专利名称：一种制备熔盐电解质的方法
技术领域：
本发明涉及一种制备熔盐电解质的方法，更确切地说涉及一种由多元熔盐制备的混合熔盐电解质，主要面向热电池、高温锂电池、锂离子电池等高能电池及传热介质技术领域的应用。属于熔盐电解质的制备技术领域。
背景技术：
熔盐电解质是具有较高电导率，呈熔融状态的离子熔体；在比熔点稍高的温度时，晶体结构虽然由于热运动而松散、溃乱，但在一定的范围内仍保持一定的有序度。目前熔盐电解质主要用于热电池电解质及热传导领域。
热电池又称热激活电池，它是用熔融盐作为电解质，用内部热源使电池温度达到预定工作温度而工作的原蓄电池。加热储备和长期储存是热电池的两大特征。热电池非常可靠、结实耐用，如果密封好，储存寿命可达25年或更久；另外热电池具有比能量高、比功率大、放电速率快、使用环境温度宽等优点。热电池目前已广泛应用在许多高新武器中作为工作电源，如导弹、核武器、水雷等。热电池在民用领域中，如飞机应急电源、火警电源、地下高温探矿电源等方面的应用也开始得到了越来越多的关注。从而熔盐电解质的制备技术也显得越来越重要。在工业生产中，难免不断产生热量或不断需要供给热量，因而需要传热介质。水或其蒸气是十分常见的传热介质。但液态水的使用温度极限低(小于100°c )，而水蒸气的热容很小，难以满足大量传热的要求。在此背景下，熔盐作为一种传热介质受到广泛关注。在研究熔盐制备过程中，使用廉价的组分及提高熔盐制备技术可以降低熔盐的生产成本。因此，研究开发一种新的混合熔盐制备技术具有十分重要的经济意义。传统的熔盐制备技术一般需要经过以下几个步骤(整个过程需要在RHS 3的干燥环境中进行)(I)真空干燥把原材料盛于坩埚中，放进马弗炉内，在一定温度下，抽真空干燥一整夜(恒温3h)，使原材料完全脱水；(2)研磨与称量将称量后的原材料用研钵研碎，球磨等方法，过筛，装瓶备用；采用电子天平，按所需重量百分比分别精确称取混合熔盐所需的各组元；(3)球磨混合把称量后的原材料盛于球磨罐中，加入适量的刚玉球，盖好罐盖，放在球磨机上进行球磨混合2h ；(4)熔融混合均匀的混合物，从球磨罐中取出，盛于坩埚中，放入马弗炉内，在一定温度下熔融16h，取出淬火，捣成薄碎块；(5)研磨
先将碎块用研钵捣碎，倒入球磨罐中，加入一定数量的刚玉球，球磨2h，过筛，装瓶密封保存，即可获得所需熔盐电解质。传统的制备技术要求整个过程需要在RHS 3的干燥环境中进行，这不仅增加了材料制备的操作难度，还增加材料 的生产成本；另外，在球磨研碎原材料的过程中难免存在材料研磨不彻底的问题，而且会损耗原材料，更关键的是球磨对于质地比较柔软或质地非常坚硬的原材料是无能为力的。为此，本发明提供了一种制备熔盐电解质的简单方法，以克服上述的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种制备熔盐电解质的方法，使用此制备方法不仅可用于二元、三元或多元熔盐电解质的制备熔盐电解质，还可以用于制备热传导用的热传导介质。所述的熔盐电解质的制备过程如下( I)称量采用电子天平，按所需重量百分比分别精确称取混合熔盐所需的各组元；使用的原料纯度质量百分数在94%以上，且其所含有杂质不与所使用的溶剂反应而污染溶液；(2)溶解混合将称量好的各组元，直接溶于溶剂并通过某种方法(如超声，加热等)溶于溶剂，并搅拌均匀；(3)蒸馏将混合均匀的溶液加热到特定的温度(温度介于溶剂沸点与电解质最低分解温度之间)蒸馏，将溶剂蒸馏除去；(4)熔融将蒸馏剩下的溶质放入高温炉内，在惰性气氛保护下，在特定的温度(温度介于电解质熔点与电解质最低分解温度之间)下熔融一定时间，然后随炉冷却至室温；(5)研磨将冷却所得的固体研磨至粉末状，过筛，随后密封保存，即可获得所需熔盐电解质。本发明提供的熔盐制备技术与传统制备技术相比，主要具有以下优点(I)本发明通过溶解混合的方法将原材料进行混合均匀，不仅解决了传统技术对质地比较柔软或质地非常坚硬的原材料是无能为力的问题，还可以保证原材料能有效的混合均匀。例如KNO3质地比较软的材料，无法球磨混合，即使球磨也往往会混合不均匀。(2)本发明的熔盐制备过程中，并不要求整个制备过程需要在RH彡3的干燥环境中进行，而只是步骤(4)和步骤(5)需要在RHS 3的干燥环境中进行，简化了材料的制备工艺。(3)本发明的熔盐制备技术，大大提高了原材料的利用率，降低了熔盐电解质的生产成本。(4)所用的原料纯度在94%以上,且其中杂质不与所使用的溶剂反应而污染溶液。所述的溶剂纯度要在95%以上。(5)所述的制备方法适用于二元、三元、四元或多元熔盐制备。
