热电池中正极材料后处理技术的应用研究

＊阳玲 丁文革

（1.贵州梅岭电源有限公司 贵州 563000 2.中国人民解放军驻〇六一基地军事代表室 贵州 550000）

热电池中正极材料后处理技术的应用研究

＊阳玲1丁文革2

（1.贵州梅岭电源有限公司 贵州 563000 2.中国人民解放军驻〇六一基地军事代表室 贵州 550000）

在热电池中，正极材料后处理技术非常关键，其主要的作用就是对其初期放电的电压精度进行控制。一般热电池中正极材料后处理技术主要包括两种，即沥化与活化。因此本文对热电池中正极材料后处理技术的应用做了详细的研究和阐述。

热电池；正极材料；后处理技术；应用研究

1.热电池与正极材料概述

(1)热电池。热电池是不可逆的一次性使用化学电源，其电解质为熔盐材料，这也是热电池最突出的特点。在常温条件下，电解质为固体，且不能导电，具有无穷大的内阻，能够对正电极与负电极进行有效的隔离，且具有极微弱的自放电，所以能够长时间存储，一般十年以上不用进行维护。而在使用热电池的过程中，可以利用外加的机械力或者电流等激活信号，将火工品引爆，再将电池内部的加热系统自动引爆，这样就能迅速升高电池的内部温度，从而熔化熔盐电解质，使之成为离子导体，且具有较高电导率。这样一来，短时间内电池被激活就能输出相对较大的功率。热电池具有较多优点，即比功率高、比能量高；贮存时间长；一般为10-25年；在0．2-1．5秒内就能激活，并输出密度较大的电流；抗恶劣环境能力强；贮存期内不用保养和维护；可靠性高等，因此成为了现代武器中十分理想的供电电源。

(2)正极材料。随着热电池的不断发展，热电池的正极材料也逐渐在变化，目前在热电池中，一般采用二硫化铁、二硫化钴、锂化氧化钒、氯化镍、嵌入式氧化物等作为热电池的正极材料。其中应用最为广泛的正极材料为二硫化铁，且该种正极材料的技术最为成熟。其主要的优点为：具有电子导电性，且放电电流较大；与电解质不会发生任何反应；电极电位与锂电位相比，高出2．0V；热稳定性相对较高；其生成的反应物能够融入电解质或者进行导电，并将内阻减少。针对正极材料，目前的后处理技术主要包括活化以及锂化两种，而通过高温活化处理二硫化钴以及二硫化铁，则能显著提升正极材料应用过程中的热稳定性，且还能将热电池工作中的热失重显著降低，从而增强热电池的使用安全性以及可靠性。另外采用锂化处理技术对正极材料加以处理之后，还能显著提升其综合性能，且使其具有较高的制备工艺性以及一致的质量。因此可以看出热电池正极材料的后处理技术应用具有十分重要的意义。

2.热电池中正极材料后处理技术的应用

(1)采用不同锂化方法制备正极材料

正极材料性能会受到氧化锂含量的影响。在热电池中，采用不同含量氧化锂的对正极材料进行高温锂化，结果表明：氧化锂为2%的高温锂化正极材料，其热电池的峰值明显高于氧化锂为3%的高温锂化正极材料，且后者的放电容量降低较为明显。

氧化锂锂化相变过程影响正极材料性能。在热电池中，采用有相变过程与无相变过程中的氧化锂对正极材料进行高温锂化，结果表明：氧化锂锂化相变过程对热电池前期放电性能没有显著影响，而到了后期放电过程，两者放电容量差异十分显著。即正极材料采用氧化锂高温锂化之后，其放电容量明显高于氧化锂锂化的正极材料热电池。

