起來，即制備成熱電池單體電池。
熱電池單體電池的放電測試方法，把兩個(gè)絕緣墊片分別嵌在兩片金屬夾具上，將制備好的単體電池夾在兩個(gè)絕緣墊片之間，単體電池的正極金屬殼和負(fù)極金屬殼分別連接具有一定長度的金屬導(dǎo)線，最后將兩片金屬夾具用螺絲擰紫。把裝在金屬夾具上的單體電池放在管式爐中，通入高純氬氣，加熱到一定溫度進(jìn)行放電測試。上述的基體材料為泡沫或網(wǎng)狀銅、鎳、鉻、銀及其合金的多孔導(dǎo)電材料或者柔性石
星紙O上述的正極金屬殼和負(fù)極金屬殼為不銹鋼、鎳、銅及其合金的金屬殼。上述的正極金屬殼和負(fù)極金屬殼，其金屬殼高度與直徑的比值可以在O. 15-0. 17之間。上述的負(fù)極粉為鋰鋁合金、鋰硅合金或者鋰硼合金。 上述的電解質(zhì)粉為ニ元、三元或者多元低共熔點(diǎn)電解質(zhì)。上述的正極粉為金屬硫化物、金屬氧化物或者金屬氯化物。上述的金屬夾具材質(zhì)為銀、銅、不銹鋼。上述的絕緣墊片材質(zhì)為云母片、陶瓷紙。上述的金屬導(dǎo)線為金線、銀線、鉬線、銅線。本發(fā)明的有益效果在干
I由于該方法不需要裝配成熱電池組進(jìn)行放電測試，因此大大地提高了勞動效率和降低了生產(chǎn)成本。2由于該方法不需要高精度模具，因此成本進(jìn)ー步降低。3由于影響該方法制備的單體電池放電性能的因素較少，因此可以高效地研究單因素對熱電池放電性能的影響。4該方法不只局限于粉末壓片，通過刷涂或者噴涂制備的薄膜電極或者復(fù)合薄膜電極同樣適用于該方法。


圖I為本發(fā)明制備的單體電池結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為圖I的A-A剖面結(jié)構(gòu)示意圖。圖3為本發(fā)明單體電池放電測試夾具的結(jié)構(gòu)示意圖。圖4為本發(fā)明單體電池裝在測試夾具上的結(jié)構(gòu)示意圖。圖5為實(shí)施例一單體電池100mA/cm2恒流放電曲線。圖6為實(shí)施例ニ單體電池100mA/cm2恒流放電曲線。圖7為實(shí)施例三單體電池100mA/cm2恒流放電曲線。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例一
熱電池單體電池的制備，在相対濕度小于3%的干燥室內(nèi)進(jìn)行操作，包括負(fù)極電解質(zhì)復(fù)合層的制備、正極的制備、單體電池的裝配。所述的負(fù)極電解質(zhì)復(fù)合層2的制備
將切好的直徑為19_的圓形泡沫鎳基體材料4放入直徑為20_的紐扣式不銹鋼制負(fù)極金屬殼3中，所述負(fù)極金屬殼高度與直徑的比值在O. 17。再將鋰硅合金負(fù)極粉5 (含10%KC1)和LiCl-KCl)、共熔鹽電解質(zhì)6 (質(zhì)量比LiCl :KC1=45:55)依次鋪在泡沫鎳上，鋪好后用壓片機(jī)以IOMPa的壓カ壓制成型，制成負(fù)極電解質(zhì)復(fù)合層2。所述的正極的制備
將切好的直徑為12mm的圓形泡沫鎳基體材料4放入直徑為13mm的紐扣式不銹鋼制正極金屬殼8中，所述正極金屬殼高度與直徑的比值在O. 15。再將FeS2正極粉7 (含20%LiCl-KCl共熔鹽電解質(zhì)和3%碳納米管)鋪在泡沫鎳上，用壓片機(jī)以IOMPa的壓カ壓制成型，制成正極I。所述的單體電池的裝配，將制備好的負(fù)極電解質(zhì)復(fù)合層2和制備好的正極I疊加起來，即制備成熱電池單體電池。熱電池單體電池的放電測試方法，將制備好的單體電池放在兩片嵌有云母片的銅夾具9中間，將兩條銀線分別從正極金屬殼和負(fù)極金屬殼中引出。把兩片銅夾具9用四個(gè)螺 絲擰緊，然后將其放入管式爐，通入高純氬氣，加熱到450°C放電。圖5為單體電池IOOmA/cm2恒流放電曲線。測試結(jié)果顯示，峰值電壓為1.82V，放電平臺在I. 78V-1. 79V，放電至
