專利名稱：熱電池用熱平衡電堆的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于熱電池技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種控制熱電池工作時內(nèi)部溫度，均衡其 內(nèi)部熱量分布的熱平衡電堆。
背景技術(shù)：
熱電池是用電池本身的加熱系統(tǒng)把不導(dǎo)電的固體狀態(tài)鹽類電解質(zhì)加熱熔融呈離 子型導(dǎo)體而進入工作狀態(tài)的一種熱激活儲備電池。熱電池內(nèi)部電解質(zhì)由兩種或兩種以上的 無機鹽組成的低共熔體，常溫時，電解質(zhì)是不導(dǎo)電固體；使用時，用外界電流引燃電池內(nèi)部 電點火頭，從而點燃電池內(nèi)部的加熱材料，使電池內(nèi)部溫度迅速上升，導(dǎo)致熔融鹽電解質(zhì)融 化并導(dǎo)電，激活電池，輸出電能。使用固體鹽類電解質(zhì)是熱電池的主要特征，它明顯地區(qū)別 于使用水溶液電解質(zhì)、有機電解質(zhì)和固體電解質(zhì)的電池。這使得熱電池具有貯存時間長、激 活時間短、輸出電流密度大、比能量較高、使用溫度范圍廣、在貯存期間無需維護和保養(yǎng)等 特點，因而得到廣泛地應(yīng)用。熱電池目前選用的正極材料普遍為!^eS2，F(xiàn)eS2具有電壓高，價格便宜，技術(shù)成熟等 優(yōu)點，但熱穩(wěn)定性能較差(分解溫度550°C )。當(dāng)電池內(nèi)部溫度高于550°C時，F(xiàn)eS2開始分 解并放出硫蒸汽，氣態(tài)硫迅速與負極活性物質(zhì)Li (Si)發(fā)生劇烈的放熱反應(yīng)，產(chǎn)生大量的熱 能，造成電池內(nèi)部溫度迅速升高，最終導(dǎo)致電池?zé)崾Э厣踔链┛妆ā＝?jīng)研究發(fā)現(xiàn)，熱電池 在高溫開路或輕載情況下放電時，其內(nèi)部溫度比滿負載工作時更高，其內(nèi)部熱量的維持與 散失更加難以控制。因此，為了確保熱電池在極限使用情況下(高溫激活后開路擱置)工 作安全可靠，必須對熱電池的內(nèi)部熱量的整體分布和設(shè)計進行優(yōu)化。熱電池高溫激活后開路擱置是否安全過關(guān)，熱平衡設(shè)計起著決定性作用。合理的 熱平衡設(shè)計是既要保證電池內(nèi)部的溫度維持在電堆正常工作的溫度范圍內(nèi)，又要避免其內(nèi) 部溫度高于正極材料(FeS2)的熱分解溫度而導(dǎo)致熱失控。熱電池被激活后，電堆中部溫度 最高，兩端溫度相對較低，隨著時間的推移，也是電堆兩端散熱較快，隨著熱量的散失，電堆 兩端的個別單體電池內(nèi)部的電解質(zhì)也會過早凝固，隨著電解質(zhì)逐漸凝固，電堆上下兩端附 近的單體電池性能隨之下降，最終導(dǎo)致熱電池工作時間會縮短。上述情況只有要求熱電池 電堆的熱源分布均衡、合理，才能確保熱電池工作安全可靠?！袄涠藷岱狻睙崞胶饧夹g(shù)的應(yīng)用 可以確保熱電池在規(guī)定的工作時間內(nèi)，整個電堆處于正常工作溫度范圍，增強熱電池高溫 激活后開路擱置安全性，有效解決了熱電池由于熱源分布不均衡而導(dǎo)致的熱失控安全性難 題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提出一種應(yīng)用于熱電池，能增強熱電池高溫激活后 開路擱置安全性，并能有效避免熱電池由于熱源分布不均衡而導(dǎo)致的熱失控安全性問題的 熱平衡電堆。為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明通過采用“冷端熱封”的理念對熱電池內(nèi)部電堆進行熱緩沖平衡設(shè)計，即在電堆兩端設(shè)計較高的熱源，并對其采取緩沖措施，確保在規(guī)定的工 作時間內(nèi)，整個電堆處于正常工作溫度范圍。本發(fā)明提供的應(yīng)用于熱電池的熱平衡電堆，其創(chuàng)新點在于電堆兩端熱源與絕緣 耐熱材料疊加放置并緊固裝配于電堆兩端，其中，電堆兩端熱源由鐵粉與高氯酸鉀組成，以 重量計，鐵粉含量為82 88%，高氯酸鉀含量為12 18%，總量為100% ；絕緣耐熱材料 為石棉制品。優(yōu)選地，本發(fā)明上述熱平衡電堆中，電堆兩端熱源由鐵粉與高氯酸鉀按比例機械 混合后壓制成圓片狀。優(yōu)選地，本發(fā)明上述熱平衡電堆中，絕緣耐熱材料經(jīng)機床沖為圓片狀，并在500°C 下處理IOmin 20min。本發(fā)明運用“冷端熱封”的設(shè)計理念在電堆兩端設(shè)計較高的熱源，并通過絕緣耐熱 材料對其進行緩沖措施，防止較高熱源對電堆的沖擊，保證了電堆的熱源分布均衡、合理， 確保在規(guī)定的工作時間內(nèi)，整個電堆處于正常工作溫度范圍。后續(xù)試驗例將證明，應(yīng)用本 發(fā)明熱平衡電堆的熱電池具有高溫激活后開路擱置安全性強、內(nèi)部熱量分布均衡合理的特
