[发明专利]一种温度调节型热电池加热材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种温度调节型热电池加热材料及其制备方法，该加热材料包含：超细Fe粉、LiClO₄粉末、LiCl粉末和NaCl粉末，其中，超细Fe粉的质量百分含量为62.9%‑82.0%，LiClO₄粉末的质量百分含量为10.4%‑15.4%，LiCl粉末的质量百分含量为0.7%‑16.4%，NaCl粉末的质量百分含量为3.1%‑9.4%。本发明的最大特点是着眼维持热电池内部的温度平衡，通过改变热电池加热粉的设计，加入一定量的NaCl，保证与其放热反应结束后的LiCl形成NaCl‑LiCl共熔盐型热缓冲材料，可显著延长热电池的工作时间。

技术领域

本发明属于热电池技术领域，具体涉及一种温度调节型热电池加热材料及其制备方法。

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低阻离子型导体后进入工作状态的一次贮备电池，因其输出功率高、激活时间短、贮存期间无需维护等特点，成为了最重要的武器配套电源产品。

由于热电池受其工作原理及电极材料物化性能的限制，只有其内部温度处于工作窗口温度之间时才可正常工作，而工作窗口温度下限即为熔盐电解质的熔点温度，上限即为电极材料的热分解温度。以目前最为常见的LiB/LiF-LiCl-LiBr/CoS₂电化学体系热电池为例，其工作窗口温度为450℃(电解质熔点)-650℃(CoS₂分解温度)，若热电池内部温度低于或超过工作窗口即会停止工作或产生安全性问题。另外，由于武器装备本身对于环境适应性的要求，热电池型号产品普遍要求具备在-50℃～+60℃之间正常工作的能力，也就意味着其内部热平衡温度需维持在500℃～590℃之间，再考虑到不同温度下热电池性能的一致性，造成热电池尤其是长工作时间产品设计难度的激增。

针对这一问题，国内外科研工作者主要提出了两条解决思路，1) 在热电池中加入第二组加热源，使得其具备二次加热的能力。如美国E-P公司提出的一种改进性能的热电池组(CN1348227 A)，但这种方法需在热电池内部额外添加大量零部件，严重影响比特性，且二次点火源在热电池工作时存在较为严重的安全隐患，因此，尚未有正式热电池产品采用此项技术。2) 在热电池中加入一定量的相变型热缓冲材料，且该材料的相变温度处于500℃～600℃之间，使热电池内部具有一定的温度调节能力。关于此类热缓冲材料技术的报道已有很多，如中国专利：一种热电池研制用相变蓄热型抑爆材料及其制备办法，CN107528072A，高温环境下使用的大长径比热电池，CN 107732267A等，但这些专利的目的及侧重点并不完全在于延长热电池的工作时间，且都在一定程度上影响了热电池的比特性。此外，中国专利CN 102244206 A还提供了一种具备热缓冲性能的加热粉，其向普通加热粉中加入Li₂SO₄-NaCl共熔盐，以共熔盐的融化相变实现热电池内部温度调节的目的。但实际上，Fe/KClO₄加热粉的反应产物KCl则会与Li₂SO₄-NaCl二元体系互溶，形成新的三元电解质体系，最低共熔点与离子迁移率均会发生变化，熔点及熔化焓均会发生明显变化，且变化程度不可控，尚处于实验室研究阶段，不具备实际应用的可能。

发明内容

本发明的目的是调和目前热电池技术领域关于重量比特性与电池工作时间之间的矛盾，在尽量减少额外增重的前提下，使热电池加热材料的燃烧产物具备一定程度的相变蓄热能力，以达到延长热电池工作时间的目的。此外，本发明提供的温度调节型热电池加热材料，可按照实际需要对配比进行调整，满足不同工作时间热电池型号产品对相变蓄热量的实际需求，适用范围广，极具应用前景。