專利名稱：電解質(zhì)材料、熱電池組件和用于中等溫度應(yīng)用的熱電池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的領(lǐng)域通常涉及用于熱電池中的電極材料。本發(fā)明也涉及包含電解質(zhì)材料的電極和電解質(zhì)的復(fù)合物以及包含該電解質(zhì)材料的電池和/或包含該電解質(zhì)材料的陰極和/或陽極。
背景技術(shù)：
熱電池往往具有相對長的保存期(shelf life)、高的能量密度，要求相對低的維護(hù)成本并且能承受相對高的溫度。熱電池也往往在相對短的時間周期提供短的功率突發(fā)。該突發(fā)可在少于秒至小時或更大的范圍內(nèi)，功率典型地在約瓦或更小至千瓦的范圍內(nèi)。這樣的特性使得熱電池適用于軍事(例如用于導(dǎo)彈制導(dǎo)系統(tǒng)的電池)和空間探測的應(yīng)用。熱電池也可用于其它的應(yīng)用中,例如電動車中。
典型的熱電池包含陽極、陰極、包含在室溫下不導(dǎo)電的固體電解質(zhì)的電解質(zhì)-隔板(electrolyte-separator)以及提供熱源至該電池的煙火材料(pyrotechnicmaterial)(例如加熱薄片(heat pellet),其可包含例如Fe-KClO4粉末)。當(dāng)需要電池操作時，外部激勵施加至電池。例如，電流可施加至電池以啟動電匹配(electric match)或電活性點(diǎn)火，或者可施加機(jī)械力(例如機(jī)械沖擊)以啟動震動引火(concussion primer)。外部激勵導(dǎo)致煙火材料引燃并開始發(fā)熱。從煙火材料產(chǎn)生的熱導(dǎo)致之前的固體電解質(zhì)熔化并變成導(dǎo)電的，其使得電池為期望的應(yīng)用提供功率。熱電池的陽極通常由堿金屬或堿土金屬或合金形成。典型的陽極包含鋰金屬或鋰合金，例如鋰鋁、鋰硅或鋰硼。與熱電池一起使用的電解質(zhì)通常包含氯化鋰和氯化鉀以及粘合劑(例如MgO、熱解法二氧化硅或高嶺土)的共晶混合物(即在低于單獨(dú)組分的每一個的溫度下熔化的混合物)，其有助于在熔化時通過例如毛細(xì)作用、表面張力或這二者將電解質(zhì)包含在熱電池組件內(nèi)。使用典型的熱電池電解質(zhì)，粘合劑阻止電解質(zhì)材料分散在整個電池中，分散將導(dǎo)致電池中不期望的旁路或短路。不幸地，粘合劑材料往往對離子傳導(dǎo)具有相對大的抵抗性且由此包含粘合劑可增加電池的阻抗。用于熱電池的陰極材料可根據(jù)各種設(shè)計(jì)參數(shù)的不同而變化并通常包含金屬氧化物或金屬硫化物。作為實(shí)例，氧化鐵(Fe3O4)、二硫化鐵(FeS2)或二硫化鈷(CoS2)通常用作陰極材料。通常使用壓片技術(shù)形成熱電池，以便電解質(zhì)、陰極和熱源的每一個都形成為晶片。在這種情形下，各個電池組件的化學(xué)物質(zhì)被處理成粉末且該粉末被擠壓在一起以形成晶片(或薄片)。每一個組件可形成為離散部件，或陽極和/或陰極可包含(例如充滿)電解質(zhì)材料以改進(jìn)該組件的導(dǎo)電性。陽極和陰極中的電解質(zhì)材料可包含或可不包含粘合劑材料。熱電池可由單個堆疊電池串組成或者兩個或更多的堆疊電池串的平行堆疊組成。電池堆疊可盡可能完全絕緣地放置在容器中，容器可由不銹鋼制成，且該容器例如通過焊接被密封以形成氣密性密封件?？商峁┐┻^標(biāo)準(zhǔn)玻璃至金屬密封件的電連接。
氧化銀鋅(SOZ)電池通常包含Ag2O或AgO陰極和Zn陽極。通常使用在SOZ電池中的電解質(zhì)是KOH或NaOH的水溶液。SOZ電池具有高能量密度，允許柔性配置，具有優(yōu)異的電壓調(diào)整并且證明是安全和可靠的。然而，SOZ電池通常僅具有2至5年的保存期，且SOZ電池通常在低溫操作，例如在4°C至70°C之間。因此，至少部分由于上述缺陷，SOZ化學(xué)物質(zhì)未使用在熱電池中。存在對可靠的較低溫度熱電池材料的持續(xù)的需求。也存在對包含這些材料并顯示出這些改進(jìn)的性能的原電池，例如熱電池的持續(xù)的需求。

