[发明专利]热电池用复合负极及其制备方法

说明书

本发明提供了一种热电池用复合负极及其制备方法，该复合负极主要由片状LiB合金和粉末状LiSi合金通过物理压制成型，LiSi合金粉为LiB合金重量的10％～25％；LiSi合金粉表面采用熔盐电解质包覆处理，组成单体电池后与隔离层直接接触。热电池激活过程中，复合负极表面的电解质包覆层迅速进入活化状态，与负极建立离子迁移通道，有效提高了热电池激活速度。本发明所述的复合负极中，隔离层与包覆处理的LiSi层间的界面极化内阻显著降低，有利于热电池快速平稳建压，改善了LiB负极在工作初期因离子活度不足导致的“电压凹坑”问题，尤其适合用于功率型热电池的设计。

技术领域

本发明涉及一种热电池用复合负极及其制备方法。

背景技术

热电池是一种贮存时电解质为不导电的固体，使用时用电发火头或撞针机构引燃其内部的加热药剂，使电解质熔融成为高导电率的离子导体而被激活的贮备电池。热电池的负极材料通常选用具有低电极电位的锂系金属，但是由于单质锂的熔点低于热电池工作温度，直接使用可能导致电池内部短路或腐蚀，因此实际生产中通常采用安全性更高的LiSi、LiX(X＝Fe、Al)等锂合金。

近来，LiB合金以其电位负、容量高、易加工等优势受到了广泛关注，并有多篇报道将其用作热电池负极材料(电源技术,2014.4(38):717)。LiB合金是由海绵状的多孔Li7B6骨架和嵌在孔隙中的金属锂组成的，自由锂直接参与电极反应，锂含量直接决定电池容量，同时其实际利用率可达到90％以上，远高于LiSi合金的利用率(～75％)；但是在上述优势之外，由于LiB合金致密骨架的存在，负极层与隔离层间存在较大的界面电阻，导致热电池收到激活信号后，无法迅速建立稳定的平台电压，激活时间长且放电倍率特性较差。

目前，提高激活初期性能的方法主要是提高LiB合金中自由锂的含量(应用化工,2015.44(5):947)，但该方法容易发生锂的溢出，导致热电池安全性问题。本发明首次提出一种热电池用复合负极的制备方法，目的在于不影响热电池安全性的条件下，通过LiSi、LiB的配伍使用及表面包覆层的建立，增加工作初期电池工作通道内的锂离子活度，达到提高激活速度、降低极化内阻的目的，从而满足热电池高功率快激活的发展需求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种热电池用复合负极及其制备方法。

本发明提供一种热电池用复合负极，包括：

热电池复合负极包括片状LiB合金层与LiSi合金粉层，其中，所述状LiB合金的上表面均匀覆盖一层LiSi合金粉层，，所述LiSi合金粉层的表面采用熔盐电解质进行包覆预处理，包覆的熔盐电解质的LiSi合金粉层组成单体电池后与隔离层直接接触。

进一步的，在上述热电池用复合负极中，所述LiSi合金粉层的重量为片状LiB合金层的10％～25％。

根据本发明的另一面，提供一种热电池用复合负极的制备方法，包括：

将片状LiB合金置于模具内形成片状LiB合金层，在所述片状LiB合金层的上表面均匀覆盖一层LiSi合金粉层，通过一次压制成型；

在氩气气氛保护下，对熔盐电解质进行热处理使其熔融，并通过石英引流管扩散在所述LiSi合金粉的表面，以在LiSi合金粉层上形成电解质包覆层。

进一步的，在上述方法中，对熔盐电解质进行热处理使其熔融中，

所述的熔盐电解质的热处理温度为370℃～470℃，热处理时间为3～10min。

进一步的，在上述方法中，所述LiSi合金粉层的重量为片状LiB合金层的10％～25％。

进一步的，在上述方法中，所述熔盐电解质的重量约为0.03～0.2g。

进一步的，在上述方法中，所述电解质包覆层的厚度为0.01～0.05mm。