一种热电池复合保温结构及其在制备热电池中的应用制造技术

本发明专利技术公开了一种热电池复合保温结构及其在制备热电池中的应用，该复合保温结构包括真空保温腔体、气凝胶保温层、反射红外辐射层、吸气材料和电池盖板，所述真空保温腔体的壳体的侧壁上设有凹槽，所述气凝胶保温层设于所述凹槽内和真空保温腔体的上端，所述反射红外辐射层设于所述真空保温腔体内部，所述吸气材料设于所述真空保温腔体内部的底部，所述电池盖板设于所述真空保温腔体和所述气凝胶保温层的上端。本发明专利技术提供的热电池复合保温结构能显著延缓热电池工作过程中电堆温度的下降，提升热电池的热寿命。

A thermal cell composite insulation structure and its application in the preparation of thermal cell

The invention discloses a composite thermal insulation structure of a thermal battery and its application in the preparation of a thermal battery. The composite insulation structure comprises a vacuum insulation cavity, an aerogel insulation layer, a reflecting infrared radiation layer, an air suction material and a battery cover plate, wherein the side wall of the shell of the vacuum insulation cavity is provided with a groove, and the aerogel insulation layer is arranged in the groove and the upper end of the vacuum insulation cavity. The reflecting infrared radiation layer is arranged inside the vacuum insulation cavity, and the suction material is arranged at the bottom of the vacuum insulation cavity, and the battery cover plate is arranged at the upper end of the vacuum insulation cavity and the aerogel insulation layer. The thermal battery composite insulation structure provided by the invention can significantly delay the temperature drop of the electric stack during the working process of the thermal battery, and improve the thermal life of the thermal battery.