發(fā)明內(nèi)容
提供了用于包含其陰極和陽極的熱電池的改進(jìn)的電解質(zhì)材料。通常，用作電解質(zhì)-隔板中、陽極中和/或陰極中的電解質(zhì)的KOH和NaOH的共晶配方(eutecticformulation)被提供以將SOZ電池的可靠性和性能帶給熱電池。 在一個方面，提供包含KOH和NaOH的共晶配方的電解質(zhì)。該共晶配方可包含約57wt % 的 KOH 和約 43wt % 的 NaOH。在另一個方面，提供包含KOH和NaOH的共晶配方的電解質(zhì)-隔板。該共晶配方可包含約57被％的1(0!1和約43被％的似0!1。電解質(zhì)-隔板可包含粘合劑，例如MgO。電解質(zhì)-隔板可包含相對于電解質(zhì)-隔板的全部重量約20wt%至約50wt%的粘合劑。在另一個方面，提供包含KOH和NaOH的共晶配方的陰極。該共晶配方可包含約57wt%的KOH和約43wt%的NaOH。陰極也可包含其它材料，例如Ag20、PbO2和Μη02。陰極可包含相對于陰極的全部重量約70wt%至約85wt%的其它材料。陰極可包含或可不包含粘合劑。在另一個方面，提供包含KOH和NaOH的共晶配方的陽極。該共晶配方可包含約57wt %的KOH和約43wt %的NaOH。陽極也可包含其它材料，例如Zn。陽極可包含相對于陽極的全部重量約70wt%至約90wt%的其它材料。陽極可包含或可不包含粘合劑。在另一個方面，提供包含陽極、陰極和電解質(zhì)-隔板的熱電池。陽極、陰極和電解質(zhì)-隔板的至少一個包含KOH和NaOH的共晶配方。使用KOH和NaOH的共晶配方的電解質(zhì)-隔板和電極可提供具有從約170°C至約300°C的電解質(zhì)熔點(diǎn)的電池或電池元件，其使得該電池或電池元件適于用作在特定的高溫應(yīng)用中不需要煙火(pyrotechinic)或其它激活機(jī)制的熱電池或電池元件。170°C至300°C的電解質(zhì)熔點(diǎn)比傳統(tǒng)熱電池的電解質(zhì)熔點(diǎn)低得多。存在與上述方面有關(guān)的特征的各種細(xì)化。進(jìn)一步的特征也可包含在上述方面中。以上方面、細(xì)化和其它特征可單獨(dú)存在或以任意組合存在。例如，與闡釋的實(shí)施方案的任一個有關(guān)的下面討論的各種特征可單獨(dú)或以任意組合包含在本發(fā)明的上述方面的任一個中。


圖1闡釋了根據(jù)本發(fā)明各個實(shí)施方案的電化學(xué)器件。圖2闡釋了根據(jù)在1. OA和200°C下的實(shí)施方案的熱電池的電壓軌跡圖。圖3闡釋了根據(jù)在0. 2A和200°C下的實(shí)施方案的熱電池的電壓軌跡圖。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)理解圖中的元件為了簡化和清楚被闡釋，并不必按比例繪制。例如，圖中一些元件的尺寸可相對于其它元件被放大以有助于提高對本發(fā)明的實(shí)施方案的理解。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明主要涉及適于包含在熱電池組件中的電解質(zhì)配方并涉及包含該電解質(zhì)材料的電池。圖1闡釋了根據(jù)各個實(shí)施方案的熱電池100并包含陽極102、電解質(zhì)-隔板104和陰極106。本發(fā)明的電解質(zhì)材料適于作為這些電池組件的任意一個或所有中的組成部分。如此處使用的，“電化學(xué)器件”可另稱為電池(且在一些實(shí)施方案中，指“熱電池”)、電容器、電池單元、電化學(xué)電池或類似物。