专利名称：一种热电池单体电池的制备及测试方法
技术领域：
本发明涉及热电池技术领域，具体涉及热电池单体电池的制备及其放电测试方法。
背景技术：
热电池又称热激活储备电池，是ー种高温储备一次电池，它是利用电池本身的加热系统把不导电的固态盐类电解质加热熔融呈离子型导体而进入工作状态的ー种热激活电池。它由电堆、加热系统、保温垫片、电池壳和带接线柱的电池盖等组成。其中电堆即单体电池包括正极片、负极片、电解质片和片状集流体，它是热电池的核心部件，它的性能好坏直接决定了热电池的性能好坏。热电池具有较大的比功率和比能量、激活时间短、耐苛刻环境条件、贮存时间长等优点，因此它被广泛应用于各类战术导弹、巡航导弹、核武器和各种先进的炸弹等先进武器中。目前热电池单体电池的制备主要采用粉末压片エ艺，即正极片、负极片、电解质片分别通过铺粉压制成型或者通过三次铺粉一次压制成型。该エ艺需要大量的劳动カ和较高的模具成本，使得热电池的生产成本极高。当前热电池的放电性能测试主要是通过组装成热电池组或者单体电池进行放电。通过装配成热电池组进行放电测试不仅需要大量的劳动カ和生产原料，造成研究成本的急剧增加，而且不利于研究单因素对热电池放电性能的影响。通过装配成単体电池进行放电性能测试，不仅节约了大量的原料、时间和減少了劳动力，而且还可以更有针对性地研究单一因素对热电池放电性能的影响。但是当前单体电池的制备主要是利用模具进行粉末压片，这种压片方法易造成模具的损耗，増加了制备成本。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，提供一种更加方便快速、省时省力、低成本、可以有针对性地研究热电池放电性能的单体电池制备及测试方法。采用的技术方案是
本发明的热电池单体电池的制备和装配过程在相対湿度小于3%
的干燥室内进行操作，其热电池单体电池的制备，包括负极电解质复合层的制备、正极的制备、单体电池的装配。所述的负极电解质复合层的制备，先将切好的基体材料放入设定
直径的负极金属壳中，然后将负极粉和电解质粉依次铺在基体材料上，铺好后用压片机压制成型，将负极粉与电解质粉复合制成负极电解质复合层。所述的正极的制备，先将切好的基体材料放入直径相对小于负极
金属壳的正极金属壳中，然后将正极粉铺在基体材料上，铺好后用压片机压制成型，制成正极。所述的单体电池的装配，将制备好的负极电解质复合层和制备好的正极叠加起来，即制备成热电池单体电池。
热电池单体电池的放电测试方法，把两个绝缘垫片分别嵌在两片金属夹具上，将制备好的単体电池夹在两个绝缘垫片之间，単体电池的正极金属壳和负极金属壳分别连接具有一定长度的金属导线，最后将两片金属夹具用螺丝拧紫。把装在金属夹具上的单体电池放在管式炉中，通入高纯氩气，加热到一定温度进行放电测试。上述的基体材料为泡沫或网状铜、镍、铬、银及其合金的多孔导电材料或者柔性石
星纸O上述的正极金属壳和负极金属壳为不锈钢、镍、铜及其合金的金属壳。上述的正极金属壳和负极金属壳，其金属壳高度与直径的比值可以在O. 15-0. 17之间。上述的负极粉为锂铝合金、锂硅合金或者锂硼合金。 上述的电解质粉为ニ元、三元或者多元低共熔点电解质。上述的正极粉为金属硫化物、金属氧化物或者金属氯化物。上述的金属夹具材质为银、铜、不锈钢。上述的绝缘垫片材质为云母片、陶瓷纸。上述的金属导线为金线、银线、钼线、铜线。本发明的有益效果在干
I由于该方法不需要装配成热电池组进行放电测试，因此大大地提高了劳动效率和降低了生产成本。2由于该方法不需要高精度模具，因此成本进ー步降低。3由于影响该方法制备的单体电池放电性能的因素较少，因此可以高效地研究单因素对热电池放电性能的影响。4该方法不只局限于粉末压片，通过刷涂或者喷涂制备的薄膜电极或者复合薄膜电极同样适用于该方法。