I.5V時(shí)的比容量為319. 9mAh/g。實(shí)施例ニ
負(fù)極電解質(zhì)復(fù)合層的制備
將切好的直徑為19_的圓形泡沫銅基體材料4放入直徑為20_的紐扣式銅制負(fù)極金屬殼3中，再將鋰硅合金負(fù)極粉5 (含10%KC1)和LiCl-LiBr-LiF共熔電解質(zhì)6依次鋪在泡沫銅上，鋪后用壓片機(jī)以IOMPa的壓カ壓制成型，制成負(fù)極電解質(zhì)復(fù)合層2。正極的制備
將切好的直徑為的圓形泡沫銅基體材料4放入直徑為13_的紐扣式銅制正極金屬殼8中，然后將CoS2正極粉7 (含25%LiCl-KCl共熔鹽電解質(zhì)、3%碳納米管和l%LiSi粉)鋪在泡沫銅上，鋪后用壓片機(jī)以IOMPa的壓カ壓制成型，制成正極I。單體電池的裝配
將制備好的負(fù)極電解質(zhì)復(fù)合層2和制備好的正極I疊加起來，即制備成熱電池單體電池。熱電池單體電池的放電測試方法，將制備好的單體電池放在兩片嵌有云母片的銅夾具9中間，將兩條銀線分別從正極金屬殼和負(fù)極金屬殼中弓I出。把兩片銅夾具9用四個(gè)螺絲擰緊，然后將其放入管式爐，通入高純氬氣，加熱到500°C放電。圖6為單體電池IOOmA/cm2恒流放電曲線。測試結(jié)果顯示，峰值電壓為I. 82V，第一放電平臺在I. 81V-1. 82V，放電至I. 8V時(shí)的比容量為79. ImAh/g，放電至I. 4V時(shí)的比容量為458. 6mAh/g。實(shí)施例三
負(fù)極電解質(zhì)復(fù)合層的制備
將切好的直徑為19_的圓形泡沫鎳基體材料4放入直徑為20_的紐扣式不銹鋼負(fù)極金屬殼3中，再將鋰硅合金負(fù)極粉5 (含8%KC1)和LiCl-KCl共熔電解質(zhì)6依次鋪在泡沫鎳上，鋪后用壓片機(jī)以IOMPa的壓カ壓制成型，制成負(fù)極電解質(zhì)復(fù)合層2。正極的制備
利用絲網(wǎng)印刷的方法，將CoS2粉末(含20%LiCl-KCl共熔鹽電解質(zhì)、3%碳納米管和1%氣凝膠SiO2)混合均勻后刷在泡沫銅上，真空干燥后切成直徑為16mm的圓片，制成正扱。單體電池的裝配
將制備好的負(fù)極電解質(zhì)復(fù)合層2和制備好的正極I疊加起來，即制備成熱電池單體電池。熱電池單體電池的放電測試方法，將制備好的單體電池放在兩片嵌有云母片的銅夾具9中間，將兩條銀線分別從正極金屬殼和負(fù)極金屬殼中弓I出。把兩片銅夾具9用四個(gè)螺 絲擰緊，然后將其放入管式爐，通入高純氬氣，加熱到450°C放電。圖7為單體電池IOOmA/cm2恒流放電曲線。測試結(jié)果顯示，峰值電壓為I. 82V，放電平臺在I. 79V左右，放電至I. 5V時(shí)的比容量為320mAh/g。
權(quán)利要求
1.熱電池單體電池的制備和裝配過程在相對濕度小于3%的 干燥室內(nèi)進(jìn)行操作，其熱電池單體電池的制備，包括負(fù)極電解質(zhì)復(fù)合層的制備、正極的制備、單體電池的裝配，其特征在于所述的負(fù)極電解質(zhì)復(fù)合層(2)的制備，先將切好的基體材料(4)放入設(shè)定直徑的負(fù)極金屬殼(3)中，再將負(fù)極粉(5)和電解質(zhì)粉(6)依次鋪在基體材料(4)上，鋪好后用壓片機(jī)壓制成型，將負(fù)極粉與電解質(zhì)粉復(fù)合制成負(fù)極電解質(zhì)復(fù)合層(2);所述的正極的制備，先將切好的基體材料(4)放入直徑相對小于負(fù)極金屬殼的正極金屬殼(8)中，再將正極粉(7)鋪在基體材料(4)上，鋪好后用壓片機(jī)壓制成型，制成正極(I);所述的單體電池的裝配，將制備好的負(fù)極電解質(zhì)復(fù)合層(2)和制備好的正極(I)疊加起來，即制備成熱電池單體電池。