應(yīng)理解，這些稱謂不是限制性的，而是涉及電極和電解質(zhì)之間的電子轉(zhuǎn)移的任意器件都包含在本發(fā)明的范圍內(nèi)。而且，電化學(xué)器件可稱為可提供能量至負(fù)載的單個或多個連接的電化學(xué)器件、電化學(xué)電池、電池或電容器，且對于特定的器件，此處的稱謂均不應(yīng)視為以任何方式限定本發(fā)明。在本發(fā)明的一個或更多的實(shí)施方案中，該電化學(xué)器件為熱電池。 可通過機(jī)械擠壓操作壓實(shí)粉末以制造薄片(即晶片(wafer))來制備熱電池100的組件。使用壓制組件的熱電池可通過以堆疊的方式組裝例如陽極102、電解質(zhì)-隔板104和陰極106，以及任選地?zé)嵩幢∑?如果適用于特定的電池設(shè)計(jì)和應(yīng)用)等各個組件來制備，。陽極102、電解質(zhì)-隔板104和陰極106的每一個各一個的組件構(gòu)成單個電化學(xué)電池。多個電池可串聯(lián)堆疊以制造熱電池。在這一點(diǎn)上，應(yīng)理解可使用非如圖1所示的熱電池設(shè)計(jì)而不脫離本發(fā)明的范圍。此外，非粉末壓實(shí)成待堆疊的薄片的方法也可用于熱電池構(gòu)建。這可包括例如帶式鑄模、網(wǎng)狀涂覆或涂漿操作等方法，以獲得例如使用在凝膠卷電池(jelly-roll battery)中的薄片或非薄片組件。KOH和NaOH的共晶配方可用作電解質(zhì)_隔板、陰極和/或陽極中的電解質(zhì)。在各個方面，KOH和NaOH的共晶配方可包含從約7wt%至約85%的KOH并可包含從約15 丨％至約93￥七％的恥011。例如，KOH對NaOH的重量比可為約40 60wt%;例如約41 59wt%；約 42 : 58wt ;約 43 : 57wt ;約 44 : 56wt ;約 45 : 55wt ;約 46 : 54wt % ；約 47 53wt%J4 48 52wt%J4 49 51wt % ;約 50 50wt%J4 51 49wt % ；約 52 : 48wt ;約 53 : 47wt ;約 54 : 46wt ;約 56 : 44wt ;約 57 : 43wt % ；約 58 42wt%J4 59 41wt%J4 60 40wt%J4 61 39wt%J4 62 38wt%J463 37wt%44 64 36wt%j4 65 35wt%。用作電解質(zhì)-隔板、陰極和/或陽極中的電解質(zhì)的KOH和NaOH的共晶配方具有從約170°C至約330°C的熔點(diǎn)。例如，KOH和NaOH的共晶配方可具有從約160°C至約315°C、從約160°C至約310°C、從約165°C至約305°C、從約170°C至約300°C、從約175°C至約295°C、從約180°C至約290 V、從約185 °C至約285 V、從約190°C至約280 V、從約195 °C至約275°C、從約200°C至約270°C、從約205°C至約265°C、從約210°C至約260°C、從約215°C至約255°C、從約220°C至約250°C、從約225°C至約245°C、從約230°C至約240°C或約235°C的熔點(diǎn)。具有這樣的熔點(diǎn)的共晶配方可用作熱電池的電解質(zhì)-隔板中、陰極中、和/或陽極中的電解質(zhì)。共晶配方的相對低的熔點(diǎn)可允許在例如井下采礦操作等高溫應(yīng)用期間激活(例如熔化)以上熱電池組件，而不需要煙火設(shè)備或其它激活組件。
