现代电池技术：第9章 激活电池

1、第九章激活电池Activated Reserve Battery激活电池激活电池：又称“贮备电池”，电池正负极活性物质和电解质在贮存期间不直接接触(热激活电池除外)，使用时借助动力源作用于电解质，使电池“激活”。激活方式：气体激活、液体激活和热激活优点：贮存时间长(数年或数十年)、激活时间短(0.22s)、 比能量高、比功率高、贮存期间无需保养常见热激活电池：Ca-PbSO4，Mg-V2O5，Ca-CaCrO4，Li(Al)-FeS2，Li(Si)-FeS2，Li(B)-FeS2常见水激活电池：Mg-AgCl，Mg-NiOOH热激活电池热激活电池：由两种或两种以上的无机盐组成低共熔体，常温下，

2、电解质是不导电的固体，电池自放电少，使用时，用电流引燃点火头或撞击机构撞击火帽，点燃电池内部烟火热源，使电池内部温度迅速上升，电解质熔融形成高导电率的离子导体。用途：炮弹的引爆电源及导弹、核武器的工作电源热电池体系 Mg | LiCl KCl | V2O5 Ca | LiCl KCl | PbSO4 Ca | LiCl KCl | CaCrO4 Ca | LiBr KBr | K2CrO4 Li(Al) | LiCl KCl | FeS2 Li(Si) | LiCl KCl | FeS2 Li(Fe) | LiCl KCl | FeS2 Li(Al) | NaAlCl4 | CuCl2 热电池

3、技术起初是由德国的ErB博士于二次大战后期发明并应用于V2火箭上，后被美国国家标准武器发展部得到，受到了美国军方的高度重视，最终取代引信系统中原来的电源系统。由于其突出的特点，在20世纪50年代热电池被推广应用到核武器之上。50年代中期，Mg/V2O5片形热电池的发明，是热电池发展史上一个里程碑式的进步，使得热电池组装工艺变得简单，结构紧凑。60年代发展起来的Ca/CaCrO4热电池，采用先进的片型结构，以LiCl-KCl作电解质，Fe/KClO4混合物作加热材料。该电池不但大大简化了制备工艺，而且延长了工作寿命，提高了热电池的总体性能，但热电池存在的电噪声仍未得到克服。为满足高速发展的现代化

4、武器需要，七十年代发展起来的LiMx/FeS2热电池(LiMx为锂合金)不但克服了热电池长期存在的电噪声，而且比能量、比功率得到很大提高。它是一个理想的热电池体系，是热电池研制工作的重大技术突破，代表当今热电池发展潮流。热激活电池发展简史热激活电池电解质热激活电池工作原理(-) Ca LiCl - KCl PbSO4 (+)负极反应：Ca - 2e Ca2+正极反应：PbSO4 + 2Li+ + 2e Li2SO4 + Pb总 反 应：PbSO4 + 2LiCl + Ca Li2SO4 + CaCl2 + Pb副 反 应：2LiCl + Ca 2Li + CaCl2 2Li + Ca Li2C

5、a CaCl2 + KCl CaCl2KCl副反应产物Li2Ca合金在热电池工作温度下为液态，会造成电池内部瞬间短路(称电噪声)；复盐CaCl2KCl熔点为575，由于复盐的产生而使电解质熔点升高到485，缩短电池的工作寿命。热激活电池结构负极材料 负极材料一般是金属，对于热激活电池，应提高金属的熔点，防止金属熔化进入电解质形成短路。电解质材料 热电池电解质应具备以下功能：在室温下是不导电的固体，熔融时导电；具有隔开正负极的隔膜作用；电解质的熔点低。正极材料 正极材料一般为盐，其导电性较弱，因而希望通过形成共熔物，降低其熔点，增加导电性。缓冲片 选择一些具有特殊热性能的物质，在电池工作温度的上