(2)批量生产正极材料的工艺改进

目前在批量生产正极材料的过程中，从实验室制备中的正极材料后处理，过渡到工业生产中的正极材料后处理，还需对工艺加以改进。同时其必须满足以下条件，即劳动安全与环境友好、短周期与高效能产能、低成本生产、可靠稳定的质量、过程可追溯性、批次内与批次间一致性质量、确保包装品质等。因此在改进生产工艺的过程中，首先需要对批量生产适应性的制备工艺流程进行改进，且通过一定的形式，即工艺文件进行固定。其次在实际生产过程中，做好原始记录并填写流程卡，同时引进先进的自动控制设备以及机械化生产设备。最后实施在线质量控制与化学检验分析，并隔离原材料与操作人员、自动化包装密封，防止粉尘污染发生等。而锂硅高湿锂化正极材料的生产工艺流程改进为：高温处理原材料、添加锂化试剂、预混合、湿热恒定锂化、真空干燥、球磨、过筛、分析成分、混合批次内、真空干燥与密封包装等；氧化锂高温锂化正极材料的生产工艺流程改进为：高温处理原材料、添加锂化试剂、预混合、真空高温锂化、粉碎、球磨、过筛、分析成分、混合批次内、真空干燥与密封包装等。

(3)热电池中批量生产正极材料的应用

高温满载电性能。通过测试在高温满载条件下，采用批量生产正极材料的热电池的单元电性能。结果显示：采用批量生产的锂硅高湿锂化正极材料、氧化锂高温锂化正极材料均能促使高温满载条件下的热电池达到标准的单元电性能，且后者具有更好的放电容量、脉冲电压下限、工作寿命等，同时还能稳定电压曲线。

低温满载电性能。通过测试在低温满载条件下，采用批量生产正极材料的热电池的单元电性能。结果显示：采用批量生产的锂硅高湿锂化正极材料、氧化锂高温锂化正极材料均能促使低温满载条件下的热电池达到标准的单元电性能，且二者的单元电性能数据非常相近。

高温空载安全性。通过测试在高温空载条件下，采用批量生产正极材料的热电池的安全性。结果显示采用批量生产的锂硅高湿锂化正极材料、氧化锂高温锂化正极材料均能促使高温满载条件下的热电池达到标准的高温空载安全性要求，而锂硅高湿锂化正极材料前期升温与氧化锂高温锂化正极材料相比，相对较快，因此后者能够更好的缓解电池热冲击，但两者后期温度改变无明显区别。

3.讨论

(1)正极材料二硫化钴与二硫化铁，通过一定的高温活化处理之后，其热稳定性能够获得显著提高，而在热电池工作温度条件下，二硫化钴还能将其热失重显著降低，这样就大大的增强了热电池安全性而通过活化处理，还能促使其比表面积，这样一来热电池的电性能就具有较高的负载。另外正极材料通过活化处理，还能消除其中存在的不稳定热、高电势物质，从而达到降低前期空载高波的目的。

(2)在热电池中正极材料后处理技术中，锂化能够大幅提高电压的精度，且还能显著减弱前期空载高波。但正极材料采用硅钙锂化之后，其电极电势相对较高，且对二硫化钴进行锂化时，不能明显的减弱前期空载高波，且中等负载以及较低负载条件下，电压会异常升高。正极材料采用氧化锂进行高温锂化时，存在相变过程与没有相变过程相比，前者高负载放电容量具有明显的优势，且在二硫化钴处理过程中优势则更加显著。同时在氧化锂高温锂化与氧化锂锂化比较的过程中，这种优势则更加的显著。但是在后期中等负载放电时，二硫化钴采用锂硅锂化后，会快速削减电容量，因此此种锂化方式的效果最差。另外在锂化过程中通过还原性物质的添加，其前期空载具有低谷电压的情况，而这种情况可以采用高湿相变反应进行消除。

综上所述，通过对热电池中正极材料后处理技术的应用研究和阐述，在热电池中，正极材料后处理技术对于热电池而言具有十分重要的意义，其既能指导批量生产使用不同的材料提高热电池的单元电性能，同时还能确保热电池达到较高的安全性以及可靠性。

(责任编辑：任聪)

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

阳玲（1988～)，女，贵州梅岭电源有限公司；研究方向：热电池正极料的处理。

丁文革（1967～)，男，中国人民解放军驻〇六一基地军事代表室；研究方向：热电池。