通過物理地混合期望比率的KOH和Na0H(K0H/Na0H共晶)和粘合劑(例如MgO、Y2O3> A1203、BN、A1N、熱解法二氧化硅或粘土礦物例如高嶺石(包括已知富含高嶺石的高嶺粘土)，可任選地在高溫(例如，約300°C ±50°C )下熔化混合的KOH/NaOH共晶和粘合劑、研磨熔化的KOH/NaOH共晶和粘合劑，并任選地使研磨過的產(chǎn)品穿過篩子。在電解質(zhì)-隔板中可使用任意期望的量的粘合劑。在一個方面，電解質(zhì)-隔板可包含相對于電解質(zhì)-隔板的總重至少30%重量的粘合劑。在實(shí)施方案中，電解質(zhì)-隔板可包含相對于電解質(zhì)-隔板的總重例如約5%重量；約10%重量；約15%重量；約20%重量；約25%重量；約30%重量；約35%重量；約36%重量；約37%重量；約38%重量；約39%重量；約40%重量；約41%重量；約42%重量；約43%重量；約44%重量；約45%重量；約50%重量；或約55%重量的粘合劑。初始材料可為粉末或粒狀的形式且可在足以去除一定量的吸收的濕氣(如果存在)的溫度下干燥。濕氣可被盡量經(jīng)濟(jì)實(shí)用地去除并就選擇的制造工藝而言盡量的實(shí)用。通常，濕氣的量應(yīng)被降低至不會導(dǎo)致不可接受的量的陽極材料氧化或NaOH或KOH 二者之一潮解的水平。電解質(zhì)-隔板起始材料可被加熱，例如至從約100°C至約300°C的溫度，以從 該材料去除濕氣。物理混合可通過任意機(jī)械混合方法進(jìn)行，例如用手?jǐn)嚢杵鹗疾牧?、在渦輪攪拌器中攪拌該組分、在罐式磨機(jī)上滾動容器或類似方式。混合可進(jìn)行15分鐘至約2小時，取決于起始材料的總量和混合的方式。在混合完成之后，混合的粉末可從混合容器去除并放置入適于在高溫下熔化KOH/NaOH共晶和粘合劑材料的坩堝。示例的坩堝可由能承受需要熔化KOH/NaOH共晶和粘合劑材料的高溫并對熔化的電解質(zhì)-隔板材料的腐蝕效應(yīng)具有抵抗性的耐火材料形成。KOH/NaOH共晶和粘合劑材料在足以熔化混合物本體的溫度下熔化，例如，在至少約200°C或至少約300°C或甚至在至少約350°C。熔化方法可形成KOH/NaOH共晶和粘合劑的均勻混合物。取決于KOH與NaOH的比率，僅一部分混合物可在熔化過程中完全熔化。在熔化之后，所得熔化的KOH/NaOH共晶材料和粘合劑可被研磨。研磨對于少量可通過手使用研件或?qū)τ诖罅渴褂么笱心C(jī)例如震動磨機(jī)進(jìn)行。在研磨之后，研磨的KOH/NaOH共晶材料可穿過篩子以去除在研磨步驟中遺漏的任何大顆粒。大顆?？蛇M(jìn)行第二次研磨以將其尺寸降低至穿過該篩子。篩子的網(wǎng)孔尺寸根據(jù)用戶的偏好和目標(biāo)應(yīng)用是可變的。通常，研磨的電解質(zhì)-隔板的顆粒的尺寸不是關(guān)鍵的。然而，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)理解，顆粒尺寸應(yīng)與取決于電池設(shè)計(jì)的典型的電池制造操作一致。例如，帶式鑄模方法通常使用比壓片方法小的顆粒。當(dāng)壓片方法用于形成電解質(zhì)-隔板時，電解質(zhì)-隔板顆粒應(yīng)被過篩以便其足夠小以允許對模子適當(dāng)?shù)奶畛?，但足夠大以便其不滲透沖壓機(jī)和模子之間的間隙。在帶式鑄模方法中，顆粒應(yīng)足夠小以允許薄帶的鑄模。適當(dāng)?shù)念w粒尺寸范圍可由本領(lǐng)域技術(shù)人員容易地確定?；旌稀⑷刍?、研磨和過篩之后所得的粉末可隨后被擠壓成用作電解質(zhì)-隔板的薄片(即晶片)。薄片可通過水壓形成，其中粉末材料被引入薄片的模子中并使其平整(機(jī)械地或用手)。降低水的沖擊并將粉末壓縮成薄片(即晶片)。壓片的壓力不是關(guān)鍵的；然而，在壓片設(shè)備內(nèi)優(yōu)選使用該設(shè)備(例如，沖壓機(jī)和模子材料)的機(jī)械限制內(nèi)的接近最高可用壓力的壓力。
