熱電池主要應用於當今高新技術武器中，日益發展的現代化武器對熱電池也提出了更高的效能和使用的要求，下面是小編蒐集整理的一篇探究熱電池正極材料應用的論文範文，歡迎閱讀參考。
[摘 要]本文結合熱電池的基本概念，分析熱電池正極材料的一般分類及其具體特徵，並探討熱電池正極材料的發展方向。
[關鍵詞]熱電池;正極材料;合成方法;發展趨勢
一、熱電池正極材料必須具備的效能特徵
熱電池主要由基片、正極、負極、電解質、加熱系統及保溫材料組成，其中熱電池的電極材料對熱電池的電化學效能影響最為關鍵。作為熱電池的正極材料，需具備以下一些特點： 能夠提供一個固定的放電平臺;較高的熱穩定性： 減少熱分解和由分解產物引起的相關的化學反應，這些分解產物可以產生額外的自放電;電子導電性：以減少陰極的電阻;在熔鹽電解質中陰極材料的溶解性低， 以減少自放電反應以及隨之產生的能量損耗;非嵌入式(多相)放電;環境友好(綠色)。原則上講，具有氧化性的物質，如硫酸鹽、氧化物、硫化物、鉻酸鹽、磷酸鹽等均可作為熱電池的正極材料，但所使用的正極材料要具有很好的效能，滿足各種不同的設計要求，真正有價值的很少。
二、熱電池的正極材料
1、氧化物正極材料
過渡族金屬的氧化物正極材料主要有V2O5、MnO2 等，作為以鈣、鎂、鋰合金為陰極的熱電池正極活性物質。它具有較高的放電電壓，但熱穩定性較差，且高溫時易脫氧，化學穩定性差，易於與鹵化物電解質發生反應，電子的導電性差，容量較小。過渡族氧化物一些單一的高價氧化物具有較高的峰值電壓，但工作壽命和比能量明顯降低，主要是因為放電電壓
下降過快。近年來鋰化V2O5 正極的研究越來越深入，研究發現鋰化的氧化釩正極材料具有更高的電壓和更好的熱穩定性，但由於鋰化的氧化釩正極材料的庫侖比容量比較低，影響熱電池的後期放電電壓。以鋰化氧化釩為主，新增一定比例的二硫化鐵製成複合的正極材料，其綜合性能優於鋰化的氧化釩和二硫化鐵兩種單一正極材料，將其應用於長壽命的熱電池中，取得了很好的效果。
2、FeS2正極材料
目前，熱電池正極材料的研究主要集中在過渡金屬的二硫化物上，並已成功應用。但是，二硫化物正極材料仍然有它的缺點。它的單體電壓偏低，空載電壓只有2 V 左右，不利於進一步提高電池比能量;正極活性物質在高溫時易分解， 導致電池不能長時間放電，比能量受限;放電初期有脈衝電壓峰存在，影響電池的電壓精度。因此，人們一直沒有間斷過對
新型熱電池正極材料的探索。FeS2是鋰系熱電池中最常用的正極材料， 它的主要特點是資源豐富， 可以直接從黃鐵礦中加工得到，價格便宜，電效能穩定。FeS2正極材料常應用於
短壽命熱電池。相對於長壽命熱電池而言，由於二硫化鐵熱穩定性較差，在熱電池的工作溫度下(500℃左右)，發生嚴重的熱分解反應，造成電容量損失，所以FeS2正極材料的熱穩定性有待於提高。
2、CoS2正極材料
CoS2是針對FeS2的弱點而製備的一種新型正極材料，包含了先進正極體系所要求的'很多優點，即：優良的熱穩定性(在接近650℃時，CoS2仍然保持熱穩定性，這個溫度比FeS2高大約100℃)、優良的化學穩定性(CoS2材料既不像FeS2材料在電解質中明顯溶解，也不像FeS2向負極明顯擴散;與FeS2相比較，CoS2正極所導致的自放電和熱損失可忽略不計)和近似於金屬的電導率(保證了電池的阻抗最小)。
3、氯化物正極材料
金屬氯化物(如NiCl2、FeCl3 等)是可替代二硫化鐵較為理想的正極材料之一，具有較高的開路電壓，理論容量高，放電電流密度大，電極電位較正。以它作為熱電池的正極材料，已研製出容量大，功率大，壽命長的實用熱電池，展現出了十分良好的前景。以NiCl2為例，它的穩定性好，具有優良的電化學效能，在熔鹽中的電極電位很正，700℃時，在氯化物熔鹽電解質中的電極電位為2.36V。[1]但氯化物穩態放電電壓較低，啟用時間較長，電阻較高，技術仍不成熟，要同時輸出大功率密度和能量密度仍然存在困難。
