熱電池中正極材料后處理技術的應用研究

＊陽玲 丁文革

（1.貴州梅嶺電源有限公司 貴州 563000 2.中國人民解放軍駐〇六一基地軍事代表室 貴州 550000）

熱電池中正極材料后處理技術的應用研究

＊陽玲1丁文革2

（1.貴州梅嶺電源有限公司 貴州 563000 2.中國人民解放軍駐〇六一基地軍事代表室 貴州 550000）

在熱電池中，正極材料后處理技術非常關鍵，其主要的作用就是對其初期放電的電壓精度進行控制。一般熱電池中正極材料后處理技術主要包括兩種，即瀝化與活化。因此本文對熱電池中正極材料后處理技術的應用做了詳細的研究和闡述。

熱電池；正極材料；后處理技術；應用研究

1.熱電池與正極材料概述

(1)熱電池。熱電池是不可逆的一次性使用化學電源，其電解質為熔鹽材料，這也是熱電池最突出的特點。在常溫條件下，電解質為固體，且不能導電，具有無窮大的內阻，能夠對正電極與負電極進行有效的隔離，且具有極微弱的自放電，所以能夠長時間存儲，一般十年以上不用進行維護。而在使用熱電池的過程中，可以利用外加的機械力或者電流等激活信號，將火工品引爆，再將電池內部的加熱系統自動引爆，這樣就能迅速升高電池的內部溫度，從而熔化熔鹽電解質，使之成為離子導體，且具有較高電導率。這樣一來，短時間內電池被激活就能輸出相對較大的功率。熱電池具有較多優點，即比功率高、比能量高；貯存時間長；一般為10-25年；在0．2-1．5秒內就能激活，并輸出密度較大的電流；抗惡劣環境能力強；貯存期內不用保養和維護；可靠性高等，因此成為了現代武器中十分理想的供電電源。

(2)正極材料。隨著熱電池的不斷發展，熱電池的正極材料也逐漸在變化，目前在熱電池中，一般采用二硫化鐵、二硫化鈷、鋰化氧化釩、氯化鎳、嵌入式氧化物等作為熱電池的正極材料。其中應用最為廣泛的正極材料為二硫化鐵，且該種正極材料的技術最為成熟。其主要的優點為：具有電子導電性，且放電電流較大；與電解質不會發生任何反應；電極電位與鋰電位相比，高出2．0V；熱穩定性相對較高；其生成的反應物能夠融入電解質或者進行導電，并將內阻減少。針對正極材料，目前的后處理技術主要包括活化以及鋰化兩種，而通過高溫活化處理二硫化鈷以及二硫化鐵，則能顯著提升正極材料應用過程中的熱穩定性，且還能將熱電池工作中的熱失重顯著降低，從而增強熱電池的使用安全性以及可靠性。另外采用鋰化處理技術對正極材料加以處理之后，還能顯著提升其綜合性能，且使其具有較高的制備工藝性以及一致的質量。因此可以看出熱電池正極材料的后處理技術應用具有十分重要的意義。

2.熱電池中正極材料后處理技術的應用

(1)采用不同鋰化方法制備正極材料

正極材料性能會受到氧化鋰含量的影響。在熱電池中，采用不同含量氧化鋰的對正極材料進行高溫鋰化，結果表明：氧化鋰為2%的高溫鋰化正極材料，其熱電池的峰值明顯高于氧化鋰為3%的高溫鋰化正極材料，且后者的放電容量降低較為明顯。

氧化鋰鋰化相變過程影響正極材料性能。在熱電池中，采用有相變過程與無相變過程中的氧化鋰對正極材料進行高溫鋰化，結果表明：氧化鋰鋰化相變過程對熱電池前期放電性能沒有顯著影響，而到了后期放電過程，兩者放電容量差異十分顯著。即正極材料采用氧化鋰高溫鋰化之后，其放電容量明顯高于氧化鋰鋰化的正極材料熱電池。