陽極材料可包含適于用于SOZ電池中的任意材料。該陽極可包含鋅或鋅合金，例如 Ba-Zn、Ca-Zn, Cd-Zn, Ce-Zn, Mg-Zn, N1-Zn, Sb-Zn 或 Yb-Zn 合金。鋅或鋅合金典型地為粉末的形式。為了改進(jìn)熱電池的性能，例如，對于給定的量的陽極材料，延長電池的壽命，陽極可被“充滿(flooded) ”以形成陽極-電解質(zhì)復(fù)合物，其中電解質(zhì)與陽極材料粉末混合且為被擠壓的陽極薄片的一部分。這種充滿允許離子不僅從陽極的內(nèi)緣而且從陽極薄片的本體流出。在陽極被充滿之處，陽極-電解質(zhì)復(fù)合物可通過任意的機(jī)械混合方法混合KOH/NaOH共晶和陽極材料而形成，所述機(jī)械混合方法為例如，用手?jǐn)嚢璩跏疾牧?、在渦輪攪拌器中攪拌該成分、在罐式磨機(jī)上滾動容器或類似方式。混合可進(jìn)行15分鐘至約2小時，取決于初始材料的總量和混合的方式。在一個方面，陽極-電解質(zhì)復(fù)合物可包含相對于陽極-電解質(zhì)復(fù)合物的總重至少 10wt%的KOH/NaOH共晶。例如，陽極-電解質(zhì)復(fù)合物可包含相對于陽極-電解質(zhì)復(fù)合物的總重約 IOwt;約 llwt*% ;約 12wt*% ;約 13wt*% ;約 14wt*% ;約 15wt*% ;約 16wt*% ;約17wt% ;約 18wt*% ;約 19wt*% ;約 20wt*% ;約 21wt*% ;約 22wt*% ;約 23wt*% ;約 24wt*% ;約25wt% ;約 30wt*% ;約 35wt*% ;約 40wt*% ;約 45wt*% ;或約 50wt*% 的 KOH/NaOH 共晶。包含KOH-NaOH共晶組分的陽極可包含或可不包含粘合劑材料。陽極材料或混合的陽極-電解質(zhì)復(fù)合物可被擠壓成用作陽極的薄片(即晶片)。薄片可通過水壓形成，其中粉末材料被引入薄片模子并使其平整(機(jī)械地或用手)。降低水的沖壓并將粉末壓縮成薄片(即晶片)。壓片的壓力不是關(guān)鍵的；然而，在壓片設(shè)備中優(yōu)選使用設(shè)備(例如，沖壓機(jī)和模子材料)的機(jī)械限制內(nèi)的接近最高可用壓力的壓力。陰極材料可用與陽極材料相同或相似的方式制備，以便粉末被混合并擠壓。根據(jù)本發(fā)明的各個實(shí)施方案，陰極包含在陰極中作為活性材料的金屬(例如Ag、Pb或Mn)或金屬氧化物(例如Ag2O、PbO2、MnO2)。類似于陽極粉末，陰極粉末可與電解質(zhì)混合以提供被充滿的陰極以改進(jìn)電池性能。在陰極被充滿之處，陰極-電解質(zhì)復(fù)合物可通過任意的機(jī)械混合方法混合KOH/NaOH共晶和陰極材料而形成。在一個方面，陰極-電解質(zhì)復(fù)合物可包含相對于陰極-電解質(zhì)復(fù)合物的總重至少15 〖％的KOH/NaOH共晶。例如，陰極-電解質(zhì)復(fù)合物可包含相對于陰極-電解質(zhì)復(fù)合物的總重約15wt% ;約16wt*% ;約17wt*% ;約18wt% ;約19wt*% ;約20wt*% ;約21wt% ;約 22wt*% ;約 23wt*% ;約 24wt*% ;約 25wt*% ;約 26wt*% ;約 27wt*% ;約 28wt*% ;約29wt% ;約 30wt*% ;約 31wt*% ;約 32wt*% ;約 33wt*% ;約 34wt*% ;約 35wt*% ;或約 40wt*% ；或約45wt % ；或約50wt %的KOH/NaOH共晶。陰極材料或混合的陰極-電解質(zhì)材料可隨后被擠壓成用作陰極的薄片(即晶片)。該KOH-NaOH共晶組分可包含或可不包含粘合劑材料。一旦被擠壓的組分被壓實(shí)成薄片，熱電池即可通過以堆疊的形式組裝包括陽極102、電解質(zhì)-隔板104、和陰極106的各組件來制備。如果適用于特定的電池設(shè)計(jì)，熱源薄片可任選地添加至該堆疊。陽極102、電解質(zhì)-隔板104、陰極106的每一個各一個的組件構(gòu)成單個電池(a single cell)。多個電池可串聯(lián)堆疊以制造熱電池(thermal battery)。