一种热激活电池的电解质结构及其应用

技术领域

本发明属于电化学领域，具体涉及一种热激活电池的电解质结构及其应用。

背景技术

热激活电池是一种重要的储备电池。贮存时电解质为不导电的固体，使用时引燃其内部的加热药剂，使电解质熔融成为离子导体而被激活。热电池由于具有较高的比能量和比功率，贮存时间长，并且能在各种恶劣的环境下正常工作，因此可以在导弹、火箭等领域中作为供电电源，在非军事装备如飞机应急电源、地下高温探矿电源中也有较为广泛的应用。

然而常见的卤化盐所组成的共融盐的熔点较高，使得电池的激活温度大多在400℃以上，这种高的激活温度带来了很多不利的影响：1.电池内部需要更多的烟火材料来达到所需的激活温度，不利于电池的小型化和能量密度的提高；2.对电池的保温层和外壳的要求更高，增加了电池的成本；3.油气开采等较低温度(300℃以下)的应用场景不适用，使得热电池的普适性不强；4.常用的热电池正极材料黄铁矿(FeS

如果能够降低热激活电池的激活温度并实现灵活控制电池热激活的温度，对上述一系列问题的解决都大有益处。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足之处，提供一种电解质包裹的结构及其应用，解决了现有技术存在的热激活电池激活温度过高的问题。

本发明的技术方案之一在于提供一种热激活电池的电解质结构：所述电解质结构包括具有导离子作用的电解质以及包裹在电解质外的不具有导离子作用的惰性层；且300℃以下，所述的惰性层在注能的条件下能够从固相转变为液相。

在推荐的实施方式中，所述电解质被所述惰性层完全包裹。

在推荐的实施方式中，所述电解质为液态、固态和凝胶态三种状态中的一种。

在推荐的实施方式中，所述注能包括加热或机械振动或超声波作用。

在推荐的实施方式中，所述惰性层在加热或机械振动或超声波作用下存在由固相到液相的相变。

在推荐的实施方式中，所述存在由固相到液相的相变的惰性层为聚合物薄膜和有机物中的一种。

在推荐的实施方式中，所述聚合物薄膜组成优选为PE(聚乙烯)、PP(聚丙烯)、聚氯乙烯、聚酰亚胺聚、聚酰胺(PA)、聚偏二氯乙烯、聚甲基戊烯、聚偏氟乙烯(PVDF)、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚环氧乙烯、聚乙二醇、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚乙烯醇缩丁醛酯(PVB)、聚氨酯(PU)、聚四氟乙烯、聚硅氧烷、聚丙烯腈、聚氧化丙烯、聚异丁烯、聚磷酸酯中的至少一种，且上述聚合物膜的厚度为1nm-10μm。

在推荐的实施方式中，所述有机物优选为碳酸乙烯酯(EC)、石蜡、苯酚中至少一种。

在推荐的实施方式中，所述不具有导离子作用的惰性层是致密的，不存在孔结构。

在推荐的实施方式中，所述不具有导离子作用的惰性层的厚度为1nm-500μm。

本发明的技术方案之二在于提供所述电解质结构在电池中的应用。

本技术方案具有如下有益效果：

1.将电池内部的具有导离子作用的电解质用不具有导离子作用的惰性层完全包裹起来，使得电池在贮存(没激活)时内部没有离子通路，电池可以长时间贮存而不发生自放电，从而不损失电量；

2.包裹在惰性层中的具有导离子作用的电解质的状态可以是固态或液态或凝胶态，普适性强；

3.包裹电解质的不具有导离子作用的惰性层可以根据电池使用环境灵活选择，进而实现激活温度和激活形式的灵活调节；

4.不具有导离子作用的惰性层可以为聚合物膜，而聚合物的熔点可通过分子量进行灵活调节，最终实现激活温度的连续可调以及在200℃以下的较低温度的激活。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

图1本发明中热激活电池电解质结构示意图。

图2包含本发明中电解质结构的电池的示意图。

图3实施例7中电池电压随温度变化图(万用表测得电池电压，温度计为电池所处环境温度)。

图4实施例11中电池的放电曲线。

图5实施例14中电池的放电曲线。

图6实施例14中PE密封膜的热分析曲线。

具体实施方式

下面将通过实施例对本发明的内容进行更详细地描述，但本发明的保护范围并不受限于这些实施例。

实施例1

一种热激活电池的电解质结构：将1mol/L LiDFOB(双氟草酸硼酸锂)-PC电解液完全包裹于PE膜中。

实施例2

一种热激活电池的电解质结构：将EO：Li

实施例3

一种热激活电池的电解质结构：将1mol/L LiPF

实施例4

一种热激活电池的电解质结构：EO：Li

实施例5

一种热激活电池的电解质结构：将LiCl-KCl(摩尔比LiCl:KCl＝58.8:41.2)电解质片完全包裹于聚酰亚胺密封膜中。

实施例6

一种热激活电池的电解质结构：将1mol/L LiDFOB-PVDF-EC/DMC电解液完全包裹于对苯二甲酸乙二醇酯密封膜中。

实施例7

一种热激活电池：正极材料主要为V

从万用表的示数可以知道，当温度低于132℃(即电解质外层的惰性膜没有熔化)时，电池内部离子不导通，电池属于未激活状态，不显示电压；温度高于132℃时包裹电解质的非离子导体膜熔化，形成离子通路，电池显示正常电压。

实施例8

一种热激活电池，正极材料主要为V

实施例9

一种软包电池，正极材料主要为V

表1实施例8中电池端电压随温度的变化

表2实施例9中电池端电压随温度的变化

从表1和表2的数据均可证实包含本发明所述结构的电解质的电池在被激活后显示正常的工作电压。

实施例10

一种热激活电池，正极材料主要为FeS

实施例11

一种热激活电池，正极材料主要为FeS

实施例12

一种热激活电池，正极材料主要为V

实施例13

一种电导率测试装置，两钢片之间夹有实施例2中的电解质结构，将该装置置于烘箱中，以5℃/min的速率升温到180℃，测试不同温度下的新电解质体系的电导率并记录，如表3所示。表3的数据同样佐证了该电解质在高温下形成离子通道，实现电池内部的离子通路。

表3实施例13中不同温度下该结构电解质的电导率

实施例14

分别对实施例1、2、13中包裹电解质的密封膜PE做热分析，其结果如图6所示。从图6中PE密封膜的热分析曲线可以看出PE密封膜于120.9℃开始熔化，即发生了从固态向液态的转变，PE熔化后暴露出电解质，从而电池内部形成离子通路。

表4为用作电解质结构里惰性层的不同聚合物的熔点。因为不同聚合物拥有着不同的熔点，从而惰性层有着不同的相变温度，因此可以通过选择不同的惰性层达到灵活调节热激活电池的激活温度。

表4不同聚合物的熔点范围

以上所述，仅作为说明的目的，故不能依此限定本发明实施的范围，即依本发明专利范围及说明书内容所作的修改，皆应仍属本发明涵盖的范围内。