[发明专利]一种高能电池

说明书

技术领域

本发明涉及一种高能电池，特别是涉及一种高温锂电池，属于热电池领域，主要面向工作温度在150℃～350℃间的电源技术领域的应用。

背景技术

近些年间，随着能源的减少，人们为寻找新的石油资源，就必须勘探更深的地层；地热能储存于地下,不受气候条件的影响,既可作为基本负荷能,也可作为峰值负荷能使用。因此，开发一种用于为石油、天然气和地热勘探设备供能的高温电源变得越来越重要。

在石油、天然气勘探领域，勘探设备工作温度可高达200℃，而且随着勘探深度的不断加深，工作温度会更高；在地热勘探领域，勘探设备工作温度通常在200℃～400℃。众所周知，当前商业化电池工作温度为-55℃～70℃，最高的可达200℃；军事领域普遍应用的电池是热电池，其工作温度高达350℃～550℃；但对于工作在200℃～350℃间的高温电池还是一片空白。其他领域，如汽车轮胎检测系统、地下测压计等对高温电池都有着广泛的需求。

由于锂金属具有较低的电位和极低的质量密度，成为提高电池工作电压和比能量密度负极材料的理想首选。目前，应用于石油天然气深钻孔勘探设备的电池是改进后的Li-Mg/SOCl₂电池，其工作温度被限制在180℃，由Battery Engineering,Inc.(Canton,MA)公司制造。地热钻孔中的工作温度可能超过300℃，目前采用的是用一个昂贵的金属真空Dewar瓶将Li-Mg/SOCl₂电池与周围高温环境隔绝的技术，但同时也伴随着生产成本的大幅提高和能源的大量消耗。因此，亟待研制一种新型的经济实用的高温锂电池来逐渐取代传统落后的电池，以解决在150℃～350℃左右工作环境中的勘探设备的稳定供电问题。

为了解决这一问题，主要有两种方法：（1）借鉴已有的热电池技术，修正和改善热电池技术，使其可工作在150℃～350℃；（2）另辟蹊径，开发一种替代使用金属真空Dewar瓶的新技术。由于热电池技术已十分成熟，而开发新技术的风险很大，经过权衡，人们普遍认为选择第一种方法是较为明智的选择。

热电池又称热激活电池，它是用熔融盐作为电解质，用内部热源使电池温度达到预定工作温度而工作的原蓄电池。加热储备和长期储存是热电池的两大特征。热电池非常可靠、结实耐用，如果密封好，储存寿命可达25年或更久；另外热电池具有比能量高、比功率大、放电速率快、使用环境温度宽等优点。

本发明的主要目标是借鉴热电池技术，开发一类用于150℃～350℃左右工作环境中的高能电池，尤其是作为高能电池中的一种——高温锂电池的开发，构筑成本发明的构思。

发明内容

日常商业化锂电池只能工作在-55℃～70℃，而热电池工作温度高达350℃～550℃，两者均无法用于150℃～350℃左右的工作环境中。为了克服这一技术难题，本发明提供了一种借鉴热电池技术，本发明的目的在于提供一类可工作在150℃～350℃左右工作环境的高能电池，所述的高能电池特别是指高温锂电池。

本发明采用的技术方案是：所述的高能电池（高温锂电池）包括负极、熔盐电解质及正极。负极材料采用的是Li-Mg-B合金、Li(B)合金、Li(Si)合金、Li(Al)合金等锂合金，但决非仅局限于此；电解质材料采用的是LiNO₃-KNO₃-Ca(NO₃)₂硝酸共熔盐或LiNO₃-KNO₃-KNO₂-Ca(NO₃)₂四元硝酸共熔盐；正极材料则可为MnO₂、V₂O₅、PbO₂、LiCoO₂、LiMn₂O₄、CrO₂、Ag₂CrO₄等与硝酸盐兼容的氧化物正极材料，但不局限于此，其中MnO₂、V₂O₅、LiMn₂O₄、CrO₂和Ag₂CrO₄较好。

所述的LiNO₃-KNO₃-Ca(NO₃)₂硝酸共熔盐的组分及组分质量百分数为：