如果該電池將用于具有處于或高于電解質(zhì)-隔板104的熔化溫度的溫度的環(huán)境中，則不必包含熱源薄片。實(shí)施例下面給出的以下非限定性實(shí)施例是本發(fā)明的特定示例性實(shí)施方案的各個方面的示例。此處反映出的組合物、方法和各個參數(shù)僅有意于示例本發(fā)明的各個方面和實(shí)施方案，而并非有意限定權(quán)利要求的范圍。實(shí)施例1測試具有包含KOH和NaOH共晶配方的電解質(zhì)-隔板和陰極的電池。使用具有56. 9 43. ^^%的KOH與NaOH的比率的KOH和NaOH共晶配方作為電解質(zhì)材料制備熱電池。通過稱重以上比率的KOH和NaOH并相對于KOH/NaOH共晶配方和MgO粘合劑的總重添加40wt%的MgO粘合劑來制備電解質(zhì)-隔板；稱重和所有的后續(xù)操作在干燥室中執(zhí)行。粉末被混入球磨機(jī)三十(30)分鐘。在混合之后，混合的KOH/NaOH共晶-粘合劑粉末被轉(zhuǎn)移至氧化鋁坩堝。混合的KOH/NaOH共晶-粘合劑在300°C熔化兩(2)小時。熔化的材料被移除、冷卻至室溫并使用研缽和杵研磨。研磨后的粉末使用標(biāo)準(zhǔn)方法被擠壓成薄片。通過混合以上KOH/NaOH共晶配方(無粘合劑)和氧化銀粉末制備氧化銀_電解質(zhì)陰極。作為非熔化粉末的三十(30) wt%的KOH/NaOH共晶配方被添加至粉末狀的氧化銀。KOH/NaOH共晶的重量百分比是基于KOH/NaOH共晶和氧化銀粉末的總重?；旌显谇蚰C(jī)中執(zhí)行三十(30)分鐘，隨后混合的粉末使用標(biāo)準(zhǔn)方法被擠壓成薄片。在金屬柵格、擠壓的電解質(zhì)-隔板薄片和擠壓的氧化銀陰極薄片上使用標(biāo)準(zhǔn)SOZ鋅陽極執(zhí)行單個電池測試。電池在200°C被放入兩個加熱的壓板(platen)之間的惰性氣體手套箱中。圖2示出了根據(jù)這一實(shí)施例的單個電池的放電曲線。當(dāng)施加電流時該電池具有初始電壓突降，從 1. 5V的OCV(開路電壓)下降至負(fù)值，隨后恢復(fù)并在 1. 2V的IA的基本負(fù)載(base load)運(yùn)行大約五(5)分鐘,每六十(60)秒具有5A的脈沖。實(shí)施例2對具有包含KOH/NaOH共晶配方的電解質(zhì)-隔板、陽極和陰極的電池的電壓跟蹤。使用具有實(shí)施例1中使用的比率的KOH和NaOH的共晶配方形成單個電池。除了MgO粘合劑以相對于KOH/NaOH共晶配方的總重的45wt%存在之外，以與實(shí)施例1的電解質(zhì)-隔板相同的方式制備電解質(zhì)-隔板；在干燥室中執(zhí)行稱重和所有隨后的操作。除了氧化銀粉末與相對于KOH/NaOH共晶和氧化銀的總重20wt%的未熔化的KOH/NaOH共晶混合之外，這一實(shí)施例中使用的陰極以與實(shí)施例1的陰極相同的方式形成。通過混合粉末狀的鋅與實(shí)施例1的相對于KOH/NaOH共晶和鋅的總重的15wt %的未熔化的KOH和NaOH共晶配方來制備陽極。混合在滾磨機(jī)中執(zhí)行三十(30)分鐘，且使用標(biāo)準(zhǔn)方法將混合的粉末擠壓成薄片。根據(jù)單個電池的測試，電池堆疊在壓縮下被加熱至200°C的溫度以保持薄片相互之間接觸。施加0. 2A的電流牽引。圖3示出了根據(jù)這一實(shí)施例的單個電池的放電曲線。單個電池在大于 1. 2V運(yùn)行約2300秒。單個電池測試不縮短壽命或經(jīng)歷非正?？s短的壽命，其表明電解質(zhì)在熱電池中作為電解質(zhì)-隔板薄片的作用。本發(fā)明的各種原理已描述在示例性實(shí)施方案中。然而，在本發(fā)明的實(shí)踐中使用上述配方、比例、元件、材料和組分的許多組合和修改，除了未特別描述的，均是可變的并特別地適于特定環(huán)境和操作需求而不脫離這些原理。