本发明与已有的方法相比，具有安全性高，操作简单、成本低等优点。
图I熔盐电解质材料的传统工艺流程示意图；图2本发明提供的熔盐电解质材料工艺流程示意图。
具体实施例方式下面通过列举实施例对本发明作进一步说明，以阐明本发明的实质性特点和显著的进步。实施例I :LiNO3-KNO3 (42_58mol%)熔盐电解质的制备方法(I)以LiN03、KN03为原材料，均采用分析纯的化学试剂，其纯度分别为LiNO3彡97%和 KNO3 彡 99% ；(2)使用电子天平精确称量，将原料按照重量百分比LiNO3 =KNO3 = 33. 2:66.8分别称取LiNO3和KNO3分别为3. 32g与6. 68g ；(3)量取去离子水150ml，将称量好的LiNO3与KNO3倒入去离子水中，在超声作用下搅拌，使溶液溶解均匀；(4)将混合均匀的溶液加热到100°C蒸馏，将溶剂蒸馏除去后冷却；(5)将蒸馏剩下的溶质放入高温炉内，在300°C温度及惰性气氛下熔融16小时，然后随炉冷却至室温；(6)将冷却所得的固体转入球磨罐中，球磨3小时，取出，过100目分样筛，即可获得 LiNO3-KNO3 (42-58mol%)熔盐电解质。实施例2 LiNO3-KNO2 (40_60mol%)熔盐电解质的制备方法(I)采用分析纯的化学试剂的LiNO3和化学纯的KNO2为原材料，其纯度分别为LiNO3 彡 97% 和 KNO2 彡 94% ；(2)使用电子天平精确称量，将原料按照重量百分比LiNO3 =KNO2 = 35:65分别称取LiNO3和KNO2分别为3. 5g与6. 5g ;(3)量取去离子水150ml，将称量好的LiNO3与KNO2倒入去离子水中，在超声作用下搅拌，使溶液溶解均匀；(4)将混合均匀的溶液加热到100°C蒸馏，将溶剂蒸馏除去后冷却；(5)将蒸馏剩下的溶质放入高温炉内，在250°C温度及惰性气氛下熔融16小时，然后随炉冷却至室温；(6)将冷却所得的固体转入球磨罐中，球磨3小时，取出，过100目分样筛，随后密封保存，即可获得LiNO3-KNO2 (40-60mol%)熔盐电解质。实施例3 LiNO3-KNO3-CsNO3 (37-39_24mol%)熔盐电解质的制备方法(I)以LiN03、KNO3> CsNO3为原材料，均采用分析纯的化学试剂，其纯度分别为LiN03 彡 97% 和 KN03 彡 99%, CsN03 彡 99% ；
(2 )使用电子天平精确称量，将原料按照重量百分比LiNO3 =KNO3 =CsNO3 =22. 8:35. 3:41. 9 分别称取 LiNO3 和 KNO3 分别为 2. 28g、3. 53g 与 4. 19g ；(3)量取去离子水150ml，将称量好的LiN03、KNO3与CsNO3倒入去离子水中，在超声作用下搅拌，使溶液溶解均匀；(4)将混合均匀的溶液加热到100°C蒸馏，将溶剂蒸馏除去后冷却；(5)将蒸馏剩下的溶质放入高温炉内，在300°C温度及惰性气氛下熔融16小时，然后随炉冷却至室温； (6)将冷却所得的固体转入球磨罐中，球磨3小时，取出，过100目分样筛，即可获得 LiNO3-KNO3-CsNO3 (37-39_24mol%)熔盐电解质。实施例4 LiF - LiCl - LiBr -LiI (15. 4-21. 7-32. 9_30mol%)熔盐电解质的制备方法(I)以LiF、LiCl、LiBr、LiI为原材料，均采用分析纯的化学试剂，其纯度均在95%以上；(2)使用电子天平精确称量，将原料按照重量百分比LiF =LiCl =LiBr =LiI3 = 4. 9 11. 2 34. 9 49 分别称取 LiF、LiCl、LiBr 和 LiI 分别为 O. 49g、l. 12g、3. 