[发明专利]一种热电池研制用相变蓄热型抑爆材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种热电池研制用相变蓄热型抑爆材料，以MgO和MgCl₂为主要原料，同时添加BN纤维作为结构增强组分保证抑爆材料的结构强度，在去氧、去水条件下，通过二次压制烧结法进行固相反应制备，获得具有化学稳定性好，热焓高，材料相变响应温度适宜，机械强度优良的相变蓄热型抑爆材料。所获得相变蓄热型抑爆材料的单位热焓约为160‑250J/g，可有效切断故障热电池的链式热失控；相变温度为715℃，基本位于热电池热失控临界温度点；耐力学冲击量级大于10000g，基本覆盖所有在役、在研产品线，完全满足热电池型号的实际研制需要。

技术领域

本发明属于材料化学领域，具体涉及一种热电池研制用相变蓄热型抑爆材料及其制备方法。

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次贮备电池，其最大特点是激活时间短、贮存期间无需维护，特别适合作为各种导弹及武器系统的配套电源。但是，正由于热电池的这种特性，使得其难以与其它化学电源一样进行充放电试验，也就意味着在激活前难以对热电池自身的安全性和可靠性进行准确的判断。从本单位的研制经验和国内外的公开报道来看，热电池最主要的安全性问题是各种设计或工艺原因造成的链式热失控，基本机理为：电堆局部热失控→硫化物正极分解→硫蒸汽与锂合金负极发生放热反应→锂合金负极熔融并溢出→电堆大范围短路→热失控程度进一步扩大→金属壳体熔穿或爆炸。因此，在热电池研制过程中，准确找到设计或工艺薄弱环节，有效避免热失控是热电池研制过程中最主要的安全性考量因素。

随着导弹等武器系统的不断发展，对热电池高低温及力学环境的使用要求也在不断提高，目前热电池的设计工作温度窗口通常为450-600℃，耐力学冲击要求大于5000g，这种严酷的使用环境带来了诸多可引起热电池发生链式热失控的因素。另一方面，热电池发生金属壳体熔穿或爆炸后，寻找到热失控发生的初始位置和原因是非常困难的，只能凭借经验进行设计和工艺改进，但这种改进往往难以有针对性的解决问题，必须依靠大量实验和大幅提高冗余度的方法来保证热电池型号产品的安全可靠性，而这就严重影响了型号产品的研制进度，还对科研生产成本带来了巨大压力。因此，寻找到一种可以有效切断链式热失控的方法来实现故障原因的准确判断，就成为了一项非常具有军事意义及经济价值的工作。

由于本发明是首次提出一种热电池研制用相变蓄热型抑爆材料，目的是阻止故障热电池的链式热失控，保证故障电堆的完整性，利于研制过程中问题的分析与技术的改进。

目前，尚未有此类技术的公开报道出现，仅有的一些关于故障热电池的研究报道(如J.Power Sources110(2002)357，报道了一种锂系热电池的热模型及单体热测试装置；SANDIA REPORT 2006-1902，报道了典型热电池的故障树及对应解决措施；J.PowerSources 54(1995)134，报道了车用锂系热电池的相关安全性表征)，仅仅还是从理论上来分析链式热失控的机理，缺乏直观的可视化故障点判断分析能力；测试装置只能进行静态放电试验，难以反应真实热电池产品在复杂工况，尤其是高量级力学环境下内部电情况。

发明内容

本发明的目的是提供一种热电池研制用相变蓄热型抑爆材料及其制备方法，该材料可根据热电池产品及工况的不同进行热焓量和几何尺寸方面的调整，切断故障热电池的链式热失控，保证电堆结构的完整性，提高故障热电池的诊断分析速度及准确度，实现产品后续研制过程中优化改进的有的放矢。采用本发明提供的制备方法，所获得相变蓄热型抑爆材料的单位热焓约为160-250J/g，可有效切断故障热电池的链式热失控；相变温度为715℃，基本位于热电池热失控临界温度点；耐力学冲击量级大于10000g，基本覆盖所有在役、在研产品线，完全满足热电池型号的实际研制需要。

本发明是通过如下技术方案实现的：一种热电池研制用相变蓄热型抑爆材料，其化学组分的质量配比为：所述MgO的质量含量为40-60％，MgCl₂的质量含量为55-35％，BN纤维的质量含量为5-10％。