本發(fā)明的其它變形和修改對本領(lǐng)域技術(shù)人員是顯而易見的，且這樣的變形和修改意欲被本發(fā)明覆蓋。當(dāng)介紹本發(fā)明或其優(yōu)選實(shí)施方案的元件時，“一”、“該”、“所述”有意表示存在一個或一個以上的元件。術(shù)語“包含”、“包括”和“具有”有意表示包括端點(diǎn)在內(nèi)的，并表示除了列出的元件之外還可存在其它元件。由于以上裝置和方法可作出各種變化而不脫離本公開的范圍，因此應(yīng)理解包含在以上說明書和示出于附圖中的所有內(nèi)容應(yīng)被解釋為示例性的 而不是限制性的。
權(quán)利要求
1.一種電解質(zhì)材料，包含 KOH和NaOH的共晶配方； 其中該電解質(zhì)材料在室溫下為固態(tài)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電解質(zhì)材料，其中在KOH和NaOH的共晶配方中，KOH與NaOH的比率為從約40 60wt%至約65 35wt%。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電解質(zhì)材料，其中在KOH和NaOH的共晶配方中，KOH與NaOH的比率為約57 43wt%。
4.一種電解質(zhì)-隔板,包含 權(quán)利要求1所述的電解質(zhì)材料；以及 粘合劑。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的電解質(zhì)-隔板，其中粘合劑選自Mg0、Y203、Al203、BN、AlN、熱解法二氧化硅和高嶺土。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的電解質(zhì)-隔板，其中粘合劑為MgO。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的電解質(zhì)-隔板，其中電解質(zhì)-隔板包含相對于電解質(zhì)-隔板的總重至少約20wt%的粘合劑。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的電解質(zhì)-隔板，其中電解質(zhì)-隔板為KOH和NaOH的共晶配方與粘合劑的均勻混合物。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電解質(zhì)材料，其具有約170°C至約300°C的熔點(diǎn)。
10.一種復(fù)合電極-電解質(zhì)，包含 陰極材料或陽極材料； 包含KOH和NaOH的共晶配方的電解質(zhì)材料；以及 任選的MgO粘合劑。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的復(fù)合電極-電解質(zhì)，其中在KOH和NaOH的共晶配方中，KOH與NaOH的比率為從約40 60wt%至約65 35wt%。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的復(fù)合電極-電解質(zhì)，其中在KOH和NaOH的共晶配方中，KOH與NaOH的比率為約57 43wt%。
13.根據(jù)權(quán)利要求10所述的復(fù)合電極-電解質(zhì)，其包含陰極材料，該陰極材料為金屬氧化物。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的復(fù)合電極-電解質(zhì)，其中陰極材料選自氧化銀、二氧化鉛和二氧化錳。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的復(fù)合電極-電解質(zhì)，其中陰極材料為氧化銀。
16.根據(jù)權(quán)利要求12所述的復(fù)合電極-電解質(zhì)，其包含陰極材料，該陰極材料為氧化銀。