(2)批量生產正極材料的工藝改進

目前在批量生產正極材料的過程中，從實驗室制備中的正極材料后處理，過渡到工業生產中的正極材料后處理，還需對工藝加以改進。同時其必須滿足以下條件，即勞動安全與環境友好、短周期與高效能產能、低成本生產、可靠穩定的質量、過程可追溯性、批次內與批次間一致性質量、確保包裝品質等。因此在改進生產工藝的過程中，首先需要對批量生產適應性的制備工藝流程進行改進，且通過一定的形式，即工藝文件進行固定。其次在實際生產過程中，做好原始記錄并填寫流程卡，同時引進先進的自動控制設備以及機械化生產設備。最后實施在線質量控制與化學檢驗分析，并隔離原材料與操作人員、自動化包裝密封，防止粉塵污染發生等。而鋰硅高濕鋰化正極材料的生產工藝流程改進為：高溫處理原材料、添加鋰化試劑、預混合、濕熱恒定鋰化、真空干燥、球磨、過篩、分析成分、混合批次內、真空干燥與密封包裝等；氧化鋰高溫鋰化正極材料的生產工藝流程改進為：高溫處理原材料、添加鋰化試劑、預混合、真空高溫鋰化、粉碎、球磨、過篩、分析成分、混合批次內、真空干燥與密封包裝等。

(3)熱電池中批量生產正極材料的應用

高溫滿載電性能。通過測試在高溫滿載條件下，采用批量生產正極材料的熱電池的單元電性能。結果顯示：采用批量生產的鋰硅高濕鋰化正極材料、氧化鋰高溫鋰化正極材料均能促使高溫滿載條件下的熱電池達到標準的單元電性能，且后者具有更好的放電容量、脈沖電壓下限、工作壽命等，同時還能穩定電壓曲線。

低溫滿載電性能。通過測試在低溫滿載條件下，采用批量生產正極材料的熱電池的單元電性能。結果顯示：采用批量生產的鋰硅高濕鋰化正極材料、氧化鋰高溫鋰化正極材料均能促使低溫滿載條件下的熱電池達到標準的單元電性能，且二者的單元電性能數據非常相近。

高溫空載安全性。通過測試在高溫空載條件下，采用批量生產正極材料的熱電池的安全性。結果顯示采用批量生產的鋰硅高濕鋰化正極材料、氧化鋰高溫鋰化正極材料均能促使高溫滿載條件下的熱電池達到標準的高溫空載安全性要求，而鋰硅高濕鋰化正極材料前期升溫與氧化鋰高溫鋰化正極材料相比，相對較快，因此后者能夠更好的緩解電池熱沖擊，但兩者后期溫度改變無明顯區別。

3.討論

(1)正極材料二硫化鈷與二硫化鐵，通過一定的高溫活化處理之后，其熱穩定性能夠獲得顯著提高，而在熱電池工作溫度條件下，二硫化鈷還能將其熱失重顯著降低，這樣就大大的增強了熱電池安全性而通過活化處理，還能促使其比表面積，這樣一來熱電池的電性能就具有較高的負載。另外正極材料通過活化處理，還能消除其中存在的不穩定熱、高電勢物質，從而達到降低前期空載高波的目的。

(2)在熱電池中正極材料后處理技術中，鋰化能夠大幅提高電壓的精度，且還能顯著減弱前期空載高波。但正極材料采用硅鈣鋰化之后，其電極電勢相對較高，且對二硫化鈷進行鋰化時，不能明顯的減弱前期空載高波，且中等負載以及較低負載條件下，電壓會異常升高。正極材料采用氧化鋰進行高溫鋰化時，存在相變過程與沒有相變過程相比，前者高負載放電容量具有明顯的優勢，且在二硫化鈷處理過程中優勢則更加顯著。同時在氧化鋰高溫鋰化與氧化鋰鋰化比較的過程中，這種優勢則更加的顯著。但是在后期中等負載放電時，二硫化鈷采用鋰硅鋰化后，會快速削減電容量，因此此種鋰化方式的效果最差。另外在鋰化過程中通過還原性物質的添加，其前期空載具有低谷電壓的情況，而這種情況可以采用高濕相變反應進行消除。

綜上所述，通過對熱電池中正極材料后處理技術的應用研究和闡述，在熱電池中，正極材料后處理技術對于熱電池而言具有十分重要的意義，其既能指導批量生產使用不同的材料提高熱電池的單元電性能，同時還能確保熱電池達到較高的安全性以及可靠性。

(責任編輯：任聰)

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

陽玲（1988～)，女，貴州梅嶺電源有限公司；研究方向：熱電池正極料的處理。

丁文革（1967～)，男，中國人民解放軍駐〇六一基地軍事代表室；研究方向：熱電池。