一种降低热电池内部气压的复合材料及其制备方法与应用与流程

1.本发明属于化学电源热电池技术领域，具体涉及一种降低热电池内部气压的复合材料及其制备方法与应用。


背景技术：

2.热电池是一种能够在极端环境下放电且具有高比能量的热激活电池，被广泛应用于军事、太空探索及地下采矿业等领域。通过电激活或机械激活等方式引燃热电池内部的烟火系统，随后，引燃条引燃加热材料，释放热量。数秒甚至几十毫秒内，电池内部温度迅速升高，处于固态的熔融盐电解质迅速熔化，电池开始放电。热电池有效工作温度区间为450℃～550℃。
3.通常，热电池中加热材料，一旦引燃，能够在数秒内释放出大量热，热电池内部温度迅速攀升，并有大量气体生成。这些气体大量积聚，导致电池内部气压逐渐升高，当电池内部气压超出筒体承载的临界气压值时，筒体出现熔穿和爆炸等现象，存在严重的安全隐患。
4.公开号为cn216085007u的专利通过热电池上的吸气阀可以定期除去热电池壳体内部的气氛，提高热电池的贮存寿命，降低了热电池壳体的内部气压，但该方案结构复杂。
5.公开号为cn109135684a的专利，按照重量百分数包括以下组分：相变熔盐30％～90％、碳材料0.1％～20％、孔隙率达到30％～99％的载体5％～70％。该方案中的复合相变材料能够主动的调整热电池内部的温度，但该方案物料组成复杂。


技术实现要素：

6.本发明针对现有技术的不足，提出了一种降低热电池内部气压的复合材料及其制备方法与应用。
7.具体是通过以下技术方案来实现的：
8.一种降低热电池内部气压的复合材料由金属钙和金属载体按质量比为85:15-99:1制成。
9.所述金属钙材料为高纯的金属钙颗粒、金属钙块、钙箔中的至少一种。
10.所述金属载体为具有网状结构的泡沫镍、泡沫铜、泡沫铁镍中的任意一种。
11.所述金属载体的孔隙率≥96％，厚度为0.2mm-2mm。
12.本发明控制金属载体的孔隙率，有利于降低复合材料的质量，增大复合材料的接触面积，同时还保证良好的电子传导效果；本发明控制金属载体的厚度，有利于保证气压降低效果，保证金属钙与气体的充分接触，若厚度过薄，气体吸附不彻底，若过厚会增加质量，导致制作成本较高、原料浪费。
13.一种降低热电池内部气压的复合材料的制备方法，是先将金属钙放置在金属载体上，然后在惰性气氛、850℃～1000℃的条件下高温热处理0.1h-1h，使熔融态的钙金属渗透到金属载体内部，最后自然冷却，形成钙金属复合材料，即得降低热电池内部气压的复合材
料。
14.一种降低热电池内部气压的复合材料在装配热电池中的应用。
15.所述应用方法是将降低热电池内部气压的复合材料剪裁成片形，然后放置在电池堆端部位置。
16.有益效果：
17.本发明的制备方法、应用方法简单易行，适用于规模化生产，不影响电池结构和电池空间占用小，有效提升了热电池放电过程中的安全性和可靠性。
18.本发明的降低热电池内部气压的复合材料具有较高的熔点，能够确保在热电池工作温度范围内依然保持原有形态。
19.本发明的复合材料以具有网络结构的金属载体作为支撑，起到支撑和电子传导作用。
20.本发明的复合材料表面形成了钙合金层，能与热电池放电过程中产生的气体(如氧气、氮气、硫蒸气、氢气等)进行反应，生成固体产物，从而降低了热电池高温工作时内部气压，确保了电池内部气压低于筒体承载的临界气压值，从而提升了热电池放电过程中的安全性和可靠性。
具体实施方式
21.下面对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明，但本发明并不局限于这些实施方式，任何在本实施例基本精神上的改进或代替，仍属于本发明权利要求所要求保护的范围。
22.下述实施例1、实施例2、对比例1中的热电池正极选用cos2，负极材料采用锂硼合金，电解质选用licl-kcl体系。
23.实施例1：一种降低热电池内部气压的复合材料的制备方法，包括以下步骤：
24.步骤一：金属钙和金属载体按照的重量比为96:4进行称取，所述金属载体是孔隙率为98％、厚度为0.3mm的铜金属网状结构载体；
25.步骤二：将步骤一中称取的金属钙放置在金属载体上，然后在氩气氛下，900℃下热处理0.5h，使熔融态的钙金属渗透到金属载体内部，然后自然冷却，形成钙金属复合材料；
26.步骤三：将4片步骤二中直径60mm的钙金属复合材料片形，放置在高度300mm的热电池电堆端部位置。
27.在2a/cm2电流密度下，进行恒流放电测试，整个过程热电池筒体无鼓胀熔穿等现象。
28.实施例2：一种降低热电池内部气压的复合材料的制备方法，包括以下步骤：
29.步骤一：金属钙和金属载体按照的重量比为93:7进行称取，所述金属载体是孔隙率为98％、厚度为0.3mm的镍金属网状结构载体；
30.步骤二：将步骤一中称取的金属钙放置在金属载体上，然后在氩气氛下，900℃高温热处理0.5h，使熔融态的钙金属渗透到金属载体内部，然后自然冷却，形成钙金属复合材料；
31.步骤三：将4片步骤二中直径60mm的钙金属复合材料片形，放置在高度300mm的热
电池电堆端部位置。
32.在2a/cm2电流密度下，进行恒流放电测试，整个过程热电池筒体无鼓胀熔穿等现象。
33.对比例1
34.按照上述实施例1和2中加热粉的重量，进行热量设计，装配相同大小的热电池，但对比例1的电池堆端部未设置复合材料。对比例1的电池在2a/cm2电流密度下，进行放电测试，10s时电压出现剧烈波动，随后出现筒体熔穿。