图I为本发明制备的单体电池结构示意图。图2为图I的A-A剖面结构示意图。图3为本发明单体电池放电测试夹具的结构示意图。图4为本发明单体电池装在测试夹具上的结构示意图。图5为实施例一单体电池100mA/cm2恒流放电曲线。图6为实施例ニ单体电池100mA/cm2恒流放电曲线。图7为实施例三单体电池100mA/cm2恒流放电曲线。
具体实施例方式实施例一
热电池单体电池的制备，在相対湿度小于3%的干燥室内进行操作，包括负极电解质复合层的制备、正极的制备、单体电池的装配。所述的负极电解质复合层2的制备
将切好的直径为19_的圆形泡沫镍基体材料4放入直径为20_的纽扣式不锈钢制负极金属壳3中，所述负极金属壳高度与直径的比值在O. 17。再将锂硅合金负极粉5 (含10%KC1)和LiCl-KCl)、共熔盐电解质6 (质量比LiCl :KC1=45:55)依次铺在泡沫镍上，铺好后用压片机以IOMPa的压カ压制成型，制成负极电解质复合层2。所述的正极的制备
将切好的直径为12mm的圆形泡沫镍基体材料4放入直径为13mm的纽扣式不锈钢制正极金属壳8中，所述正极金属壳高度与直径的比值在O. 15。再将FeS2正极粉7 (含20%LiCl-KCl共熔盐电解质和3%碳纳米管)铺在泡沫镍上，用压片机以IOMPa的压カ压制成型，制成正极I。所述的单体电池的装配，将制备好的负极电解质复合层2和制备好的正极I叠加起来，即制备成热电池单体电池。热电池单体电池的放电测试方法，将制备好的单体电池放在两片嵌有云母片的铜夹具9中间，将两条银线分别从正极金属壳和负极金属壳中引出。把两片铜夹具9用四个螺 丝拧紧，然后将其放入管式炉，通入高纯氩气，加热到450°C放电。图5为单体电池IOOmA/cm2恒流放电曲线。测试结果显示，峰值电压为1.82V，放电平台在I. 78V-1. 79V，放电至
I.5V时的比容量为319. 9mAh/g。实施例ニ
负极电解质复合层的制备
将切好的直径为19_的圆形泡沫铜基体材料4放入直径为20_的纽扣式铜制负极金属壳3中，再将锂硅合金负极粉5 (含10%KC1)和LiCl-LiBr-LiF共熔电解质6依次铺在泡沫铜上，铺后用压片机以IOMPa的压カ压制成型，制成负极电解质复合层2。正极的制备
将切好的直径为的圆形泡沫铜基体材料4放入直径为13_的纽扣式铜制正极金属壳8中，然后将CoS2正极粉7 (含25%LiCl-KCl共熔盐电解质、3%碳纳米管和l%LiSi粉)铺在泡沫铜上，铺后用压片机以IOMPa的压カ压制成型，制成正极I。单体电池的装配
将制备好的负极电解质复合层2和制备好的正极I叠加起来，即制备成热电池单体电池。热电池单体电池的放电测试方法，将制备好的单体电池放在两片嵌有云母片的铜夹具9中间，将两条银线分别从正极金属壳和负极金属壳中弓I出。把两片铜夹具9用四个螺丝拧紧，然后将其放入管式炉，通入高纯氩气，加热到500°C放电。图6为单体电池IOOmA/cm2恒流放电曲线。测试结果显示，峰值电压为I. 82V，第一放电平台在I. 81V-1. 82V，放电至I. 8V时的比容量为79. ImAh/g，放电至I. 4V时的比容量为458. 6mAh/g。实施例三
负极电解质复合层的制备
将切好的直径为19_的圆形泡沫镍基体材料4放入直径为20_的纽扣式不锈钢负极金属壳3中，再将锂硅合金负极粉5 (含8%KC1)和LiCl-KCl共熔电解质6依次铺在泡沫镍上，铺后用压片机以IOMPa的压カ压制成型，制成负极电解质复合层2。正极的制备
利用丝网印刷的方法，将CoS2粉末(含20%LiCl-KCl共熔盐电解质、3%碳纳米管和1%气凝胶SiO2)混合均匀后刷在泡沫铜上，真空干燥后切成直径为16mm的圆片，制成正扱。单体电池的装配
