【摘 要】
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高温电池在航空航天、军事武器、油气勘探、大型储能等场景均有应用,由于其高温下电池高的电极反应活性以及高的离子电导率使其能拥有高的功率密度,这是其他电池无法媲美的性能优势。热电池（热激活电池）是一种常见的高温电池,它通过激活系统点燃内部的加热材料,电池升温至500℃使电池内部的电解质熔融成液态导离子状态来对外输出电能的特种电池。电解质是热电池性能的关键因素之一,电解质片是由熔融盐和MgO按照比例混合
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高温电池在航空航天、军事武器、油气勘探、大型储能等场景均有应用,由于其高温下电池高的电极反应活性以及高的离子电导率使其能拥有高的功率密度,这是其他电池无法媲美的性能优势。热电池（热激活电池）是一种常见的高温电池,它通过激活系统点燃内部的加热材料,电池升温至500℃使电池内部的电解质熔融成液态导离子状态来对外输出电能的特种电池。电解质是热电池性能的关键因素之一,电解质片是由熔融盐和MgO按照比例混合后压制而成,为了保证电解质片足够的机械强度以及良好的正负极阻隔效果,电解质片中的非离子电导的MgO的体积分数通常不低于30%,这就使得电解质片厚且离子电导率上有一定限制,基于此引入无机纤维织物作为热电池的隔膜来对热电池电解质部分进行进一步的性能改善;除此之外,通常热电池的熔盐体系的激活和工作温度都在400℃以上,增加了电池的成本同时也限制了热电池的使用场景。基于此开展了以下研究,主要的研究内容和结论如下:引入高温稳定的SiC纤维织物作为热电池的隔膜,通过简单的前驱体转化法在SiC纤维表面均匀覆盖上MgO颗粒得到SiC@MgO复合隔膜,来增加SiC纤维对电解质熔融盐的亲和性的同时,提高了纤维表面的粗糙度。通过在LiCl-KCl电解液中的浸润测试发现,SiC@MgO复合隔膜的电解液的吸附是单纯的SiC纤维的1.5倍。并且由于SiC纤维高温稳定,所装配的包含复合隔膜的Li（B）|LiCl-KCl|FeS2电池实现高温下正常放电且电池内阻仅为0.2846Ω。利用致密的PE薄膜包裹聚合物体系的电解质来降低热电池的激活和工作温度。利用厚8μm的PE膜将EO:Li+=15的LiTFSi-PEO进行包裹隔离,整体作为电池的电解质部分。常温下电解质中导离子的部分被密封住而不显电导率,当温度上升至PE膜熔点（130℃）,PE膜熔化内部离子通路导通显示离子电导,且150℃体系离子电导率为1.52×10-4 S cm-1。除此之外,将该电解质体系用于V2O5|LiTFSi/PEO-PE|Li一次电池,电池实现了132℃的较低温度的激活和工作。高温场景中锂离子电池的功率优势可以从某种程度解决电动汽车的里程忧虑,而且存在许多锂离子电池高温的应用场景,基于此,将我们通过简单的流延法制备了碳化硅（SiC）纤维支撑的氧化铝（Al2O3）纯无机复合隔膜（A@S陶瓷隔膜）用于高温场景中的锂离子电池。一种高温稳定的SiC纤维增强的氧化铝隔膜,与传统的聚烯烃隔膜相比,它可以完全忽略温度的影响,甚至是更严苛的电解液浸泡条件下也不存在热收缩。与1M LiDFOB/PC电解液配合使用,其120℃下的电导率达5.12 mS cm-1,相较于室温有3倍的提升,凭借高温下的高电导率以及高温下高的电极反应活性,包含该隔膜的电池在高温下的高倍率循环性能也得以改善,实现了半电池的快速充电。除此之外,它还具有一定的柔性,这也为它在实际生产中的应用提供了良好的基础。
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