一种新型热电池单体电池的制作方法

本实用新型涉及一种新型热电池单体电池，属于热电池技术领域。

背景技术：

热电池是热激活储备电池，它是以熔盐作电解质，利用热源使其熔化而激活的一次性储备电池。热电池工作时内部温度在450℃～550℃，具有输出功率大，激活时间短，贮存寿命长，环境适应性强等优点。

由于热电池输出高温熔盐电池，在工作状态下，隔膜中电解质和负极材料（LiB合金）均为半熔融态，具有一定的流动性。在苛刻的高过载环境力学条件下和较高的热量匹配下，电池中的电解质和负极材料会发生流淌，引起短路，严重时电池会发生燃烧爆炸等现象。

为了防止隔膜中的电解质流淌，在过去的热电池设计中，通常采用具有较强吸附性能的氧化镁充当电解质流动抑制剂，以利用氧化镁的多孔结构产生的毛细现象束缚住电解质，同时在复合片中引入限流环，防止其流淌。另外为了防止负极LiB合金的流淌，通常采用绝缘限流环限制LiB合金流淌。

尽管采用上述措施能够解决电解质和LiB合金的流淌问题，但当热电池在高过载环境力学条件下，比如10000g以上冲击或者高热量设计状态下，隔膜中的电解质和负极材料LiB合金仍然可能溢出流淌，引起短路。

传统的热电池单体电池结构如图1所示，其工作原理是：热电池激活以后，在烟火热源的作用下，电解质和负极快速熔融，从而构建电化学体系，输出电能。在激活过程中，电解质和负极材料从固相变为液相，体积膨胀，在较高的电堆压力下，常规电池中的限流环不能完全束缚住电解质和LiB合金，二者均可能从隔膜与负极接触面间溢流而出造成短路（图1中所示溢流口6）。

技术实现要素：

本实用新型要解决的技术问题是：提供一种新型热电池单体电池，通过增强限流环厚度形成桶状半封闭结构，通过缩减复合片尺寸嵌入限流环形成一体化单体电池，以解决热电池隔膜中电解质和负极材料流淌的技术难题。

本实用新型的技术方案：一种热电池单体电池，包括集流片，负极片，含有正极和隔膜的复合片，以及用绝缘材质制作的限流环，其中，限流环粘接在集流片上，负极片置于限流环内底部，且与集流片接触，所述复合片置于限流环内，且位于负极片上方，在限流环内壁与复合片和负极片外壁之间留有间隙。

所述限流环厚度为复合片和负极片总厚度的0.9~1.3倍。

所述限流环内径与复合片和负极片直径尺寸之差为0.5~2mm。

所述限流环外径与集流片外径尺寸相同。

所述绝缘材质为石棉或云母。

本实用新型的有益效果是：本实用新型通过限流环构建的桶装半封闭结构、嵌入极片形成的一体化单体电池结构。相比常规热电池单体电池结构，具有如下优点：

1、限流环形成的桶状半封闭结构消除了溢流口，不仅仅限制住负极LiB合金流淌，而且限制住隔膜中的电解质流淌，具有较高的可靠性。

2、本实用新型提供的热电池单体为半封闭一体化结构，完全不同于具有相同尺寸的复合片+半封闭的负极组件结构，减少了电池组件数量，结构上更可靠，有利于增强高过载下环境力学性能。

3、本实用新型提供的热电池单体具有较高的安全适应性，由于限流环与极片存在一定间隙，不仅可以提供单体装配时存在的公差，而且可以构建极端条件下电解质或隔膜在流淌的填充空间。

4、本实用新型提供的热电池单体中限流环厚度与极片（复合片+负极片）总厚度相近，不会出现局部压力过大情况，可以更好地防止超薄单体电池之间的搭接，拓宽了单体电池的实用空间。

综上所述，本实用新型与现有技术相比，可以增强电池的安全性能，拓宽热电池热量设计范围，可以更好地满足高温环境和高过载热电池使用要求。

附图说明

图1是传统的热电池单体电池结构示意图；

图2是本实用新型的结构示意图；

图3是限流环的结构示意图；

图中：1为集流片，2为限流环，3为正极，4为隔膜，5为负极片，6为溢流口。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型作进一步地详细描述。

实施例1：

本实用新型热电池单体电池结构及制作方法如下：将厚0.5mm，环宽为1mm，环外径为Φ22的用石棉环制作的限流环2粘接于Φ22的集流片1上，将0.1mm厚LiB合金冲压成Φ19.5的负极片5，采用压机制备含有正极3和隔膜4的复合片，复合片厚0.4mm，直径Φ19.5，先后将LiB负极片5和复合片嵌入粘有限流环2的集流片1中，得到新型热电池单体。其中单体电池极片为Φ19.5，限流环2宽1mm，限流环2外径Φ22，限流环2内径与极片直径差值为0.5mm，限流环2厚度等于LiB负极片5与复合片总厚度0.5mm。

实施例2：

将厚0.8mm，环宽为1.5mm，环外径为Φ72的用石棉环制作的限流环2粘接于Φ72的集流片1上，将0.2mm厚LiB合金冲压成Φ68的负极片5，采用压机制备含有正极3和隔膜4的复合片，复合片厚0.50mm，直径Φ68，先后将LiB负极片5和复合片嵌入粘有限流环2的集流片1中，得到新型热电池单体。其中单体电池极片为Φ68，限流环2宽1.5mm，限流环2外径Φ72，限流环2内径与极片直径差值为1mm，限流环2厚度（0.8mm）等于LiB负极片5与复合片总厚度（0.70mm）的1.15倍。

实施例3：

将厚1.2mm，环宽为2mm，环外径为Φ92的用云母制作的限流环2粘接于Φ92的集流片1上，将0.3mm厚LiB合金冲压成Φ86的负极片5，采用压机制备含有正极3和隔膜4的复合片，复合片厚1.05mm，直径Φ86，先后将LiB负极片5和复合片嵌入粘有限流环2的集流片1中，得到新型热电池单体。其中单体电池极片为Φ86，限流环2宽2mm，限流环2外径Φ92，限流环2内径与极片直径差值为2mm，限流环2厚度（1.20mm）等于LiB负极片5与复合片总厚度（1.35mm）的0.9倍。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本实用新型所作的进一步详细说明，不能认定本实用新型的具体实施只局限于这些说明。对于本实用新型所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本实用新型的保护范围。