将制备好的负极电解质复合层2和制备好的正极I叠加起来，即制备成热电池单体电池。热电池单体电池的放电测试方法，将制备好的单体电池放在两片嵌有云母片的铜夹具9中间，将两条银线分别从正极金属壳和负极金属壳中弓I出。把两片铜夹具9用四个螺 丝拧紧，然后将其放入管式炉，通入高纯氩气，加热到450°C放电。图7为单体电池IOOmA/cm2恒流放电曲线。测试结果显示，峰值电压为I. 82V，放电平台在I. 79V左右，放电至I. 5V时的比容量为320mAh/g。
权利要求
1.热电池单体电池的制备和装配过程在相对湿度小于3%的 干燥室内进行操作，其热电池单体电池的制备，包括负极电解质复合层的制备、正极的制备、单体电池的装配，其特征在于所述的负极电解质复合层(2)的制备，先将切好的基体材料(4)放入设定直径的负极金属壳(3)中，再将负极粉(5)和电解质粉(6)依次铺在基体材料(4)上，铺好后用压片机压制成型，将负极粉与电解质粉复合制成负极电解质复合层(2);所述的正极的制备，先将切好的基体材料(4)放入直径相对小于负极金属壳的正极金属壳(8)中，再将正极粉(7)铺在基体材料(4)上，铺好后用压片机压制成型，制成正极(I);所述的单体电池的装配，将制备好的负极电解质复合层(2)和制备好的正极(I)叠加起来，即制备成热电池单体电池。
2.热电池单体电池的放电测试方法，其特征在于把两个绝缘垫片分别嵌在两片金属夹具(9)上，将制备好的单体电池夹在两个绝缘垫片之间，单体电池的正极金属壳和负极金属壳分别连接具有一定长度的金属导线，最后将两片金属夹具(9)用螺丝拧紧，把装在金属夹具上的单体电池放在管式炉中，通入高纯氩气，加热到一定温度进行放电测试。
3.根据权利要求I所述的热电池单体电池的制备，其特征在于 所述的基体材料(4)为泡沫或网状铜、镍、铬、银及其合金的多孔 导电材料或者柔性石墨纸。
4.根据权利要求I所述的热电池单体电池的制备，其特征在于所述的正极金属壳(8)和负极金属壳(3)为不锈钢、镍、铜及其合金的金属壳。
5.据权利要求I或4所述的热电池单体电池的制备，其特征在于所述的正极金属壳(8)和负极金属壳(3)，其金属壳高度与直径的比值可以在O. 15-0. 17之间。
6.根据权利要求I所述的热电池单体电池的制备，其特征在于所述的负极粉(5)为锂铝合金、锂硅合金或者锂硼合金。
7.根据权利要求I所述的热电池单体电池的制备，其特征在于所述的电解质粉(6)为二元、三元或者多元低共熔点电解质。
8.根据权利要求I所述的热电池单体电池的制备，其特征在于所述的正极粉(7)为金属硫化物、金属氧化物或者金属氯化物。
9.根据权利要求2所述的热电池单体电池的放电测试方法，其特征在于所述的金属夹具(9)材质为银、铜、不锈钢。
10.根据权利要求2所述的热电池单体电池的放电测试方法，其特征在于所述的绝缘垫片材质为云母片、陶瓷纸；所述的金属导线为金线、银线、钼线、铜线。
全文摘要
一种热电池单体电池的制备及测试方法，包括将负极粉和电解质粉依次铺在基体材料上，用压片机压制成型，得到负极电解质复合层；将正极粉铺在基体材料上，用压片机压制成型，得到正极；单体电池的装配及其放电测试。本发明的热电池单体电池的制备及测试方法，克服了现有热电池测试方法的诸多不足，该发明不仅节约了大量的生产原料、时间和减少了劳动力，不需要压片模具，大大降低了制备成本，而且更加有利于研究单因素对热电池放电性能的影响，具有极大的使用价值。
文档编号G01R31/36GK102867970SQ201210360550
公开日2013年1月9日 申请日期2012年9月26日 优先权日2012年9月26日
发明者杨少华, 吕坤, 赵平, 高虹 申请人:沈阳理工大学