[发明专利]一种熔融盐复合电解质隔膜、制备方法及应用

说明书

本发明公开了一种熔融盐复合电解质隔膜、制备方法及应用。在高温性能稳定的SiC纤维上，利用前驱体转化的方法均匀复合氧化镁颗粒，将其作为高电解质载量的热电池隔膜支撑，用熔融盐浇筑复合得到具有高温稳定性和良好电化学性能的电解质隔膜。该方法操作简便，环境要求低，污染小，经济性好。该方法改性的电解质隔膜综合性能优异，且厚度小，对于热电池的小型化有着重要意义。

技术领域

本发明属于电化学领域，具体涉及一种熔融盐复合电解质隔膜、制备方法及应用。

背景技术

热电池是一种重要的储备电池。贮存时电解质为不导电的固体，使用时引燃其内部的加热药剂，使电解质熔融成为离子导体而被激活。热电池由于具有较高的比能量和比功率，贮存时间长，并且能在各种恶劣的环境下正常工作，因此可以在导弹、火箭等领域中作为供电电源，在非军事装备如飞机应急电源、地下高温探矿电源中也有较为广泛的应用。

热电池中的电解质是置于电池正负极之间的固态微孔薄膜，在使用时固定在其中的电解质盐受热熔融，从而使离子可以自由通过，同时支持结构可以隔断正负极的直接接触。热电池的隔膜所处工作温度比较高，一般大于200℃。热电池中常采用的粉末压片制备的电解质膜机械性能较差，且其高温曲折性和收缩性会导致电池的内部短路，造成严重的自放电。因此，粉末压片制备的电解质隔膜一般都不能太薄，这就增加了电池的体积并阻碍了电池的小型化。

在电解质盐中加入无机的纤维骨架可以提高其机械性能。玻璃纤维可以作为电解质盐的支撑骨架，但是玻璃纤维高温化学性质不稳定，容易与弱碱性盐发生反应而造成结构的不稳定；石棉纤维的应用虽然可以很明显提高其高温的稳定性，但是石棉纤维具有致癌性，这会很大程度限制石棉纤维的大规模应用。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足之处，提供了一种熔融盐复合电解质隔膜、制备方法及应用，解决了上述背景技术中粉末压片电解质高温结构不稳定性的问题。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案之一是：提供了一种熔融盐复合电解质隔膜，由电解质熔融盐复合于支撑骨架上成膜，所述支撑骨架为SiC纤维，所述SiC纤维上复合有氧化镁颗粒。

在本发明一较佳实施例中，所述氧化镁颗粒均匀复合于SiC纤维上。

在本发明一较佳实施例中，所述电解质熔融盐的负载量为0～1000mg/cm²，氧化镁颗粒的粒径为1nm～500μm。

在本发明一较佳实施例中，所述电解质熔融盐包括CsBr-LiBr-KBr、LiBr-KBr-LiF、LiCl-LiBr-KBr、LiCl-KCl、LiCl-LiBr-LiF，所述电解质熔融盐体系中各组分比例包含所有适用比例。

在本发明一较佳实施例中，所述SiC纤维的直径为1nm～10μm，长径比为1～100。

碳化硅(SiC)具有耐高温、热膨胀系数小、耐化学腐蚀、电绝缘性好等优良特性，并且SiC纤维具有一定柔性，引入SiC纤维作为热电池电解质的自支撑结构可以提高电解质隔膜的机械性能，有效解决粉末压片电解质高温结构的不稳定性。此外，SiC纤维具有较高的孔隙率，提高了其电解质的负载量。

由于碳化硅自身的结构决定了其表面功能基团极少，碳化硅的可润湿性也相对较差，其对电解液的吸附能力较弱，直接作为高温熔融盐电池隔膜效果不够理想。纳米MgO颗粒具有耐高温、耐化学腐蚀、大比表面积、较高的表面反应活性，特别是强表面碱性等特性，是一种极具潜力的吸附剂。利用前驱体转化法在碳化硅纤维布上均匀复合MgO纳米颗粒可以有效提高纤维布对电解质的吸附能力，得到的复合材料具有良好的高温稳定性、大比表面积，高孔隙率、高电解质吸附能力。由于改性后的SiC纤维具有良好的电解质盐吸附性和更多的电解质盐的附着位点，在熔融盐浇筑的过程中能有效吸附更多的电解质盐，从而得到电化学性能优异的电解质隔膜。