技术特征：
1.一种降低热电池内部气压的复合材料，其特征在于，由金属钙和金属载体按质量比为85:15-99:1制成。2.如权利要求1所述的一种降低热电池内部气压的复合材料，其特征在于，所述金属钙材料为高纯的金属钙颗粒、金属钙块、钙箔中的至少一种。3.如权利要求1所述的一种降低热电池内部气压的复合材料，其特征在于，所述金属载体为具有网状结构的泡沫镍、泡沫铜、泡沫铁镍中的任意一种。4.如权利要求1或3所述的一种降低热电池内部气压的复合材料，其特征在于，所述金属载体的孔隙率≥96％，厚度为0.2mm-2mm。5.如权利要求1所述的一种降低热电池内部气压的复合材料，其特征在于，一种降低热电池内部气压的复合材料的制备方法，是先将金属钙放置在金属载体上，然后在惰性气氛、850℃～1000℃的条件下高温热处理，使熔融态的钙金属渗透到金属载体内部，最后自然冷却，形成钙金属复合材料，即得降低热电池内部气压的复合材料。6.如权利要求1-5任一项所述的一种降低热电池内部气压的复合材料在装配热电池中的应用。7.如权利要求6所述的一种降低热电池内部气压的复合材料在装配热电池中的应用，其特征在于，所述应用方法是将降低热电池内部气压的复合材料剪裁成片形，然后放置在电池堆端部位置。

技术总结
本发明属于化学电源热电池技术领域，具体涉及一种降低热电池内部气压的复合材料及其制备方法与应用，由金属钙和金属载体按质量比为85:15-99:1制成，具体是将金属钙放置在金属载体上，在惰性气氛环境中高温热处理，熔融态的钙金属渗透到金属载体内部；自然冷却后，获得钙金属复合材料；然后将该复合材料剪裁成片形，放置在热电池电堆的两端。该复合材料能够与热电池放电过程中产生的氧气、氮气、硫蒸气、氢气等气体进行反应和高熔点的特点，从而有效降低了热电池工作过程中筒体内部高温环境下的气压，显著提升了热电池工作的安全性和可靠性。性。


技术研发人员：王旭峰 潘志鹏 杨辉 王京亮 段其智 姚利 袁再芳 李云伟 赵洪楷
受保护的技术使用者：贵州梅岭电源有限公司
技术研发日：2023.05.31
技术公布日：2023/8/1