[发明专利]一种高电位大功率型热电池正极材料及其制备方法

权利要求书

1.一种高电位大功率型热电池正极材料，其特征在于：按照重量百分比由以下原料制备而成：复合高电位活性正极材料50％～95％、高离子导电率电解质4％～49.5％、高导电率电子导电剂0.5％～20％；所述复合高电位活性正极材料按照重量百分比由5～95％的FeF₃和5～95％的FeF₂共同组成，其制备方法为原位合成法或直接混合法；所述高离子导电率电解质为LiF-NaF-LiCl或LiF-KF-LiCl共晶熔盐。

2.根据权利要求1所述的一种高电位大功率型热电池正极材料，其特征在于，采用所述原位合成法制备复合高电位活性正极材料具体包括以下步骤：

(1)氟化：以Fe₂O₃为原料，将其置于高压反应釜中与HF溶液在常温下混合，静置，加热保温，生成FeF₃，用蒸馏水洗掉FeF₃中残留的HF，再在200～300℃温度下干燥1.5～4h，得到FeF₃；

(2)还原：将步骤(1)的FeF₃置于氢气还原炉中，通入氢气或氢气与氩气的混合气，加热至200℃～500℃进行保温反应1h～3h，使FeF₃中的部分F元素与氢气反应，生成HF，从而使FeF₃晶体表面生成FeF₂晶体结构以杆状形式或多孔微球形式连接各FeF₃晶体，获得复合高电位活性正极材料。

3.根据权利要求2所述的一种高电位大功率型热电池正极材料，其特征在于：在步骤(1)，所述静置的时间为2h～24h；所述加热保温是将原料加热至温度为80～400℃，然后保温反应1h以上。

4.根据权利要求1所述的一种高电位大功率型热电池正极材料，其特征在于，采用直接混合制备所述复合高电位活性正极材料的具体方法为：将FeF₃和FeF₂原材料按重量百分比送入高能球磨机中，在转速为400～1200r/min的高能球磨机中球磨0.5～5min制得。

5.根据权利要求1所述的一种高电位大功率型热电池正极材料，其特征在于：所述高离子导电率电解质的离子导电率在500℃下大于2.5S/cm。

6.根据权利要求1所述的一种高电位大功率型热电池正极材料，其特征在于：所述高导电率电子导电剂为碳纳米管、石墨烯、乙炔黑中的一种以上。

7.根据权利要求1所述的一种高电位大功率型热电池正极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

①混合：按照重量百分比称取复合高电位活性正极材料、高离子导电率电解质以及高导电率电子导电剂，放入转速为400r/min～1200r/min的高能球磨机中球磨0.5～5min，混合均匀，得到混合粉末；

②熔融：将步骤①中的混合粉末送入烧结炉中进行烧结，使高离子导电率电解质由固态变为液态，然后对复合高电位活性正极材料和高导电率电子导电剂进行浸润填充，得到熔融材料；

③粉碎：待步骤②中的熔融材料冷却凝固后，使用粉碎机进行粉碎，粉碎后过80～200目筛，得到所述高电位大功率型热电池正极材料。

8.根据权利要求7所述的一种高电位大功率型热电池正极材料的制备方法，其特征在于：在步骤②，所述烧结是将混合粉末置于温度为450～600℃的烧结炉中进行烧结1～6h。

9.根据权利要求7所述的一种高电位大功率型热电池正极材料的制备方法，其特征在于：在步骤③，所述冷却是让熔融材料在干燥气体中自然冷却，所述干燥气体为氩气、氮气或空气，所述干燥气体的相对湿度＜3％。

10.根据权利要求7所述的一种高电位大功率型热电池正极材料的制备方法，其特征在于：在步骤③，所述粉碎是控制粉碎机的转速为5000～6000r/min，粉碎时间为1～3min。