SSB蓄电池不同体系热电池技术的发展

SSB蓄电池不同体系热电池技术的发展

热电池，又称为热激活电池，具有激活时间短、输出功率高、贮存时间长、抗力学环境能力强、可靠性高和免保护等长处。本文首要环绕不同系统热电池的开展进行总述，并具体介绍其时最先进的锂系热电池的关键资料。

1 不同系统热电池技能的开展

第二次世界大战晚期，德国Erb博士发明晰热电池，并成功运用到V2火箭上。随后，美国Harry Diamond实验室（HDL）把热电池技能与无气体焰火剂结合起来，研制成出新的热电池。20世纪40年代后期，Wurlitzer公司开端出产HDL研制的热电池，为迫击炮装备电源。1952年，在各种军事单位参加的热电池评论会上，Curtis做了热电池工艺陈说，确立了热电池在各种兵器中的运用位置。1955年，美国Sandia实验室研制成功运用寿命为5 min左右的热电池，并运用在核兵器范畴。

20世纪50年代中期，美国海军兵器实验室和Eurelca-Williams公司初次研制成Mg|LiCl-KCl|V2O5的片形热电池，从而使热电池从结构复杂、制作困难、电功能不理想的杯型工艺向结构简略、制作方便、电功能优良的片型工艺过渡，使热电池的功能上了一个新台阶，这是热电池开展史上一个重要里程碑。可是，由于V2O5在LiCl-KCl电解质中有较高的溶解度，而且二者发生反响，电池过早失效，导致该系统热电池工作时间较短。1961年，Sandia实验室研制出片型的Ca|LiCl-KCl|CaCrO4的热电池。1966年，第一个完好的片型热电池投产，成为美国运用在核兵器上的首要电源。该系统热电池的能量密度得到很大地提高，特别是其工作寿命大大延长。

但是，钙系热电池存在一些丧命缺陷：（1）该系统热电池简单形成Li(Ca)合金，简单引起电池短路和发生电噪音；（2）Ca与CaCrO4往往发生难以预测的放热反响，引发电池热失控；（3）放电过程中，Ca外表发生一层惰性复盐膜，引起电极严重极化。为了克服上述缺陷，满意高新技能兵器的开展要求，20世纪70年代初期，开端研制新的热电池系统。

依据热电池负极资料的理论容量，金属Li作为热电池的负极资料的理论容量约是Ca的2.9倍，Mg的1.7倍。但是，锂的熔点为180.5 oC，在热电池的工作温度（450 oC~550 oC）范围内呈流动的液体。其时，按捺锂在高温下流动技能尚未开发。因而，选用Mg作为负极资料暂时代替Li。一起，美国阿贡国家实验室以FeS2作为热电池的正极资料的熔盐二次电池的研究工作取得很大进展。由于FeS2不溶于LiCl-KCl电解质，可以很好地处理CaCrO4溶于LiCl-KCl电解质的问题。因而，Mg|LiCl-KCl|FeS2系统热电池应运而生，该系统热电池放电电压平稳，工作时间长，制备工艺简略，原资料丰富、价格低廉等特色。

1970年，英国海军部海上技能研究中心研究了以锂为负极资料，硫为正极资料的热电池系统。但是，硫在高温时存在易挥发等问题。基于Mg|LiCl-KCl|FeS2热电池系统的研究，开端运用FeS2作为正极资料。20世纪70年代中期，Sandia实验室借鉴美国海军资料实验室对锂合金负极的研究成果和阿贡实验室对二次锂合金/FeS2蓄电池研究成果，研制出片型的小型长寿命锂合金/FeS2热电池。该系统热电池的各项技能指标大大超过了曩昔开发的任何一个电化学系统的热电池，这是热电池开展史上又一严重技能突破。

从热电池的工作时间、能量密度、安全性和可靠性等多个视点考虑，热电池系统的开展大致阅历了初期的钙系、镁系热电池，逐渐过渡到现在的锂系热电池。

2 锂系热电池

2.1 工作原理

以（—）Li(B)｜LiCl-KCl｜FeS2（+）电化学系统为例，其电化学反响原理：

负极：Li – e–= Li+

正极：FeS2 + 2e– = FeS + S2–

FeS + 2e– = Fe + S2–

总反响：4Li+ FeS2 = 2Li2S + Fe

2.2 资料组成

一般热电池首要由基片、正极、负极、隔阂电解质、集流片、加热系统、保温资料、电池壳和带接线柱的电池盖等组成。

接下来，将对其时锂系热电池中常用的正极资料、负极资料、电解质资料、加热资料的特色进行陈说。

（1）正极资料

现在，锂系热电池常用的正极资料首要为FeS2、CoS2和NiS2。FeS2电位高、比容量较高，但热稳定性差、电导率不高；CoS2热稳定性好、电导率高，但电位和比容量均较低；NiS2比容量高，电位、电导率和热稳定性介于FeS2与CoS2之间。

（2）负极资料

现在，锂系热电池常用的负极资料有Li(Si)和Li(B)合金等。Li(Si)合金制备工艺成熟，已广泛用于各种型号的热电池。与Li(Si)合金相比，在相同的测验条件下，Li(B)合金拥有更高的比容量（锂含量更高），十分适合于高比能量、大功率、长工作寿命的热电池。

(3)电解质资料

一般，热电池运用的熔盐电解质需要满意离子电导率大、黏度小、熔点低、蒸汽压低、电子电导率小、电化学稳定窗口宽、热稳定性好、与正/负极活性资料无副反响且溶解腐蚀小和与电极资料有杰出的湿润性等条件。现在，锂系热电池常用的电解质资料有LiCl-KCl、LiCl-LiBr-LiF和LiCl-LiBr-KBr等。

（4）加热资料

现在，加热资料包括点燃条和加热片。点燃条由Zr粉、BaCrO4和石棉依照必定的份额压制而成，具有工艺成熟，灵敏度高，燃速快。加热片选用活性铁粉和KClO4按必定份额混合而成，具有杰出的导电性、热稳定性和机械强度及易成型等长处。