[发明专利]一种热电池用复合相变材料及其制备方法

说明书

本申请公开热电池技术领域的一种热电池用复合相变材料，按照重量百分数包括以下组分：相变熔盐30％～90％、碳材料0.1％～20％、孔隙率达到30％～99％的载体5％～70％。本方案中的复合相变材料能够主动的调整热电池内部的温度。

技术领域

本发明属于热电池技术领域，具体涉及一种热电池用复合相变材料及其制备方法。

背景技术

热电池是二战末期发展起来的一次性储备电源，在巡航导弹、反导导弹、核武器、火炮、水雷等高新技术武器中得到了广泛的应用。热电池主要是以熔融盐为电解质，依靠电激活或机械激活等方式引燃内部烟火源，激活后的电池加热系统将令固态熔融盐达到工作温度(即电解质晶体由固态转变为液态时的温度)，从而正负极通过电解质反应产生工作电流和电压的一种电池，由于熔融盐电解质的电导率比水溶液电解质大，因此热电池能够大电流放电，具有较高的比能量和比功率、使用环境温度范围广、贮存时间长、激活迅速可靠、结构紧凑、免维护等特点。

在现阶段的设计方式中，加热系统中的加热材料是由Fe与KClO4按一定比例混合构成，该化学体系产气量小，易压制且反应后体积不会变形。然而，作为热电池的热源，该化学体系一旦反应即在短时间内大量放热，激活后通常会形成超过1000℃的热冲击，由热力学原理可知，对于热电池而言，靠近热电池外壳的区域温度最低，热电池内部和外壳之间的温度梯度大，热电池的热量会从内向外迅速传递，电池激活后壳体外表面温度升高，所以电池在工作一段时间后热量大量逸散，造成电池内部温度迅速降低，尤其在电池边缘处最为严重，温度的降低造成电解质润湿区域(电解质处于熔融状态的区域)减少，当润湿区域完全消失即电解质彻底由熔融液态凝固为固态时，整个电池的反应都将终止。为了让电解质长时间熔融，就需要使用更多加热材料，但加热材料过多会导致电池工作初期温度过高，超过正极分解温度即会导致电池发生热失控，随着时间的进行热失控越严重，最后发生爆炸。因此，使用更多加热材料让热电池在长时间工作就很难保证安全性。为了延长电池的工作时间，一般采用梯度热量设计来延长热电池的工作时间，该设计方式是在热电池两端使用更多的加热材料，而越靠近电池中部加热材料就越少。针对上述措施，在高新武器上，例如导弹，由于导弹速度的提升，热电池工作时外壳周围的环境温度已达到400℃以上，由于外壳和热电池内部之间的温度梯度小，热电池内部的热量向外传递就十分缓慢，导致热量集聚在热电池的中部(因为距离热电池两端的路径最长)，电池中部温度会显著升高造成正极热分解产生硫蒸汽及负极溢出流淌，出现热失控，进而电池内部气压过大导致爆炸。

发明内容

本发明意在提供一种热电池用复合相变材料及其制备方法，以解决现有技术中采用添加更多的加热材料来延长工作时间时难以保证安全性的问题。

为解决上述问题，本发明提供以下技术方案：一种热电池用复合相变材料，按照重量百分数包括以下组分：相变熔盐30％～90％、碳材料0.1％～20％、孔隙率达到30％～99％的载体5％～70％。

一种热电池用复合相变材料的制备方法，包括以下步骤：

步骤一、混合：按照上述重量百分数，将相变熔盐在550～700℃下熔融成液态，冷却凝固后粉碎得到粉碎物，再向粉碎物中加入碳材料，在转速为400～1200r/min的高能球磨机中混合均匀后得到混合物；

步骤二、浸入：将混合物均匀分摊在载体上，再置于550～700℃的高温环境中2～4h，冷却后即可获得复合相变材料。