[发明专利]（LiNO3–KNO3–KNO2–Ca(NO3)2）四元硝酸共熔盐及其用途

说明书

技术领域

本发明涉及一种四元硝酸共熔盐，主要面向热电池、高温锂电池、锂离子电池等高能电池用电解质材料及传热介质材料技术领域的应用。

背景技术

室温下，熔盐一般以固态的形式存在，不能流动，也不导电；当温度高于熔盐熔点时，呈熔融态的熔盐不仅具有一定的导电性，还具有一定的导热性、流动性。所以，目前熔盐主要用于热电池电解质及热传导介质领域。

热电池是用固态熔融盐作为电解质，用内部热源使电池温度达到预定工作温度而工作的原蓄电池，具有稳定性好、可靠性高以及储存寿命长的特点。热电池目前已广泛应用在许多高新武器中作为工作电源，如导弹、核武器、水雷等。热电池在民用领域中，如飞机应急电源、火警电源、地下高温探矿电源等方面的应用也开始得到了越来越多的关注。

近些年间，随着能源的减少，人们为寻找新的石油资源，就必须勘探更深的地层；地热能储存于地下,不受气候条件的影响,既可作为基本负荷能,也可作为峰值负荷能使用。开发一种用于为石油、天然气和地热勘探设备供电的高温能源变得越来越受到重视。在石油、天然气勘探领域，勘探设备工作温度可能高达200℃，而且随着勘探深度加深，工作温度会更高；在地热勘探领域，勘探设备工作温度在200℃～400℃。

我们知道，目前商业化电池工作温度为-55℃～70℃，最高的可达200℃；军事领域普遍应用的电池是热电池，其工作温度高达350℃～550℃；但对于工作在200℃～350℃间的高温电池还是一片空白。其他领域，如汽车轮胎检测系统、地下测压计等对高温电池都有着广泛的需求。研制高温电池的一项关键技术就是开发一种能在150℃～350℃左右工作的熔盐电解质材料。要开发能在150℃～350℃间工作的熔盐电解质材料，直接目标就是寻找一种熔点低于150℃，热稳定温度高于350℃的熔盐电解质材料。

另外，在工业生产中，难免不断产生热量或不断需要供给热量，因而需要传热介质。在现有的传热介质中，水或其蒸气、有机油是十分常见的传热介质。但液态水的使用温度极限低（小于100℃），而水蒸气的热容很小，难以满足大量传热的要求；有机油具有非常低的凝固点（小于0℃），有机油的耐温极限为393℃，传热介质的耐温极限实质上限制了Rankine循环（郎肯循环）的总效率，而且有机油用于传热介质太昂贵。在此背景下，熔盐作为一种传热介质受到广泛关注。为了提高耐温极限，从而提高Rankine循环总效率，传热介质材料必须具备熔点低、热稳定温度高（即工作温度窗口宽）的特点。

本发明的主要目标是开发一种熔点低、热稳定温度高的熔融盐，解决上述关键技术问题。

发明内容

为了克服现有技术的缺点与不足，本发明采用的技术方案是：（1）在LiNO₃–KNO₃二元熔盐体系中添加KNO₂来降低熔盐的熔点；（2）由于亚硝酸盐容易高温氧化分解，通过添加Ca(NO₃)₂来提高熔盐的稳定性。

本发明的主要目的在于开发一种由（LiNO3–KNO₃–KNO₂–Ca(NO₃)₂）组成四元硝酸共熔盐体系，不仅可以用作高温电池的熔盐电解质材料，而且可用作热量传递的介质材料。该四元硝酸共熔盐不仅具有较低的熔点，而且热稳定温度较高。

一种四元硝酸共熔盐，所述四元硝酸共熔盐包括的组分及组分质量百分数如下：

LiNO₃，10～70%；

KNO₃，1～55%；

KNO₂，10～80%；

Ca(NO₃)₂，1～27.3%。

更优选，所述四元硝酸共熔盐包括的组分及组分质量百分数如下：

LiNO₃，10～65%；

KNO₃，1～50%；

KNO₂，10～75%；

Ca(NO₃)₂，5～25%。

上述四元硝酸共熔盐相对于现有技术具有如下的优点及效果：

（1）本发明所述四元硝酸共熔盐熔点低于125℃（最低可低于70℃），热稳定温度高于500℃，工作温度范围广，能在125～500℃温度范围内正常使用，稳定性好；