17.根據(jù)權(quán)利要求14所述的復(fù)合電極-電解質(zhì)，其中復(fù)合電極-電解質(zhì)包含相對于電極-電解質(zhì)的總重至少15wt%的共晶配方。
18.根據(jù)權(quán)利要求10所述的復(fù)合電極-電解質(zhì)，其包含陽極材料，該陽極材料為鋅或鋅I=1-Wl O
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的復(fù)合電極-電解質(zhì),其中該復(fù)合電極-電解質(zhì)包含相對于電極-電解質(zhì)的總重至少10wt%的共晶配方。
20.根據(jù)權(quán)利要求12所述的復(fù)合電極-電解質(zhì)，其包含陽極材料，該陽極材料為鋅或氧化鋅。
21.一種電池，其包含 陽極材料； 陰極材料；以及 電解質(zhì)-隔板，其包含 KOH和NaOH的共晶配方；以及 粘合劑。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的電池，其中在KOH和NaOH的共晶配方中，KOH與NaOH的比率為從約40 60wt%至約65 35wt%。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的電池，其中在KOH和NaOH的共晶配方中，KOH與NaOH的比率為約57 43wt%。
24.根據(jù)權(quán)利要求21所述的電池，其中粘合劑選自MgO、Y203、A1203、BN、A1N、熱解法二氧化硅和高嶺土。
25.根據(jù)權(quán)利要求21所述的電池，其中粘合劑為MgO。
26.根據(jù)權(quán)利要求21所述的電池，其中電解質(zhì)-隔板包含相對于電解質(zhì)-隔板的總重約40wt %的粘合劑。
27.根據(jù)權(quán)利要求21所述的電池，其中陰極材料包含 KOH和NaOH的共晶配方； 選自氧化銀、二氧化鉛和二氧化錳的至少一種化合物；以及 任選的粘合劑。
28.根據(jù)權(quán)利要求27所述的電池，其中至少一種化合物為氧化銀。
29.根據(jù)權(quán)利要求27所述的電池，其中陰極包含相對于陰極的總重至少15wt%的共晶配方。
30.根據(jù)權(quán)利要求21所述的電池，其中陽極材料包含 KOH和NaOH的共晶配方； 鋅或鋅合金；以及 任選的粘合劑。
31.根據(jù)權(quán)利要求30所述的電池，其中陽極包含相對于陽極的總重至少10wt%的共晶配方。
32.根據(jù)權(quán)利要求27所述的電池，其中陽極材料包含 KOH和NaOH的共晶配方； 鋅或鋅合金；以及 任選的粘合劑。
33.根據(jù)權(quán)利要求32所述的電池，其中 在KOH和NaOH的共晶配方中，KOH與NaOH的比率為約57 43wt %。
陰極包含相對于陰極材料的總重至少15wt%的共晶配方； 陽極包含相對于陽極的總重至少10wt%的共晶配方。
34.根據(jù)權(quán)利要求21所述的電池，其中電解質(zhì)-隔板中的電解質(zhì)的熔點(diǎn)為從約170°C至約300℃。
全文摘要
一種用作電解質(zhì)或電解質(zhì)-隔板的KOH和NaOH的共晶配方。陽極和/或陰極可包含KOH和NaOH的共晶配方。一種電池，可包含具有KOH和NaOH的共晶配方的電解質(zhì)-隔板、陽極和/或陰極。電解質(zhì)-隔板中的電解質(zhì)可具有從約170℃至約300℃的熔點(diǎn)，使其適于在不需要用于特定的高溫應(yīng)用的煙火設(shè)備的熱電池中使用。
文檔編號H01M6/36GK103022526SQ20121050595
公開日2013年4月3日 申請日期2012年9月21日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月22日
發(fā)明者G·斯維夫特 申請人:伊格皮切爾科技有限責(zé)任公司