热电池FeS2正极丝网印刷薄膜化制备研究

　　摘要：采用丝网印刷薄膜电极镧备工艺.将FeS2与电解质.导电剂混合，印至基体表面，经真空干燥，制成薄膜正极，其厚度为0.4~0.5 mm.与USi合金负极和LiCI-KCI低共熔电解质组成单体电池，将3个单体电池串联封装制成热电池.常温分别以45Ω和4.5Ω恒阻放电，其放电曲线平缓，峰值电压分别达到6.59V和6.12V.相比现有粉末压片工艺制备的电池.其单体电池峰值电压提高0.15 V.通过选用不同薄膜基体材料，可使热电池满足不同需求.初步研究表明.新工艺更能适应当前热电池大功率小型化长寿命发展的需要.

　　热电池义叫熔盐电池，它是以熔盐作为电解质，利用机械激活装置或电激活装置使电解质瞬间熔化并对外输出电流的一次储备电池.热电池由于其比能量和比功率高.环境适应力强.贮存时间长.激活速度快.不需要维护等优点，自第二次世界大战末期被发明以来得到了快速的发展，主要作为引信和引爆电源而广泛应用于智能导弹.鱼雷.火炮及核武器等军事领域，成为武器装备的首选电源.然而，相比武器装备的日新月异，热电池技术明显滞后，这在一定程度上制约了先进武器的发展.当前热电池生产普遍为劳动密集型，电极采用粉末压片制备工艺，该工艺存在较多缺点：（1）大面积粉末压片难度大；（2）制备环境严格，要求相对湿度小于2%;（3）正极活性物质和添加的电解质导电剂之间混合均一性在微观上极难控制，这在多元电解质的混合中更加明显，混料的不均匀使正极乃至整个热电池内阻增加，降低了热电池的整体性能，对武器装备影响甚大.正是由于上述缺点，热电池电极制备T艺亟需得到改进.

　　膜电极技术作为电池领域的研究热点在最近几年得到了较快的发展和应用，尤其在锂离子电池、太阳电池、燃料电池.但将膜电极技术应用至热电池的研究，至今还寥寥无几.

　　黄思玉等人通过在不锈钢片上电镀一层铁膜，使其在石英管中与硫反应生成FeS2,薄膜，组成热电池单体电池后分别以500和750 mh/cmz的电流密度进行放电，其空载电压达到2.05 V,这与现有电极粉末压片制备工艺一致，此外该工艺制备薄膜电极操作复杂，时问间隔长，且不适合批量规模化制备.Ronald等人采用等离子喷涂的方法使FeS2,覆盖于304不锈钢基体制成正极.相比现有粉末压片工艺制备的正极，高温和低温时等离子喷涂工艺制备的正极其放电性能均有较好的表现，但其在放电初始阶段会出现明显的电压尖峰，降低了电压的精度，对用电器不利.本文提出在热电池正极制备过程中引入丝网印刷薄膜化工艺的设计思想，针对发泡铜和柔性石墨两种基体正极的放电性能进行了研究.

　　1实验

　　1.1薄膜正极及电池制备

　　采用丝网印刷薄膜电极制备工艺，将一定量FeS2

　　与Li.C1-KCI电解质.超导碳黑导电剂混合均匀后，印至基体表面，经真空干燥，平压，制成薄膜正极.电解质隔膜LiCl-KCI+MgO（自制）和负极LiSi合金均采用传统粉末压片工艺，由模具压制成片，叠加制成单体电池，直径17 mm,有效工作面积2.27cm2.加热片由四氧化三铅.锆粉和石棉制成，共4片.引燃片由铬酸钡.钴粉和石棉制成.负极片和电解质隔膜均由现有粉末压片制备工艺制成，将3个单体电池串联封装制成热电池.

　　1.2粉末压片正极及电池镧备

　　采用现有粉末压片工艺制备正极，将正极片.电解质隔膜.负极片分别由FeS2.LiCI-KCI+MgO（自制）及LiSi合金粉置于模具经3次粉末压制形成单体电池，其余同上.

　　1.3材料表征及放电性能测试

　　采用日立S-3400N型扫描电子显微镜观察样品表面形貌.常温下对热电池恒阻放电，至单体电池平均电压为1.5 V时终止.采用Nicolet Data Acquisition System对热电池放电数据进行采集记录.