熱電池中正極材料后處理技術(shù)的應(yīng)用研究

＊陽(yáng)玲 丁文革

（1.貴州梅嶺電源有限公司 貴州 563000 2.中國(guó)人民解放軍駐〇六一基地軍事代表室 貴州 550000）

熱電池中正極材料后處理技術(shù)的應(yīng)用研究

＊陽(yáng)玲1丁文革2

（1.貴州梅嶺電源有限公司 貴州 563000 2.中國(guó)人民解放軍駐〇六一基地軍事代表室 貴州 550000）

在熱電池中，正極材料后處理技術(shù)非常關(guān)鍵，其主要的作用就是對(duì)其初期放電的電壓精度進(jìn)行控制。一般熱電池中正極材料后處理技術(shù)主要包括兩種，即瀝化與活化。因此本文對(duì)熱電池中正極材料后處理技術(shù)的應(yīng)用做了詳細(xì)的研究和闡述。

熱電池；正極材料；后處理技術(shù)；應(yīng)用研究

1.熱電池與正極材料概述

(1)熱電池。熱電池是不可逆的一次性使用化學(xué)電源，其電解質(zhì)為熔鹽材料，這也是熱電池最突出的特點(diǎn)。在常溫條件下，電解質(zhì)為固體，且不能導(dǎo)電，具有無(wú)窮大的內(nèi)阻，能夠?qū)φ姌O與負(fù)電極進(jìn)行有效的隔離，且具有極微弱的自放電，所以能夠長(zhǎng)時(shí)間存儲(chǔ)，一般十年以上不用進(jìn)行維護(hù)。而在使用熱電池的過(guò)程中，可以利用外加的機(jī)械力或者電流等激活信號(hào)，將火工品引爆，再將電池內(nèi)部的加熱系統(tǒng)自動(dòng)引爆，這樣就能迅速升高電池的內(nèi)部溫度，從而熔化熔鹽電解質(zhì)，使之成為離子導(dǎo)體，且具有較高電導(dǎo)率。這樣一來(lái)，短時(shí)間內(nèi)電池被激活就能輸出相對(duì)較大的功率。熱電池具有較多優(yōu)點(diǎn)，即比功率高、比能量高；貯存時(shí)間長(zhǎng)；一般為10-25年；在0．2-1．5秒內(nèi)就能激活，并輸出密度較大的電流；抗惡劣環(huán)境能力強(qiáng)；貯存期內(nèi)不用保養(yǎng)和維護(hù)；可靠性高等，因此成為了現(xiàn)代武器中十分理想的供電電源。

(2)正極材料。隨著熱電池的不斷發(fā)展，熱電池的正極材料也逐漸在變化，目前在熱電池中，一般采用二硫化鐵、二硫化鈷、鋰化氧化釩、氯化鎳、嵌入式氧化物等作為熱電池的正極材料。其中應(yīng)用最為廣泛的正極材料為二硫化鐵，且該種正極材料的技術(shù)最為成熟。其主要的優(yōu)點(diǎn)為：具有電子導(dǎo)電性，且放電電流較大；與電解質(zhì)不會(huì)發(fā)生任何反應(yīng)；電極電位與鋰電位相比，高出2．0V；熱穩(wěn)定性相對(duì)較高；其生成的反應(yīng)物能夠融入電解質(zhì)或者進(jìn)行導(dǎo)電，并將內(nèi)阻減少。針對(duì)正極材料，目前的后處理技術(shù)主要包括活化以及鋰化兩種，而通過(guò)高溫活化處理二硫化鈷以及二硫化鐵，則能顯著提升正極材料應(yīng)用過(guò)程中的熱穩(wěn)定性，且還能將熱電池工作中的熱失重顯著降低，從而增強(qiáng)熱電池的使用安全性以及可靠性。另外采用鋰化處理技術(shù)對(duì)正極材料加以處理之后，還能顯著提升其綜合性能，且使其具有較高的制備工藝性以及一致的質(zhì)量。因此可以看出熱電池正極材料的后處理技術(shù)應(yīng)用具有十分重要的意義。

