引言：热电池又叫熔盐电池，是一种具有极高可靠性、一次性使用的电池产品。热电池未激活前，电解质为不导电固体，绝缘电阻可达2000MΩ以上；工作时通过外部能量引燃自身的加热系统，使得电解质熔融成离子导体，实现电能的输出。由于具有贮存时间长、比功率高、激活迅速可靠、贮存期免维护等优势，热电池广泛应用于各类航天航空装备，是一种具有战略地位的特种化学电源。随着武器系统对热电池提出更高的要求以来，正极材料就成为了热电池发展的短板。近年来，有很多研究不停探索新型热电池正极材料，但结果不如人意。此外，一种新材料从开发到实际使用需要较长的周期。因此，为了满足武器系统短期未来的需求，在进行新材料开发的同时，也需要一种见效快的发展方向。本文第一节阐述了现有热电池正极材料的特点，第二节讨论复合正极的优劣，第三节对指出热电池未来的发展趋势，最后对全文进行总结。
一、热电池正极材料
目前使用最广泛的热电池正极材料是二硫化铁和二硫化钴。二硫化铁是一种半导体材料，自然界储量丰富、价格低廉，作为热电池正极材料时放电性能稳定；但是，由于自身热稳定性差且分解温度处于热电池工作温度范围内，这使得电池在工作时活性物质热分解损失大，且分解产物可能与负极发生剧烈放热反应导致热失控。因此二硫化铁多用于短寿命热电池。为了寻找更理想的正极材料，Northrop Grumman公司开发了二硫化钴。二硫化钴正极材料相较于二硫化铁而言，其在电解质中的溶解度低，电池工作时自放电损失更小；电阻率低（0.002Ω·cm），可以显著降低放电时的欧姆极化；分解温度高（650℃），可以减少由于热分解导致的活性物质损失和降低电池热失控的风险。高电导率和高热稳定性使得二硫化钴正极材料具有瞬时高功率放电的能力。然而，二硫化钴正极材料不能从大自然中直接提取，必须人工合成，使得其价格高昂。此外，二硫化钴单体电压低于二硫化铁单体电压约0.1V且电化当量更小，所以在同等容量下，二硫化钴热电池比二硫化铁热电池更高，更重。
镍的氯化物、硫化物也是现在正在研究和尝试使用的热电池正极材料。氯化镍由于理论容量高，电极电位高、价格低廉，放电电流密度大等特点，被认为一种理想的高比功率正极材料，但是由于其吸水性强，导电性差且激活时间较长，自身及放电产物在电解质中溶解度高容易导致电池短路。因此，尽管有研究提出了解决导电性差和激活时间较长的方法，但是在制备出与氯化镍相匹配的电解质之前，氯化镍很难被投入使用。二硫化镍分解温度和导电性均处于二硫化铁和二硫化钴之间，比能量高于二硫化钴和二硫化铁，理论上是一种更好的正极材料。但是，由于二硫化镍的离子电导率低，锂离子在正极材料中扩散较慢，使得二硫化镍实际放电容量远低于理论容量，这限制了其在热电池领域的应用。
目前尚在探索的新型正极材料包含第一过渡系列金属、第二过渡系列金属和部分高熔点金属的硫化物、氯化物、氟化物和氧化物等。硫化物主要有二硫化钼、二硫化钨和三硫化锆，三者相较于传统硫化物正极具有独特的优势，值得继续研究。氯化物主要指氯化钯，其综合电性能不突出且制备复杂，实用性不高。氟化物主要指氟化亚铁、氟化铁和氟化镍，三者理论电位高，热稳定性好，是非常具有前景的正极材料，但是由于氟化物与现有电解质存在相似相溶情况，因此，想要实际应用还需要开发适配的熔盐电解质。氧化物主要指钒氧化物，研究表明其作为正极材料时电压下降快且与电解质发生反应，实用性也不高。
二、复合正极材料
由于单金属正极材料存在固有缺陷，因此使用单金属正极材料设计的热电池无法通用于各类武器装备。为此，复合正极应运而生。所谓复合正极是指将两种或两种以上的单金属正极材料按照一定比例，通过一些工艺手段进行混合，从而得到一种新型的正极材料。使用两种正极材料复合而得的正极称为二元复合正极，其余依次类推。由于各种单金属正极材料之间存在一定的互补关系，所以复合所得的正极材料综合性能优于单金属正极材料。经典的二元复合正极材料是由二硫化铁和二硫化钴按1比1的比例混合所得，其已被广泛应用于热电池设计工作中。尚在研究的二元复合正极有氯化镍和二硫化镍的复合正极，三元复合正极有二硫化镍、二硫化铁和二硫化钴的复合正极，研究表明，复合所得的正极材料性能相较于单金属正极材料有所提升，参与复合的正极材料越多，复合所得的正极材料综合性能越佳。
三、热电池正极材料未来发展趋势
热电池作为应用最为广泛的军用电池，其未来发展趋势必然与武器装备发展趋势息息相关。寻找更理想的正极材料是热电池正极材料长期发展的趋势。但是，一种新材料的开发到实际使用往往需要经历十几年甚至几十年的发展，因此，在寻找更理想的正极材料的同时，也需要对现有的正极材料改性。多金属复合正极就是未来短期之内热电池的发展方向，目前投入使用的复合正极仅为二硫化铁和二硫化钴的二元复合正极，就目前现存的单金属正极材料而言，二元复合正极仍有较大的发展空间，此外，三元复合正极，四元复合正极等也是值得继续探索的研究方向。
结束语：综上所述，现阶段热电池正极材料是制约热电池发展的短板，学者们主要研究还是集中在新型正极的开发方面，仅有少量研究关注复合正极。本文通过简单综述热电池正极材料的研究现状，结合目前热电池正极材料的实际使用情况，指出了热电池正极材料未来短期内的发展方向应该是将现有的单金属正极材料进行二元或多元复合，供读者参考。
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