[发明专利]硝酸共熔盐及其用途

说明书

技术领域

本发明涉及一类硝酸共熔盐及用途，主要面向热电池、高温锂电池、锂离子电池等高能电池用电解质材料及传热介质材料技术领域的应用。

背景技术

目前熔盐主要用于热电池电解质材料及热传导介质材料领域。

热电池又称热激活电池，它是用熔融盐作为电解质，用内部热源使电池温度达到预定工作温度而工作的原蓄电池。加热储备和长期储存是热电池的两大特征。热电池非常可靠、结实耐用，如果密封好，储存寿命可达25年或更久；另外热电池具有比能量高、比功率大、放电速率快、使用环境温度宽等优点。

近些年间，开发一种用于为石油、天然气和地热勘探设备供能的高温能源变得越来越重要。在石油、天然气勘探领域，勘探设备工作温度可高达200℃，而且如果勘探深度加深，工作温度会更高；在地热勘探领域，勘探设备工作温度在200℃～400℃。我们知道，目前商业化电池工作温度为-55℃～70℃，最高的可达200℃；军事领域普遍应用的电池是热电池，其工作温度高达350℃～550℃；但对于工作在200℃～350℃间的高温电池还是一片空白。其他领域，如汽车轮胎检测系统、地下测压计等对高温电池都有着广泛的需求。研制高温电池的一项关键技术就是开发一种能在150℃～350℃左右工作的熔盐电解质材料。

常温时，熔盐电解质材料是不导电固体，无法使用；在使用时，工作温度高于熔盐电解质熔点，固体电解质熔融形成高导电率的离子导体并导电，电池就可以被激活。所以，要开发能在150℃～350℃左右工作的熔盐电解质材料的直接目标就是寻找一种熔点低于150℃，热稳定温度高于350℃的电解质材料。

另外，在工业生产中，难免不断产生热量或不断需要供给热量，因而需要传热介质。在现有的传热介质中，水或其蒸气、有机油是十分常见的传热介质。但液态水的使用温度极限低（小于100℃），而水蒸气的热容很小，难以满足大量传热的要求；有机油具有非常低的凝固点（小于0℃），有机油的耐温极限为393℃，传热介质的耐温极限实质上限制了Rankine循环（郎肯循环）的总效率，而且有机油用于传热介质太昂贵。在此背景下，熔盐作为一种传热介质受到广泛关注。为了提高耐温极限，从而提高Rankine循环总效率，传热介质材料必须具备熔点低、热稳定温度高（即工作温度窗口宽）的特点。

本发明的主要目的是开发一种具有可接受熔点以及热稳定温度高的熔融盐，解决上述关键技术问题。

发明内容

为了克服现有技术的缺点与不足，本发明的目的在于提供一类硝酸共熔盐及用途，不仅可以用作高温电池的熔盐电解质材料，而且可用作热量传递的介质材料。该硝酸共熔盐不仅具有较低的熔点，而且热稳定温度较高。

一种硝酸共熔盐，所述硝酸共熔盐包括的组分及组分质量百分数如下：

LiNO₃，0～65%；

KNO₃，30～95%；

Ca(NO₃)₂，0～60%，其中LiNO₃或Ca(NO₃)₂组分不同时为0。

更优选，所述硝酸共熔盐包括的组分及组分质量百分数如下：

LiNO₃，5～60%；

KNO₃，40～90%；

Ca(NO₃)₂，1～30%。

所述硝酸共熔盐相对于现有技术具有如下的优点及效果：

（1）本发明所述硝酸共熔盐熔点低于150℃（最低可低于110℃，为109.4℃），热稳定温度高于500℃（最高热失重起始点为638℃），工作温度范围广，能在150～500℃温度范围内正常使用，稳定性好；

（2）本发明所述硝酸共熔盐既克服了二元硝酸熔盐体系熔点高的缺点，又解决了硝酸盐体系和亚硝酸盐易高温氧化分解所带来的不稳定问题；

（3）本发明所述硝酸共熔盐不仅可以用作高能电池的熔盐电解质材料（所述的高能电池尤其是高温锂电池，也即高温锂电池是高能电池中最常见的一种），或可用作热量传递的介质材料：作为高能电池的熔盐电解质材料，该硝酸共熔盐可用作能在150℃～500℃工作的熔盐电解质材料；作为传热介质材料具有熔点低，热稳定温度高的优点，即工作温度窗口宽，可改善耐温极限对Rankine循环总效率的限制。