4、鉻酸鹽正極材料
鉻酸鹽也應用於鈣系熱電池中。以鉻酸鈣為例，CaCrO4 為黃色晶體，屬四方晶系，在800℃以上發生分解。通常CaCrO4 與LiCl- KCl 電解質混合成正極活性物質，CaCrO4 在LiCl- KCl 熔鹽電解質中呈現出很強的氧化性，其在熱電池中的電化學反應式為：
2CaCrO4+6e=Cr2O3+2CaO+3O2-
生成的不溶性還原產物對所有的水溶液都有很強的抗腐蝕性，還能抵抗電化學的再氧化對電池效能造成不良的影響。
三、常用的合成方法
熱電池正極材料的電化學效能嚴格地受原料及製備技術的影響，為了獲得性能更優異的正極材料，人們不斷探索合成正極材料的技術。目前，正極材料的製備方法很多，通常採用固相合成法、水熱法、溶劑熱法等。
1、 固相合成法
固相合成是將固體原料按一定比例混合均勻，各原料之間處於充分接觸的狀態，在設定的溫度下，焙燒一定時間，冷卻至室溫，粉碎篩分製得陶瓷粉體的一種製備方法。根據焙燒的溫度不同，把焙燒在400℃以上者稱為高溫固相法，低於400℃焙燒者稱為低溫固相法。[2]固相法合成熱電池正極材料主要有兩個過程：配料和焙燒。以硫化物為例，基本步驟如下：將高純粉體研磨並充分混合均勻，可以增大反應物之間的接觸面積，使原子或離子的擴散運輸比較容易進行，以增大反應速度。然後將粉末放入高溫容器內進行焙燒，培燒過程的主要作用是使原料各組份間發生化學反應，形成具有一定晶格結構的基質，並且啟用進入基質，焙燒的條件直接影響正極材料的電化學效能。
2、水熱法
水熱法是通過原料化合物與水在高壓釜內一定溫度和壓力下進行的反應，併合成化合物的一種粉體制備方法。它屬於溼化學方法的一種。近幾年來，水熱法在合成熱電池正極材料中取得了很大的進展。採用水熱法制備熱電池正極材料是在特製的密閉反應容器(高壓反應釜)中進行，採用水溶液作為反應介質，水作為傳遞壓力的媒介，同時在高壓下，絕大多數的反應物均能部分溶解於水，促進了反應在液相或氣相中進行。
3、溶劑熱法
將反應物按一定比例放入密封的壓力容器(高壓反應釜)中，以有機溶劑作為介質，在高溫高壓的條件下進行的化學反應制得粉體的一種方法。這種方法在合成熱電池正極材料應用非常廣泛，溶劑處在高於其臨界點的溫度和壓力下，可以溶解絕大多數物質，從而使常規條件下不能發生的反應可以進行，或加速進行。在合成正極材料時選擇溶劑需要非常注意，溶劑在反應過程中控制晶體的生長，使用不同的溶劑可以得到不同形貌的產品，因此電化學效能也不同。
四、熱電池正極材料的展望
熱電池主要應用於當今高新技術武器中，日益發展的現代化武器對熱電池也提出了更高的效能和使用的要求：一是進一步提高熱電池的效能，如比功率、比能量、啟用時間、熱穩定性、化學穩定性等;二是進一步提高熱電池的使用壽命;三是減小熱電池的體積及質量;四是要求熱電池具有較短的啟用時間。【3】這就對熱電池的組成材料提出了更高的要求，尤其是對熱電池的正極材料。高電壓的正極材料的開發與成功應用， 可以充分發揮鋰合金負極的潛在優勢， 提高電池單體的比功率和比能量，有利於電池的小型化，豐富熱電池系列和品種，以更好地滿足武器系統對熱電池的需求。
參考文獻
[1] 劉傑，種晉，高文明.熱電池硫化物正極材料製備研究進展[J].電源技術.?2009(02)
[2] 趙晶.熱電池正極材料氯化鎳的效能研究[J].電源技術.2006(08)
[3] 許小靜，段柏華，曲選輝，李平.熱電池電極材料的研究進展[J].稀有金屬與硬質合金.2006(03)