一种热激活电池结构及其应用

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结构及其应用。

背景技术

热(热激活)电池是一种重要的储备电池。通过激活系统点燃加热元件产生热量，使热电池内部温度快速上升到500℃左右，电解质熔融成液态导电状态并输出电能。

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

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足之处，提供一种热激活电池结构及其应用，解决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结构：包括正极、负极和电解质，还包括物理阻隔层，所述物理阻隔层位于所述正极和所述电解质之间将所述正极和所述电解质阻隔开；或位于所述负极和所述电解质之间将所述负极和所述电解质阻隔开；或位于所述电解质中间，将所述电解质分为与所述正极接触的第一部分以及与所述负极接触的第二部分，且第一部分和第二部分被所述的物理阻隔层阻隔开；并且在300℃以下，所述物理阻隔层在加热条件下能够从固相转变为液相。

所述的电解质为具有离子传导性质的连续相。

所述的物理阻隔层为在加热条件下能够从固相转变为液相的聚合物薄膜和室温下为固体状态的有机物中的一种。

所述的聚合物薄膜的组成优先为聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚氯乙烯、聚酰亚胺聚、聚偏二氯乙烯、聚甲基戊烯、聚氧化丙烯、聚异丁烯、聚磷酸酯、聚偏氟乙烯(PVDF)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚环氧乙烯、聚乙二醇、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚酰胺(PA)、聚四氟乙烯、聚硅氧烷、聚丙烯腈、聚乙烯醇缩丁醛酯(PVB)、聚氨酯(PU)中的一种。

所述的有机物优先为碳酸乙烯酯(EC)、石蜡、苯酚中的一种。

所述的物理阻隔层是致密的，不存在孔结构。

所述的物理阻隔层的厚度为1nm-500μm。

所述的物理阻隔层为聚合物膜时其厚度为1nm-10μm。

本发明的技术方案之二在于提供一种热激活电池结构的应用。

本技术方案具有如下有益效果：

1.通过加入物理阻隔层隔离了电池中的正负极和电解质部分，使电池处于一个不能放电的未激活状态，这样电池本身就不会出现自放电，电池可以长时间贮存而不损失电量；升高温度物理阻隔层熔化，电池内部离子通路导通，电池被激活可实现正常放电。

2.引入的物理阻隔层为聚合物或者有机物，聚合物膜的种类和分子量可以灵活调节，可将熔点控制在300℃以下，因此可以实现热电池的激活温度的降低以及激活温度的连续可调。

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为本发明实施例中物理阻隔膜处在三种不同位置的热激活电池结构。

图2为本发明实施例1中电池的放电曲线。

图3本发明实施例7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，含有如图1(a)所示的电池结构，该电池结构包括负极1a、正极2a、物理阻隔膜3a和电解质4a，其中物理阻隔膜3a位于负极1a和电解质4a之间并将负极1a和电解质4a完全阻隔开。在本实施例中，正极材料主要为V

表1 实施例1中热激活电池在不同温度下的开路电压

实施例2

一种热激活电池，含有如图1(b)所示的电池结构，该电池结构包括负极1b、正极2b、物理阻隔膜3b和电解质4b，物理阻隔膜3b位于正极2b和电解质4b之间将正极2b和电解质4b完全阻隔开。在本实施例中，正极材料主要为FeS

实施例3

一种热激活电池，含有如图1(a)所示的电池结构，该电池结构包括负极1a、正极2a、物理阻隔膜3a和电解质4a，其中物理阻隔膜3a位于负极1a和电解质4a之间并将负极1a和电解质4a完全阻隔开。在本实施例中，正极材料主要为V

实施例4

一种热激活电池，含有如图1(a)所示的电池结构，该电池结构包括负极1a、正极2a、物理阻隔膜3a和电解质4a，其中物理阻隔膜3a位于负极1a和电解质4a之间并将负极1a和电解质4a完全阻隔开。在本实施例中，正极材料主要为V

实施例5

一种热激活电池，含如图1(c)所示的电池结构，该电池结构包括负极1c、正极2c、物理阻隔膜3c和电解质4c，其中物理阻隔膜3c位于电解质4c中间，将电解质4c分为与正极2c接触的第一部分5c以及与负极1c接触的第二部分6c，且第一部分5c和第二部分6c被物理阻隔层3c阻隔开。在本实施例中，正极材料主要为FeS

实施例6

一种电导率测试装置，两钢片之间夹有具有导离子作用的PEO电解质,物理阻隔层PE膜置于其中一个钢片和PEO之间，将装置置于烘箱中，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2所示。从测试结果同样可以说明由于PE膜的阻隔，使得电解质在常温下不具有离子传输作用，高温下PE膜融化，离子通路导通，体系拥有离子电导。

表2 实施例6中电解质在不同温度下的电导率

实施例7

取实施例1、3、5中所用到的物理隔离膜PE膜做热分析，其结果如图3所示。

表3为用作物理隔膜的几种不同聚合物的熔点范围。因为不同聚合物拥有着不同的熔点，从而隔膜有着不同的相变温度，因此可以通过选择不同的隔膜达到灵活调节热激活电池的激活温度和工作温度。

表3 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。