[发明专利]一种新型氟离子热电池及其制备方法

说明书

本发明公开了一种新型氟离子热电池，由基片(1)、正极片(2)、隔膜片(3)、负极片(4)、集流片(5)、加热片(6)组成，所述隔膜片(3)为三元全氟隔膜片，由电解质和氧化镁改性的石棉纤维混合烧结而成，所述正极片(2)由氟化物、导电材料、电解质制成。本申请新型氟离子热电池化学稳定性好，高温工作过程中不存在容量损失；具有高的比能量，可以提升热电池比能量；可以提高氟离子放电容量，且负极可以选用除锂合金以外的其他金属，降低热电池成本；热电池单体开路电压大于2.8V，可以减少电池空间高度。

技术领域

本发明属于热电池生产加工技术领域，尤其涉及一种新型氟离子热电池及其制备方法。

背景技术

热电池是一种熔融盐电解质贮备电池，在常温下电解质是不导电的固体，使用时通过撞击火帽或点燃电发火头，引燃单元热电池内部的烟火热源，使电解质熔融，激活热电池组，从而给用电设备提供所需的电流和电压。现有热电池用电解质一般是二元E(LiCl、KCL)的混合物或者是三元全锂(LiCl、LiBr和LiF)，电解质中导电离子为锂离子，正极材料采用的是FeS₂或CoS₂。两电极的反应在不同位置发生，电子通过外电路时做功而产生电能，内部是以锂离子传导而导电。电极上存在着这样的动态平衡，一旦外电路接通，Li-Si合金电极上的过剩电子就流向二硫化铁电极，在二硫化铁电极上使二硫化铁被还原。只要电路接通，或活性物质耗尽之前，电极上化学反应就将继续进行。以Li(Si)/FeS₂电池体系为例，有关化学反应如下：

电极反应：

正极：FeS₂+4e^-→Fe+2S^2-；

负极：4Li－4e^-→4Li⁺；

电池总反应：FeS₂+4Li→2Li₂S+Fe。

Li-Si/FeS₂电池体系的工作原理如图1所示。

但是，现有热电池正极材料的实际容量只有150mAh/g。随着我国一大批“高、精、尖”新型武器系统的研制发展，其对配套热电池的功率和比能量要求也越来越高。例如针对水下兵器要求电源的输出功率、比能量高的问题，现有热电池技术方面已经不存在明显的优势，需要加大力度研发电化学体系，特别是具有高单体电压体系研发方面。金属氟化物一般都具有高容量的特性，例如BiF₃、CuF₂、FeF₃和CoF₃等材料的理论容量分别达到302mAh/g、528mAh/g、712mAh/g和694mAh/g；氟离子热电池对应金属锂的电位平台大于2.5V，而现在Li-Si/FeS₂体系有效电压平台在1.8V左右；氟离子热电池负极材料选择范围变宽，负极材料可以是锂硅合金以外其他金属合金负极，例如Na、Mg的金属合金。因此，氟离子热电池是一种前景广阔的新型热电池，其能量密度是远远高于锂离子电池，并且在获取氟离子热电池原料过程中产生的环境影响远远小于提取锂和钴所造成的环境影响。

目前，还没有氟化物用于正极材料的报道，但是在实际试验过程中，氟化物正极材料容量并无优势，且负极材料必须是锂合金，提高了热电池生产成本。

发明内容