[发明专利]一种多功能热电池用离子导电剂及其制备和应用

说明书

本发明公开一种多功能热电池离子导电剂及其应用，多功能热电池离子导电剂为具有单体电压修正功能的Ni元素、高离子导电性的Li元素和F、Cl、Br卤素组成的化学成分均匀的离子键共熔盐，其中在高温液态下溶剂化的镍元素质量比为1％～10％。多功能热电池离子导电剂的离子电导率为0.1～5S/cm，熔点440～650℃，可用于热电池正极添加剂，正极与隔膜间的过渡层，正极层与加热层间的隔离层。

技术领域

本发明属于化学电源热电池技术领域，具体涉及一种多功能热电池用离子导电剂及其制备和应用。

背景技术

热电池是一种特种化学电源，以其优异的功率输出性能和长贮存寿命，广泛地应用于航空航天领域。常见的热电池正极材料(如硫化物)在高温下界面电阻大，且容易热分解，因此需要添加具有高温相变的熔盐材料作为离子导电剂，改善界面阻抗，抵御高温热冲击。常见的离子导电剂为二元电解质(LiCl-KCl)和三元全锂电解质(LiF-LiCl-LiBr)。但是随着新型长时间末端大电流负载热电池的兴起，研究具有初期高电压，后期负载能力强的热电池正极材料及其附属技术成为当前热电池技术发展趋势之一。

由于电解质能够充当正极材料的离子导电剂，当前的离子导电剂主要为二元电解质，三元全锂电解质以及其他碱金属卤化物(Masset Patrick,Guidotti RonaldA.Thermal activated(thermal)battery technology:Part II.Molten saltelectrolytes[J].Journal of Power Sources,2007,164(1):397-414)。碱金属卤化物电解质除了保持高离子导电性，提升与正极的接触润湿性外，但不能对正极电位形成有效调控，不能提供电子导电性，进而限制末端大脉冲负载热电池的后期电流负载能力。CN202011570678.5报道了一种耐高压耐分解的LiCl-Li₂CO₃-Li₂SO₄电解质主要针对高电压正极材料开发的电解质，由于存在碳酸根，硫酸根等含氧酸根，电迁移速度慢，离子导电率低，不适合用作大功率热电池离子导电剂。CN202011488418.3制备了10％～40％的三元全锂电解质为离子导电剂，10％～30％的氧化铝防溢流剂，50％～80％氯化镍正极材料，得到了高温下固相氧化铝吸附液相三元全锂电解质熔融浸润的固相氯化镍的正极材料，该研究本质上是三元全锂电解质做离子导电剂，仅适合于短时间电池，无法用于长时间末端大电流负载热电池中。

在离子导电剂的制备方法中，除了碱金属卤化物电解质等传统熔盐和含氧酸盐等改性熔盐外，未见引入重金属粒子去调控离子导电剂性质的报道，也未见到高温下利用溶剂化镍离子的卤化物共熔盐报道及其在热电池中的应用。

发明内容

长时间末端大电流负载热电池具有放电初期电流小，后期负载电流大的特点，本发明针对长时间末端大电流负载热电池存在热量高，正极易分解，后期电阻大的特点，提供一种多功能热电池用离子导电剂及其制备和应用。首先通过在离子迁移速度快的熔盐体系中引入重金属元素镍，提高熔盐的熔点，降低激活初期加热材料对正极材料的热冲击影响，防止正极活性物质分解；其次通过引入重金属元素镍改变材料的粘度，降低离子导电剂的高温流动性，提升与活性物质界面的结合力。尤其重要的是，通过利用F、Cl、Br离子对重金属镍离子的高温溶剂化作用，实现金属镍离子的均匀分布，并构建具有单体电压调节功能的含镍溶剂化结合体，因此多功能离子导电剂除了具有离子导电性基本功能外，还可以在初期小电流或空载作业提供修正电压，并利用微弱的电化学作用或自放电效应产生高导电金属镍，为电池的后期电化学过程提供高活性的电子导电剂，实现后期大电池负载输出。

本发明的目的是通过下述技术方案予以实现：

本发明涉及一种(多功能热电池用)离子导电剂，所述离子导电剂为具有单体电压修正功能的Ni元素、高离子导电性的Li元素和卤素组成的化学成分均匀的离子键共熔盐，其中，在高温液态下溶剂化的镍元素质量比为1％～10％，所述卤素为F、Cl、Br中至少一种。