2.熱電池中正極材料后處理技術(shù)的應(yīng)用

(1)采用不同鋰化方法制備正極材料

正極材料性能會(huì)受到氧化鋰含量的影響。在熱電池中，采用不同含量氧化鋰的對(duì)正極材料進(jìn)行高溫鋰化，結(jié)果表明：氧化鋰為2%的高溫鋰化正極材料，其熱電池的峰值明顯高于氧化鋰為3%的高溫鋰化正極材料，且后者的放電容量降低較為明顯。

氧化鋰鋰化相變過(guò)程影響正極材料性能。在熱電池中，采用有相變過(guò)程與無(wú)相變過(guò)程中的氧化鋰對(duì)正極材料進(jìn)行高溫鋰化，結(jié)果表明：氧化鋰鋰化相變過(guò)程對(duì)熱電池前期放電性能沒(méi)有顯著影響，而到了后期放電過(guò)程，兩者放電容量差異十分顯著。即正極材料采用氧化鋰高溫鋰化之后，其放電容量明顯高于氧化鋰鋰化的正極材料熱電池。

(2)批量生產(chǎn)正極材料的工藝改進(jìn)

目前在批量生產(chǎn)正極材料的過(guò)程中，從實(shí)驗(yàn)室制備中的正極材料后處理，過(guò)渡到工業(yè)生產(chǎn)中的正極材料后處理，還需對(duì)工藝加以改進(jìn)。同時(shí)其必須滿足以下條件，即勞動(dòng)安全與環(huán)境友好、短周期與高效能產(chǎn)能、低成本生產(chǎn)、可靠穩(wěn)定的質(zhì)量、過(guò)程可追溯性、批次內(nèi)與批次間一致性質(zhì)量、確保包裝品質(zhì)等。因此在改進(jìn)生產(chǎn)工藝的過(guò)程中，首先需要對(duì)批量生產(chǎn)適應(yīng)性的制備工藝流程進(jìn)行改進(jìn)，且通過(guò)一定的形式，即工藝文件進(jìn)行固定。其次在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，做好原始記錄并填寫流程卡，同時(shí)引進(jìn)先進(jìn)的自動(dòng)控制設(shè)備以及機(jī)械化生產(chǎn)設(shè)備。最后實(shí)施在線質(zhì)量控制與化學(xué)檢驗(yàn)分析，并隔離原材料與操作人員、自動(dòng)化包裝密封，防止粉塵污染發(fā)生等。而鋰硅高濕鋰化正極材料的生產(chǎn)工藝流程改進(jìn)為：高溫處理原材料、添加鋰化試劑、預(yù)混合、濕熱恒定鋰化、真空干燥、球磨、過(guò)篩、分析成分、混合批次內(nèi)、真空干燥與密封包裝等；氧化鋰高溫鋰化正極材料的生產(chǎn)工藝流程改進(jìn)為：高溫處理原材料、添加鋰化試劑、預(yù)混合、真空高溫鋰化、粉碎、球磨、過(guò)篩、分析成分、混合批次內(nèi)、真空干燥與密封包裝等。

(3)熱電池中批量生產(chǎn)正極材料的應(yīng)用

高溫滿載電性能。通過(guò)測(cè)試在高溫滿載條件下，采用批量生產(chǎn)正極材料的熱電池的單元電性能。結(jié)果顯示：采用批量生產(chǎn)的鋰硅高濕鋰化正極材料、氧化鋰高溫鋰化正極材料均能促使高溫滿載條件下的熱電池達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)的單元電性能，且后者具有更好的放電容量、脈沖電壓下限、工作壽命等，同時(shí)還能穩(wěn)定電壓曲線。

低溫滿載電性能。通過(guò)測(cè)試在低溫滿載條件下，采用批量生產(chǎn)正極材料的熱電池的單元電性能。結(jié)果顯示：采用批量生產(chǎn)的鋰硅高濕鋰化正極材料、氧化鋰高溫鋰化正極材料均能促使低溫滿載條件下的熱電池達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)的單元電性能，且二者的單元電性能數(shù)據(jù)非常相近。

