赵文莉，潘志鹏，王京亮，唐军，何永浩
贵州梅岭电源有限公司，贵州遵义，563003
摘要：本文对新型类陶瓷材料在热电池中的隔热作用进行研究。通过电子负载测试系统对单元电池进行电性能测试，通过温度记录仪记录激活后的单元电池表面温度数据，试验结果表明，与未涂覆类陶瓷材料的单元电池相比，涂覆类陶瓷材料的单元电池表面温度更低。放电4000s时，涂覆无色类陶瓷材料比涂覆黑色类陶瓷材料的单元电池表面温度低3.6℃。在0.1A/cm2电流密度下放电，涂覆无色类陶瓷材料的单元电池工作时间更长。
关键词：热电池，类陶瓷材料，隔热
1 引言
热电池属于熔盐电池[1]，电解质常温下为不导电的固体，使用时激活热电池，电解质熔化成离子导体[2]，从而对外输出电能。热量是保证热电池长时间工作的关键[3]，为降低放电后期热量散失速度，需要高效保温隔热技术。
常用方法是采用导热系数低的气凝胶材料作为包裹层进行热电池保温。在单元电池壳体上涂覆隔热材料是另一种有效的保温隔热途径。新型隔热类陶瓷材料使用高温岩浆萃取物及其他特殊材料，运用纳米工艺制程，涂覆于材料表面，具有常温快干、耐高温、高硬度、高附着力、耐酸碱盐、绝缘、防UV等特性。本文对新型隔热类陶瓷材料在热电池中的应用进行研究。
2 实验
2.1 隔热材料涂层制备
通过涂覆设备将类黑色类陶瓷材料、无色类陶瓷材料涂覆于不锈钢单元电池壳体内表面和不锈钢单元电池盖（朝单元电池内部一面），压缩空气喷涂，涂料厚度为60微米，采用自干的干燥方式，48h后使用，试验部件见图1。
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2.2 单元电池制备
实验采用正极为FeS2，隔膜为LiF-LiCl-LiBr电解质和MgO的混合物，加热材料为Fe和KClO4的混合物，负极为LiB合金。先将正极和隔膜粉料压制成尺寸为Φ82mm的复合片。将制备的复合片、负极片、加热片等组装成单体电池，由17个串联的单体电池并联17个串联的单体电池并联17个串联的单体电池组成电池堆，然后组装成单元电池，单元电池的尺寸为Φ90mm×200mm。单元电池1没有涂覆类陶瓷材料，单元电池2涂覆类黑色类陶瓷材料，单元电池3涂覆无色类陶瓷材料。
2.3电性能测试
采用电子负载测试系统对单元电池进行放电测试同时采集放电数据。
2.4表面温度测试
采用温度记录仪记录激活后的单元电池中部外表面温度数据。
3 结果与讨论
3.1 类陶瓷材料对热电池表面温度的影响
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从图2可以看出，与未涂覆类陶瓷材料的单元电池相比，涂覆类陶瓷材料的单元电池表面温度低30℃～40℃。放电1000s时，涂覆无色类陶瓷材料比涂覆黑色类陶瓷材料的单元电池表面温度低2.5℃；放电4000s时，涂覆无色类陶瓷材料比涂覆黑色类陶瓷材料的单元电池表面温度低3.6℃，放电后期表面温度差距增大。两种类陶瓷材料均具有单向导热性能，类陶瓷材料涂覆于单元电池壳体内表面，将热量反射回电池堆，达到良好的隔热保温效果。黑色类陶瓷材料是微米级，无色类陶瓷材料是纳米级。与黑色类陶瓷材料相比，无色类陶瓷材料热传系数低1100k，是其隔热效果更强的主要原因。
3.2 类陶瓷材料对单元电池工作时间的影响
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由图3可知，与未涂覆类陶瓷材料的单元电池相比，涂覆类陶瓷材料的单元电池工作时间更长。截止电压为1.5V时，涂覆无色类陶瓷材料比涂覆黑色类陶瓷材料的单元电池工作时间延长5s。由于无色类陶瓷材料的隔热保温效果更强，电池堆的温度更高，内阻更小，因此涂覆无色类陶瓷材料的单元电池工作时间更长。
4 结论
研究发现，与未涂覆类陶瓷材料的单元电池相比，涂覆类陶瓷材料的单元电池表面温度更低，工作时间更长。放电4000s时，涂覆无色类陶瓷材料比涂覆黑色类陶瓷材料的单元电池表面温度低3.6℃。在0.1A/cm2电流密度下放电，涂覆无色类陶瓷材料的单元电池工作时间更长。无色类陶瓷材料的比类黑色类陶瓷材料热传系数低1100k，隔热效果更强。
参考文献
【1】郭炳焜, 李新海. 化学电源-电池原理及制造技术[M]. 中南工业大学出版社, 2000.
【2】uidotti RA, Masset P. Thermally activated (“thermal”) battery technology Part I: An overview. J Power Sources. 2006;161(2):1443-9.
【3】Masset PJ, Guidotti RA. Thermal activated (“thermal”) battery technology Part IIIb: Sulfur and oxide-based cathode materials. J Power Sources. 2008;178(1):456-66.