【技术实现步骤摘要】
一种热电池复合保温结构及其在制备热电池中的应用
本专利技术涉及热电池应用
，具体涉及一种热电池复合保温结构及其在制备热电池中的应用。
技术介绍
热电池又称热激活电池，是以共晶熔融盐作为电解质，利用电池自身的加热系统使电解质融化而激活的一次贮备电池，具体地，可使用电激活或机械激活等方式引燃内部烟火源，在短时间内释放大量的热量令共晶熔融盐由固态变为液态电解质，从而使得接触电解质的正负极发生电化学反应并开始供电的一种一次电池。热电池是依靠内部热量工作的一种电池，热电池的综合性能极大地依赖于电池的保温设计和保温材料的保温性能，这是因为热电池适宜的工作温度范围较窄，通常为400～520℃，高于和低于该温度段热电池将不能发挥最佳性能甚至不能正常工作；这也就导致热电池必须具备良好的保温措施才能令其在长时间如大于半小时内维持共晶熔融盐的熔融温度，否则一旦内部温度降低到相变温度以下，共晶熔融盐会立即从液态转变为固态，导致反应立刻终止。而由传热学原理可知，热电池工作时的内部温度与环境温度存在几百摄氏度的温差，如此大的温度梯度使得热电池内部的热量快速向外部低温环境逸散，而由能量守恒可知，电池一旦激活后，内部热能不断减少，电池表面温度就会不断升高，这种趋势不能阻断，只能通过相关手段减缓。短寿命热电池通常以硅酸铝纤维毡、石棉纸等作为保温材料，中长寿命热电池一般则使用纳米气凝胶材料作为保温材料，如美国ThermalCeramic公司研发的Min-K材料，英国Microtherm公司研发的Microtherm保温材料都属于该类材料。纳米气凝胶材料导热系数通常在0.025～0.040W/m/K之间，其虽是目前公开报道的针对热电池最好的保温材料，能较好的满足中短寿命热电池的要求，但对长寿命热电池而言并不理想，仍存在以下突出问题：第一，单独使用纳米气凝胶材料作为保温材料的热电池在长寿命和小型化方面存在矛盾，两者很难同时兼顾，特别是对于寿命超过1小时的热电池，这是因为长寿命热电池对保温性能的要求很高，而纳米气凝胶材料的保温性能并不十分理想，为了达到好的保温效果，所需的保温层厚度大，相应地体积很大，难以实现热电池小型化的要求；第二，单独使用纳米气凝胶材料作为保温材料时，由于传热较快，热电池表面温度高，存在影响电池周围其它电子元器件工作可靠性的潜在风险。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种热电池复合保温结构及其在制备热电池中的应用，该复合保温结构具有较好的保温效果，能显著延缓热电池工作过程中电池电堆温度的下降，提升热电池的热寿命，同时还能显著降低热电池的表面温度，以解决现有的热电池保温效果差及寿命短的问题。本专利技术的目的是通过以下技术方案来实现的：一种热电池复合保温结构，包括真空保温腔体、气凝胶保温层、反射红外辐射层、吸气材料和电池盖板，所述真空保温腔体的壳体的侧壁上设有凹槽，所述气凝胶保温层设于所述凹槽内和真空保温腔体的上端，所述反射红外辐射层设于所述真空保温腔体内部，所述吸气材料设于所述真空保温腔体的内部的底部，所述电池盖板安装于所述真空保温腔体的上端。进一步地，所述真空保温腔体的壳体由不锈钢、可伐合金、钛合金或工业纯钛材料制成。进一步地，所述吸气材料为蒸散型吸气材料、非蒸散型吸气材料中的任一种或其组合。进一步地，所述吸气材料为钛、锆、铪、铱、铝、铁、钴、锰中的任一种或其组合。进一步地，所述气凝胶保温层由纳米二氧化硅气凝胶或纳米二氧化锆气凝胶制成。进一步地，所述反射红外辐射层由反射材料制成且焊接在所述真空保温腔体内部，所述反射材料为铜箔、金箔或银箔中的任一种或其组合。进一步地，所述真空保温腔体的底部设有排气口。一种热电池复合保温结构在制备热电池中的应用，所述热电池采用上述的热电池复合保温结构，所述真空保温腔体设于电池电堆的外侧和下端。本专利技术的有益效果是：1)本专利技术的热电池复合保温结构采用真空保温层即真空保温腔体、气凝胶保温层和反射红外辐射保温层三层相复合保温的结构，应用到热电池，其抑制传热分别对应气体对流传热、固体传热和红外辐射传热三种方式，真空保温层的等效导热系数约为0.014W/m/K，低于气凝胶材料的导热系数，这种复合结构充分结合了真空保温可以消除几乎全部的气体对流传热，气凝胶材料具有低固体传热及红外反射材料具有降低辐射传热的优点。具体而言，反射红外辐射层紧临电池电堆能反射大量热量完成第一级抑制传热，气凝胶保温层的低固体传热又能进一步降低能量向外传递，在者，真空保温层具有很低的导热系数，可以消除真空保温腔体内几乎全部的气体对流传热，这三层结构层层递进，通过层层的对热传递的阻断能获得比单独使用气凝胶保温材料更优的保温效果，从而有助于热电池小型化的要求；相比单独使用纳米气凝胶保温层，本专利技术的热电池三层保温层结构传热较慢，热电池表面温度低，降低了影响电池周围其它电子元器件工作可靠性的潜在风险。2)本专利技术的真空保温腔体壳体内周侧侧壁设有的凹槽结构，大大延长了真空保温腔体壳体材料的传热路径，此外，凹槽中填充的气凝胶保温层能抑制气体对流传热且具有低的固体导热，进一步提高了保温效果，同时还能减小热电池外表温度的上升。3)本专利技术提供的复合保温结构，其真空保温层腔体的内部设有吸气材料，该吸气材料不仅能吸收壳体材料在热电池工作过程中因温度升高而放出的气体，同时还能在复合保温结构贮存期间持续吸收渗透进入真空保温腔体内部的微量气体，有利于热电池真空保温腔体内真空度的保持，因而具有长的真空度保持寿命。附图说明图1为本专利技术的热电池复合保温结构的示意图；图2为应用复合保温结构和气凝胶保温筒的热电池模拟电堆中心温度随时间变化曲线图；图中，1-真空保温腔体，101-凹槽，2-气凝胶保温层，3-反射红外辐射层，4-吸气材料，5-排气口，6-电池电堆，7-电池盖板。具体实施方式下面将结合实施例，对本专利技术的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域技术人员在没有付出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。参阅图1-2，本专利技术提供一种技术方案：请参照图1，一种热电池复合保温结构，包括真空保温腔体1、气凝胶保温层2、反射红外辐射层3、吸气材料4和电池盖板7，所述真空保温腔体1的壳体的侧壁上设有凹槽101，所述气凝胶保温层2设于所述凹槽101内和真空保温腔体1的上端，所述反射红外辐射层3设于所述真空保温腔体1内部，所述吸气材料4设于所述真空保温腔体1的内部的底部，所述电池盖板7安装于所述真空保温腔体1的上端。优选地，所述真空保温腔体1的壳体由不锈钢、可伐合金、钛合金或工业纯钛材料制成。本专利技术的上述保温结构采用真空保温层即真空保温腔体1、气凝胶保温层2和反射红外辐射层3三层相复合保温的结构，应用到热电池，其抑制传热分别对应气体对流传热、固体传热和红外辐射传热三种方式，真空保温层的等效导本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种热电池复合保温结构，其特征在于：包括真空保温腔体(1)、气凝胶保温层(2)、反射红外辐射层(3)、吸气材料(4)和电池盖板(7)，所述真空保温腔体(1)的壳体的侧壁上设有凹槽(101)，所述气凝胶保温层(2)设于所述凹槽(101)内和真空保温腔体(1)的上端，所述反射红外辐射层(3)设于所述真空保温腔体(1)内部，所述吸气材料(4)设于所述真空保温腔体(1)的内部的底部，所述电池盖板(7)安装于所述真空保温腔体(1)的上端。/n

【技术特征摘要】
1.一种热电池复合保温结构，其特征在于：包括真空保温腔体(1)、气凝胶保温层(2)、反射红外辐射层(3)、吸气材料(4)和电池盖板(7)，所述真空保温腔体(1)的壳体的侧壁上设有凹槽(101)，所述气凝胶保温层(2)设于所述凹槽(101)内和真空保温腔体(1)的上端，所述反射红外辐射层(3)设于所述真空保温腔体(1)内部，所述吸气材料(4)设于所述真空保温腔体(1)的内部的底部，所述电池盖板(7)安装于所述真空保温腔体(1)的上端。


2.根据权利要求1所述的热电池复合保温结构，其特征在于：所述真空保温腔体(1)的壳体由不锈钢、可伐合金、钛合金或工业纯钛材料制成。


3.根据权利要求1所述的热电池复合保温结构，其特征在于：所述吸气材料(4)为蒸散型吸气材料、非蒸散型吸气材料中的任一种或其组合。


4.根据权利要求3...

【专利技术属性】
技术研发人员：董亮平，王超，刘联，曹勇，杨潇薇，高晨阳，崔益秀，刘效疆，兰伟，李晓兵，李立，宋学兵，
申请(专利权)人：中国工程物理研究院电子工程研究所，
类型：发明
国别省市：四川;51