49g 与 4. 90g ；(3)量取去离子水200ml，将称量好的LiF、LiCl、LiBr与LiI倒入去离子水中，机械搅拌，使溶液溶解均匀；(4)将混合均匀的溶液加热到100°C蒸馏，将溶剂蒸馏除去后冷却；(5)将蒸馏剩下的溶质放入高温炉内，在450°C温度及惰性气氛下熔融16小时，然后随炉冷却至室温；(6)将冷却所得的固体转入球磨罐中，球磨3小时，取出，过100目分样筛，即可获得 LiFLiCl-LiBr-LiI (15. 4-21. 7-32. 9_30mol%)熔盐电解质。实施例5 LiClLiBr-LiIKI-CsI (3. 5-9. 2-52. 4-15. 7-19. 2mol%)熔盐电解质的制备方法(I)以LiCl、LiBr、LiI、KI、CsI为原材料，均采用分析纯的化学试剂，其纯度均在95%以上；(2)使用电子天平精确称量，将原料按照重量百分比LiCl、LiBr, Lil、KI、CsI=O. 95 5. 14 45. 09 :16. 75:32. 07 分别称取 LiCl、LiBr、Lil、KI 与 CsI 分别为 O. 095g、
O.514g、4. 509g、l. 675g 与 3. 207g ；(3)量取去离子水150ml，将称量好的LiCl、LiBr、LiI、KI与CsI倒入去离子水中，机械搅拌，使溶液溶解均匀；(4)将混合均匀的溶液加热到100°C蒸馏，将溶剂蒸馏除去后冷却；(5)将蒸馏剩下的溶质放入高温炉内，在300°C温度及惰性气氛下熔融16小时，然后随炉冷却至室温；(6)将冷却所得的固体转入球磨罐中，球磨3小时，取出，过100目分样筛，即可获得 LiCl-LiBr - LiI-KI - CsI (3. 5-9. 2-52. 4-15. 7-19. 2mol%)熔盐电解质。在上述各实施例中步骤(5)和(6)，即蒸馏后的熔质放入高温炉内熔融、球磨、过筛等工艺过程需在RH ( 3的干燥环境下进行。
权利要求
1.一种制备熔盐电解质的方法，其特征在于通过将不同组元按所需重量百分比溶于特定的溶液，然后将溶液通过蒸馏蒸发掉溶剂，得到混合均匀的熔盐电解质，再将熔盐电解质熔融一定时间后冷却至室温研碎，制备所需的熔盐电解质具体步骤是 (1)称量 采用电子天平，按所需重量百分比分别精确称取混合熔盐所需的各组元； (2)溶解混合 将称量好的各组元，直接溶于溶剂并通过超声或加热方法溶于溶剤，并搅拌均匀； (3)蒸馏 将混合均匀的溶液加热到特定的温度蒸馏，将溶剂蒸馏除去；蒸馏的温度介于溶剂沸点与电解质最低分解温度之间； (4)熔融 将蒸馏剩下的溶质放入高温炉内，在惰性气氛保护下，在特定的温度下熔融一定时间，然后随炉冷却至室温；所述特定温度介于电解质熔点与电解质最低分解温度之间； (5)研磨 将冷却所得的固体研磨至粉末状，过筛，随后密封保存，即可获得所需熔盐电解质。
2.按权利要求I所述的方法，其特征在于所用的原料纯度在94%以上，且其中杂质不与所使用的溶剂反应而污染溶液。
3.按权利要求I所述的熔盐电解质制备方法，其特征在于所述的溶剂纯度要在95%以上。
4.按权利要求I所述的熔盐电解质制备方法，其特征在于步骤(4)和步骤(5)需要在RH≤3的干燥环境中进行。
5.按权利要求1-4中任一项所述的方法，其特征在于适用于ニ元、三元、四元或多元熔盐制备。
全文摘要
本发明公开了一种多元熔盐电解质的制备方法，其特征在于本方法制备的电解质材料，可用于高能电池的电解质材料及热量传递的介质材料。本发明通过将原材料溶解混合的方法将原材料混合均匀，从而大大简化了电解质材料的制备过程和制备工艺。将原料按重量百分比称量，溶解混合，然后蒸馏，将蒸馏后得到的溶质在高温炉中熔融，然后随炉冷却至室温，再将得到的熔盐研磨破碎，得到熔盐电解质。不需要整个过程均在干燥环境下进行。本发明与已有的熔盐制备技术相比，具有安全性高、操作简单、成本低等优点。
文档编号H01M6/36GK102738481SQ20121023999
公开日2012年10月17日 申请日期2012年7月11日 优先权日2012年7月11日
发明者吴铸, 李志林, 牛永强 申请人:中国科学院上海微系统与信息技术研究所