點O


圖1是“冷端熱封”熱平衡技術(shù)示意圖。圖2是電堆內(nèi)部各點工作溫度分布圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和具體實施例，進一步闡述本發(fā)明。這些實施例應(yīng)理解為僅用于說 明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的保護范圍。在閱讀了本發(fā)明記載的內(nèi)容之后，本領(lǐng)域技術(shù) 人員可以對本發(fā)明作各種改動或修改，這些等效變化和修飾同樣落入本發(fā)明權(quán)利要求所限 定的范圍。如圖1所示，本發(fā)明優(yōu)選實施例通過采用“冷端熱封”的理念對熱電池內(nèi)部電堆進 行熱緩沖平衡設(shè)計，即在電堆兩端設(shè)計較高的熱源(電堆兩端熱源)，并對其采取緩沖措施 (將電堆兩端熱源與絕緣耐熱材料疊加放置并緊固裝配于電堆兩端)，確保在規(guī)定的工作 時間內(nèi)，整個電堆處于正常工作溫度范圍。將鐵粉含量為82%、高氯酸鉀含量為18%機械混合并壓制成圓片狀電堆兩端熱 源1，備用。將鐵粉含量為88%、高氯酸鉀含量為12%機械混合并壓制成圓片狀電堆兩端熱 源2，備用。將鐵粉含量為85%、高氯酸鉀含量為15%機械混合并壓制成圓片狀電堆兩端熱 源3，備用。將石棉制品經(jīng)機床沖壓為圓片狀并在500°C下處理lOmin，制得絕緣耐熱材料1， 將石棉制品經(jīng)機床沖壓為圓片狀并在500°C下處理20min，制得絕緣耐熱材料2，
將石棉制品經(jīng)機床沖壓為圓片狀并在500°C下處理15min，制得絕緣耐熱材料3，試驗例按照圖1裝配一只單元熱電池。38片單體電池串聯(lián)裝配為電堆，電堆上下兩端分別疊加放置2片熱源材料(任 意選取電堆兩端熱源1和/或電堆兩端熱源2或/和電堆兩端熱源幻和3片絕緣耐熱材 料(任意選取絕緣耐熱材料1和/或絕緣耐熱材料2和/或絕緣耐熱材料幻，一并裝入 Φ62Χ110的不銹鋼電池殼中。在高溫+60°C環(huán)境下保存Mi后激活，進行零負載放電，監(jiān)測 內(nèi)部溫度控制變化正常，監(jiān)測開路電壓變化平穩(wěn)，放電結(jié)束后觀察外觀、顏色正常、沒有過 熱灼燒點，表明該電池?zé)嵩O(shè)計合理，安全可靠。按照常規(guī)方法，采用耐高溫、可彎折熱電偶對熱電池放電過程中內(nèi)部電堆頂端、中 上部、中部、中下部和底端的溫度進行測量，得出電堆內(nèi)部各點工作溫度分布情況，如圖2 所示。
權(quán)利要求
1.一種熱電池用熱平衡電堆，其特征在于，電堆兩端熱源與絕緣耐熱材料疊加放置并 緊固裝配于電堆兩端，其中，電堆兩端熱源由鐵粉與高氯酸鉀組成，以重量計，鐵粉含量為 82 88%，高氯酸鉀含量為12 18% ；絕緣耐熱材料為石棉制品。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱電池用熱平衡電堆，其特征在于，電堆兩端熱源由鐵粉與 高氯酸鉀按比例機械混合后壓制成圓片狀。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的熱電池用熱平衡電堆，其特征在于，絕緣耐熱材料經(jīng)機床 沖壓為圓片狀，并在500°C下處理IOmin 20min。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種控制熱電池工作時內(nèi)部溫度，均衡其內(nèi)部熱量分布的熱電池用熱平衡電堆，將電堆兩端熱源與絕緣耐熱材料疊加放置并緊固裝配于電堆兩端，其中，電堆兩端熱源由鐵粉與高氯酸鉀組成，以重量計，鐵粉含量為82～88％，高氯酸鉀含量為12～18％；絕緣耐熱材料為石棉制品。本發(fā)明既保證了熱電池內(nèi)部的溫度維持在電堆正常工作的溫度范圍內(nèi)，又避免了其內(nèi)部溫度高于正極材料的熱分解溫度而導(dǎo)致的熱失控，整個電堆處于正常工作溫度范圍，保證電堆的熱源分布均衡、合理。
文檔編號H01M6/50GK102148380SQ20101010863
公開日2011年8月10日 申請日期2010年2月10日 優(yōu)先權(quán)日2010年2月10日
發(fā)明者胡冉, 遲亮, 鄭要武, 高俊麗 申請人:上?？臻g電源研究所