6、限时，处于熔融状态，吸收部分热量，在电池工作温度下降时，凝固，放出热量，常见有NaCl-Li2SO4体系，其熔盐的熔点在499，熔解热为393Jg-1热激活电池结构热激活电池结构热激活电池结构加热片 一般希望加热片的发热量高，产生的气体小，常用的是由锆粉、BaCrO4和无机纤维组成的纸型混合物，其发热量为1882Jg-1。保温材料 常用的保温材料为天然云母、无机纤维、石棉纸等。热激活电池性能(-) Li(Al) LiCl - KCl FeS2 (+)负极反应：Li - e Li+正极反应：FeS2 + 4Li FeS + Li2Fe2S5 2Li + FeS + Li2Fe2S5 3Li2Fe

7、S2 6Li + 3Li2FeS2 6Li2S + 3Fe总 反 应：4Li + FeS2 2Li2S + Fe热激活电池性能Li(Al)-FeS2电池理论比能量638Wh/kg负极是固体，不会造成电池内部短路在电池工作温度范围内(420550)，性能稳定FeS2在LiCl-KCl电解质中溶解度小，自放电小，不会形成热失控电池内阻小，能以2A/cm2的电流密度脉冲放电使用成本低水激活电池水激活电池：以海水为电解液，或以水为溶剂，或水既作正极活性物质又作溶剂的电池，海水或水仅在电池使用时才注入电池。用途：鱼雷推进、声纳浮标、探空气球、航标灯、应急灯等。水激活电池体系以海水为电解液的电池：Mg-A

8、gCl，Mg-Cu2Cl2，Mg-PbCl2，Mg-PbO2，Mg-CuI，Mg-CuSCN，Mg-Ag2O和中性电解液的铝-空气电池；以海水或水为溶剂的电池：Al-Ag2O；正极活性物质和溶剂为海水或水的电池：Li-H2O，Na-H2O水激活电池的特点：贮存寿命长，低温性能好，比能量、比功率较高，特别适合在有水的环境中使用。水激活电池工作原理Mg-AgCl体系： Mg + 2AgCl MgCl2 +2AgMg-Cu2Cl2体系： Mg + Cu2Cl2 MgCl2 +2CuMg-PbCl2体系： Mg + PbCl2 MgCl2 +PbMg-NiOOH体系： Mg + 2NiOOH+2H2O

9、 Mg(OH)2 +2Ni(OH)2Zn-AgCl体系： Zn+ 2AgCl ZnCl2 +2Ag上述各体系中，除Zn-AgCl外，负极上都有一个重要的副反应：Me + mH2O Me(OH)m + m/2H2 + QMe为金属负极，氢气析出有利于电极表面反应产物(氢氧化物)及时剥离和促进电解液流动，放出的热量使电池具有良好的低温放电性能，但副反应也造成电池的电流效率下降。水激活电池性能水激活电池用途水激活电池材料负极材料 主要负极材料有Li, Na, Mg, Al, Zn及其合金，其中Li，Na，Ca与水反应激烈，尚未实际应用；Mg因研制多种合金，减少了腐蚀反应，提高了工作电压，已得到广泛应

10、用；Al和Zn也有部分应用。正极材料 正极材料主要有AgCl，Cu2Cl2和PbCl2等。 AgCl几乎是绝缘的，一般将其浸入在加有Zn粉的还原液中，在AgCl表面还原一层Ag； Cu2Cl2正极有压制、涂覆和吸附成型等结构，在电池放电过程中，正极易损坏，因而一般用纸或非编织物包裹正极； PbCl2正极一般采用粘合法和热压法，调浆过程中一般要加入粘合剂和导电剂。水激活电池结构浸没型：电池工作时，完全浸没在电解液中，正负极间夹一层隔离物，这类电池放电电流可达50A，放电电压1V至几百伏，放电时间从几秒至几天；浸润型：电池贮存在密封袋中，使用时除去包装，在水中浸泡数分钟，以便隔膜吸蓄足够的电解液，这类电池放电电流可达10A，产生1.5130V电压，放电时间0.515h；自流型：这类电池是作为鱼雷动力电源设计的，利用鱼