2.熱電池單體電池的放電測試方法，其特征在于把兩個(gè)絕緣墊片分別嵌在兩片金屬夾具(9)上，將制備好的單體電池夾在兩個(gè)絕緣墊片之間，單體電池的正極金屬殼和負(fù)極金屬殼分別連接具有一定長度的金屬導(dǎo)線，最后將兩片金屬夾具(9)用螺絲擰緊，把裝在金屬夾具上的單體電池放在管式爐中，通入高純氬氣，加熱到一定溫度進(jìn)行放電測試。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的熱電池單體電池的制備，其特征在于 所述的基體材料(4)為泡沫或網(wǎng)狀銅、鎳、鉻、銀及其合金的多孔 導(dǎo)電材料或者柔性石墨紙。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的熱電池單體電池的制備，其特征在于所述的正極金屬殼(8)和負(fù)極金屬殼(3)為不銹鋼、鎳、銅及其合金的金屬殼。
5.據(jù)權(quán)利要求I或4所述的熱電池單體電池的制備，其特征在于所述的正極金屬殼(8)和負(fù)極金屬殼(3)，其金屬殼高度與直徑的比值可以在O. 15-0. 17之間。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的熱電池單體電池的制備，其特征在于所述的負(fù)極粉(5)為鋰鋁合金、鋰硅合金或者鋰硼合金。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的熱電池單體電池的制備，其特征在于所述的電解質(zhì)粉(6)為二元、三元或者多元低共熔點(diǎn)電解質(zhì)。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的熱電池單體電池的制備，其特征在于所述的正極粉(7)為金屬硫化物、金屬氧化物或者金屬氯化物。
9.根據(jù)權(quán)利要求2所述的熱電池單體電池的放電測試方法，其特征在于所述的金屬夾具(9)材質(zhì)為銀、銅、不銹鋼。
10.根據(jù)權(quán)利要求2所述的熱電池單體電池的放電測試方法，其特征在于所述的絕緣墊片材質(zhì)為云母片、陶瓷紙；所述的金屬導(dǎo)線為金線、銀線、鉬線、銅線。
全文摘要
一種熱電池單體電池的制備及測試方法，包括將負(fù)極粉和電解質(zhì)粉依次鋪在基體材料上，用壓片機(jī)壓制成型，得到負(fù)極電解質(zhì)復(fù)合層；將正極粉鋪在基體材料上，用壓片機(jī)壓制成型，得到正極；單體電池的裝配及其放電測試。本發(fā)明的熱電池單體電池的制備及測試方法，克服了現(xiàn)有熱電池測試方法的諸多不足，該發(fā)明不僅節(jié)約了大量的生產(chǎn)原料、時(shí)間和減少了勞動力，不需要壓片模具，大大降低了制備成本，而且更加有利于研究單因素對熱電池放電性能的影響，具有極大的使用價(jià)值。
文檔編號G01R31/36GK102867970SQ201210360550
公開日2013年1月9日 申請日期2012年9月26日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月26日
發(fā)明者楊少華, 呂坤, 趙平, 高虹 申請人:沈陽理工大學(xué)