[发明专利]一种电极系统与加热系统独立的薄型热电池

说明书

本发明公开了一种电极系统与加热系统独立的薄型热电池，加热系统由导热绝缘层包裹，加热系统从四周给电极系统供热，所述电极系统的制备方法为压制法或热喷涂法，所述正极材料的活性材料为合金化合物且为纯净物，导热绝缘层采用导热率为32‑400W/(m·K)，电阻率大于10¹⁵Ω·cm，熔点在1200℃以上的材料，在保障电池正常工作的同时，不会延长电池的激活时间，也解决了由诸多单体电池串联带来的高电压安全问题，本发明采用四周环绕加热方式显著降低热电池的高度，采用具有更高比能量的合金化合物作为正极材料的活性材料，在相同压片密度下降低正极片厚度，进一步降低热电池高度。

技术领域

本发明涉及热电池领域，尤其涉及一种电极系统与加热系统独立的薄型热电池。

背景技术

在20世纪60年代，美国Unidynamics公司与Sandia国家实验室共同努力开发出了片型热电池技术，该技术通过粉末冷压的方式来获得热电池极片。片型技术也在热电池的加热源中得以应用，发展了新的基于铁与高氯酸钾的片型加热源。这种材料在点火后仍能保持尺寸的不变，产生气体量小，而且比锆/铬酸钡热纸更安全。另外，可以很容易的通过调控铁与高氯酸钾的比例来控制热量的输出，且由于加热片中铁粉过量，所以加热片还有充当电子导体的作用。Sandia国家实验室发展的全片型热电池在当时对提高热电池技术而言是个巨大的飞跃。至今整个热电池的装配依旧是由加热系统→集流体→正极材料→隔膜材料→负极材料→集流体→加热系统的方式叠加，串联方式依次堆叠，并联方式则反向堆叠，集流体→正极材料→隔膜材料→负极材料→集流体组成电极材料，如图5，但不论串联还是并联，加热系统始终与电极系统为一体，该方式已使用半个多世纪没有改变。为了降低热电池高度，专利US8313853B2中记载了一种使用带式浇注技术制备的陶瓷隔膜，使用该技术可以很大程度上降低热电池中隔膜的厚度，并不能明显降低热电池高度，不能适应热电池薄型化的发展趋势。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种电极系统与加热系统独立的薄型热电池，以解决现有技术热电池高度过高，不能适应热电池薄型化的发展趋势的问题。

本发明的技术方案是：一种电极系统与加热系统独立的薄型热电池，包括电极系统和加热系统，加热系统由导热绝缘层包裹，加热系统从四周给电极系统供热。

所述电极系统的制备方法为压制法或热喷涂法。

所述压制法的过程是将正极材料、隔膜材料、负极材料和集流体分别以冷压方式压制成片，再按正极材料、隔膜材料、负极材料和集流体的上下顺序依次堆叠形成一个单体电池结构，单体电池结构堆叠形成电极系统。

所述热喷涂法的过程是将负极材料压成片，将正极材料喷涂在集流体一面上，再将隔膜材料喷涂在正极材料上，最后负极材料片置于隔膜材料下堆叠形成一个单体电池结构，单体电池结构堆叠形成电极系统。

所述正极材料的活性材料为合金化合物Fe_xCo_1-xS₂、Fe_xNi_1-xS₂、Co_xNi_1-xS₂或Fe_xCo_yNi_1-x-yS₂中的一种，0＜x＜1，0＜x+y＜1，并且为纯净物。

所述电极系统的形状为实心柱形或空心柱形。

所述导热绝缘层的材料采用导热率为32-400W/(m·K)，电阻率大于10¹⁵Ω·cm，熔点在1200℃以上的材料，为氧化铍、氧化铝、氮化铝、氮化硼或氮化硅的一种或几种组成的复合材料。

所述集流体的材料为石墨、不锈钢、金属镍及其合金或金属铜及其合金。