高溫空載安全性。通過(guò)測(cè)試在高溫空載條件下，采用批量生產(chǎn)正極材料的熱電池的安全性。結(jié)果顯示采用批量生產(chǎn)的鋰硅高濕鋰化正極材料、氧化鋰高溫鋰化正極材料均能促使高溫滿載條件下的熱電池達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)的高溫空載安全性要求，而鋰硅高濕鋰化正極材料前期升溫與氧化鋰高溫鋰化正極材料相比，相對(duì)較快，因此后者能夠更好的緩解電池?zé)釠_擊，但兩者后期溫度改變無(wú)明顯區(qū)別。

3.討論

(1)正極材料二硫化鈷與二硫化鐵，通過(guò)一定的高溫活化處理之后，其熱穩(wěn)定性能夠獲得顯著提高，而在熱電池工作溫度條件下，二硫化鈷還能將其熱失重顯著降低，這樣就大大的增強(qiáng)了熱電池安全性而通過(guò)活化處理，還能促使其比表面積，這樣一來(lái)熱電池的電性能就具有較高的負(fù)載。另外正極材料通過(guò)活化處理，還能消除其中存在的不穩(wěn)定熱、高電勢(shì)物質(zhì)，從而達(dá)到降低前期空載高波的目的。

(2)在熱電池中正極材料后處理技術(shù)中，鋰化能夠大幅提高電壓的精度，且還能顯著減弱前期空載高波。但正極材料采用硅鈣鋰化之后，其電極電勢(shì)相對(duì)較高，且對(duì)二硫化鈷進(jìn)行鋰化時(shí)，不能明顯的減弱前期空載高波，且中等負(fù)載以及較低負(fù)載條件下，電壓會(huì)異常升高。正極材料采用氧化鋰進(jìn)行高溫鋰化時(shí)，存在相變過(guò)程與沒(méi)有相變過(guò)程相比，前者高負(fù)載放電容量具有明顯的優(yōu)勢(shì)，且在二硫化鈷處理過(guò)程中優(yōu)勢(shì)則更加顯著。同時(shí)在氧化鋰高溫鋰化與氧化鋰鋰化比較的過(guò)程中，這種優(yōu)勢(shì)則更加的顯著。但是在后期中等負(fù)載放電時(shí)，二硫化鈷采用鋰硅鋰化后，會(huì)快速削減電容量，因此此種鋰化方式的效果最差。另外在鋰化過(guò)程中通過(guò)還原性物質(zhì)的添加，其前期空載具有低谷電壓的情況，而這種情況可以采用高濕相變反應(yīng)進(jìn)行消除。

綜上所述，通過(guò)對(duì)熱電池中正極材料后處理技術(shù)的應(yīng)用研究和闡述，在熱電池中，正極材料后處理技術(shù)對(duì)于熱電池而言具有十分重要的意義，其既能指導(dǎo)批量生產(chǎn)使用不同的材料提高熱電池的單元電性能，同時(shí)還能確保熱電池達(dá)到較高的安全性以及可靠性。

(責(zé)任編輯：任聰)

Study on the Application of Post-processing Technology for Anode Materials in Thermal Battery

Yang Ling1, Ding Wenge2

（1.Guizhou Meiling Power Supply Co., ltd, Guizhou, 563000 2.Military Representative Room of Zero Six One Base for the Chinese People's Liberation Army, Guizhou, 550000)

The post-processing technology of anode material is very key for the thermal battery, and its main function is taking control of the voltage precision of the initial voltage. Generally, the anode materials post-processing technology of thermal battery mainly includes two kinds, namely leaching and activation. Therefore, in this paper, it has taken detail research and expounding of the application of anode materials post-processing technology in thermal battery.

thermal battery；anode material；post-processing technology；application research

T

A

陽(yáng)玲（1988～)，女，貴州梅嶺電源有限公司；研究方向：熱電池正極料的處理。

丁文革（1967～)，男，中國(guó)人民解放軍駐〇六一基地軍事代表室；研究方向：熱電池。