[发明专利]一种热电池用氧化铜基复合正极材料及其制备方法和用途

说明书

本发明公开了一种热电池用氧化铜基复合正极材料及其制备方法和用途，该正极材料包含以下质量百分比的组份：20%~48%氧化铜，8%~30%铜，40%~60%熔盐电解质。本发明的复合正极材料包含氧化铜、铜和熔盐电解质，提高了氧化铜正极材料的导电性，其热稳定性强，电导率高，并且该制备工艺过程简单、无需复杂后处理、能耗低等优点，具备了在热电池型号产品中真正应用的潜力。

技术领域

本发明属于材料化学领域，其涉及一种复合正极材料，具体涉及一种热电池用氧化铜基复合正极材料及其制备方法和用途。

背景技术

热电池是使用自带的加热材料把常温不导电的固体盐类电解质加热熔融呈离子型导体而输出电能的一次贮备电池，其最大特点是工作温度可达500-600℃，具备在-60℃～+60℃之间正常工作的独特性能。

随着各类武器性能的不断进步，对热电池产品的功率输出要求也在不断提升，而传统金属二硫化物正极材料因其分解温度所限(FeS₂约为550℃左右，CoS₂约为650℃左右)，难以继续通过提高工作温度的办法进一步提高其大功率输出的能力。因此，具备高热稳定性能的氧化物正极材料逐渐成为了热电池领域的研究热点之一。

目前，根据已公开的报道来看，CuO是最具热电池应用潜力的氧化物正极材料之一，其具有热稳定性高(分解温度约为1000℃)、对锂电动势高(约为2.3V)和理论比容量高(约为2400C/g)等特点得到了科研工作者越来越多的关注。

Pan等人采用水热法，合成了束状结构的CuO（Journal of Alloys andCompounds，2009，484：322-326），该方法合成的CuO具有大的比表面积和短的锂离子扩散路径，因而具有较高的放电容量和良好的倍率性能。但是，该方法得到的是纯相CuO，电阻率较高，功率输出能力差。

舒海波等人采用水热法，合成了MoS₂/CuO复合材料（中国专利CN106732668A），该方法合成的复合材料具有分散性好，结晶度高的特点。但是，水热法产量低，难以满足工业化的大规模应用要求。

Wang等人采用溶液沉淀法合成了CuO-石墨烯复合材料（Journal of MaterialsChemistry，2010，20：10661-10664），该方法合成的复合材料具有高的比表面积和良好的倍率性能。但是，该复合材料受制于石墨烯制备及性能一致性等问题的制约，尚处于实验室研究阶段。

发明内容

本发明的目的是提供一种热电池用氧化铜基复合正极材料及其制备方法和用途，该复合正极材料解决了纯相氧化铜的电导率不足，而氧化铜基复合材料制备困难，难以满足工业化大规模生产等问题，提高了氧化铜的电导率，并且其制备方法具有工艺过程简单，无需复杂后处理，以及能耗低等特点。

为了达到上述目的，本发明提供了一种热电池用氧化铜基复合正极材料，该正极材料包含以下质量百分比的组份：20%~48%氧化铜，8%~30%铜，40%~60%熔盐电解质。

所述的熔盐电解质为：卤化碱金属的共熔盐体系。

所述的卤化碱金属为：卤化锂和/或卤化钾。

所述的卤化碱金属的共熔盐体系为：LiF-LiCl-LiBr共熔盐体系、LiCl-LiBr-KBr共熔盐体系，或LiCl-KCl共熔盐体系。

所述的LiF-LiCl-LiBr共熔盐体系中，包含以下质量百分比的组份：9.6%LiF，22.0% LiCl，68.4%LiBr；所述的LiCl-LiBr-KBr共熔盐体系中，包含以下质量百分比的组份：12.1%LiCl，36.5% LiBr，51.4%KBr；所述的LiCl-KCl共熔盐体系中，包含以下质量百分比的组份：45.0%LiCl，55.0%KCl。