【技術實現步驟摘要】
本申請涉及自發熱材料，特別是涉及一種自發熱材料及其制備方法及其應用。
技術介紹
1、自發熱材料是指能夠通過化學反應或物理過程產生熱量的材料，其中化學反應型自發熱材料最為常見，其原理是化學發熱劑在接觸到特定條件（如空氣、水分或其他化學物質）時能夠產生化學反應而放出熱量。
2、自加熱技術發源于為滿足軍隊野外作戰需要而研制的單兵自熱食品，其中自發熱材料是自加熱技術的核心組成部分。最早的自加熱技術是利用生石灰的水合反應進行放熱，原理是cao與h2o反應生成ca(oh)2的過程中釋放熱量，該反應過程無有害氣體產生，但存在放熱量低、發熱包易受潮、保質期短等缺點，因此該類自發熱材料逐漸被淘汰。
3、目前，自發熱材料在自熱食品和醫療保健美容領域得到了廣泛應用，市場使用量日益增加。常用的自發熱材料主要包括鋁基自發熱劑、鎂基自發熱劑和鐵基自發熱劑；當微納米級的金屬鋁顆粒或金屬鎂顆粒與水接觸時，其表面會發生水合反應，生成具有疏松多孔結構的氫氧化物，并釋放出熱量；然而，這一過程同時還會產生氫氣，存在一定的安全隱患。相比之下，鐵在自然條件下的氧化反應速度較慢；因此，通過將水、無機鹽、活性炭和鐵粉組合形成原電池可以加快氧化反應的速度，將化學能轉化為熱能；然而這類發熱劑的發熱溫度較低，通常無法滿足加熱食品和飲品的需求。
4、目前，常用的自發熱材料的放熱原理主要包括鋁熱反應、鐵的氧化腐蝕放熱、氧化還原反應放熱、鋁水反應放熱以及鎂水反應放熱等。然而，基于上述反應的自發熱材料存在一些不足之處，如升溫速度較慢、反應過于劇烈以及溫度
5、因此，傳統的自發熱材料仍有待進一步改進。
技術實現思路
1、基于此，本申請一個或多個實施例提供了一種使用方便、發熱快速、溫度可控的自發熱材料及其制備方法與應用。
2、根據本申請第一方面，提供了一種自發熱材料，包括正極材料層和負極材料層，所述正極材料層和所述負極材料層互相貼合；所述正極材料層包括碳基材料；所述負極材料層的孔隙率為20%~50%；所述負極材料層包括多孔金屬材料。
3、在其中一些實施例中，所述負極材料層和所述正極材料層的質量比為1：（0.3~0.5）。
4、在其中一些實施例中，所述多孔金屬材料包括金屬絲網、多孔金屬板、多孔金屬箔和多孔金屬帶中的一種或多種。
5、在其中一些實施例中，所述多孔金屬材料的材質包括鋁、鎂、鋅和鐵中的一種或多種。
6、在其中一些實施例中，所述碳基材料包括活性炭、石墨、膨脹石墨、碳納米管、石墨烯、導電炭黑和乙炔黑中的一種或多種。
7、在其中一些實施例中，所述活性炭的粒徑為200目~400目。
8、在其中一些實施例中，所述正極材料層還包括催化劑和粘結劑中的一種或多種；
9、可選地，所述催化劑包括貴金屬及其合金、過渡金屬氧化物、過渡金屬硫化物、功能化碳材料和金屬氮化物中的一種或多種；
10、可選地，所述粘結劑包括聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、聚乙烯醇和聚丙烯酸鉀中的一種或多種。
11、根據本申請第二方面，提供了一種上述的自發熱材料的制備方法，包括如下步驟：
12、將碳基材料與溶劑混合，制得正極漿料；
13、將所述正極漿料涂覆至負極材料層上，經干燥、冷壓成型制得所述自發熱材料。
14、在其中一些實施例中，所述制備方法滿足如下特征中的至少一項：
15、（1）所述干燥的溫度為25℃~40℃；
16、（2）所述冷壓成型的壓力為5?mpa~15?mpa。
17、根據本申請第三方面，提供了一種自發熱組件，包括堿性電解質和上述的自發熱材料，所述堿性電解質與所述自發熱材料分開放置。
18、在其中一些實施例中，所述堿性電解質包括氫氧化鉀及其水合物、氫氧化鈉及其水合物、氫氧化鋰及其水合物、氫氧化鈣及其水合物、碳酸鉀及其水合物、碳酸鈉及其水合物、碳酸鋰及其水合物、碳酸鈣及其水合物、碳酸氫鉀及其水合物、碳酸氫鈉及其水合物、碳酸氫鋰及其水合物和碳酸氫鈣及其水合物中的一種或多種。
19、根據本申請第四方面，提供了一種自發熱裝置，包括上述的自發熱組件。
20、根據本申請第五方面，提供了上述的自發熱裝置的應用方法，將堿性電解質與自發熱材料接觸。
21、根據本申請第六方面，提供了一種加熱卷煙發煙體，包括氣溶膠基質、卷煙紙和上述的自發熱材料；所述卷煙紙包裹于所述氣溶膠基質的外側，所述自發熱材料位于所述氣溶膠基質和所述煙卷紙之間。
22、根據本申請第七方面，提供了一種加熱卷煙，包括上述的加熱卷煙發煙體。
23、與傳統技術相比，本申請具有如下有益效果：
24、本申請自發熱材料的正極材料層包含特定碳基材料，將上述正極材料層與負極材料層貼合并與堿性電解質接觸，堿性電解質能夠穿過負極材料層的孔隙與正極材料和負極材料接觸，三者接觸后即發生金屬空氣電池的短路反應，從而實現發熱。本申請的自發熱材料具有發熱快速、溫度可控、發熱時間持久等優點；此外，本申請的自發熱材料儲存時無需隔絕空氣，儲藏更便利；反應時無需提供外源水和高溫觸發條件、無危險產物生成，安全系數高。
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1.一種自發熱材料，其特征在于，包括正極材料層和負極材料層，所述正極材料層和所述負極材料層互相貼合；所述正極材料層包括碳基材料；所述負極材料層的孔隙率為20%~50%；所述負極材料層包括多孔金屬材料。
2.根據權利要求1所述的自發熱材料，其特征在于，所述負極材料層和所述正極材料層的質量比為1：（0.3~0.5）。
3.根據權利要求1所述的自發熱材料，其特征在于，所述多孔金屬材料包括金屬絲網、多孔金屬板、多孔金屬箔和多孔金屬帶中的一種或多種。
4.根據權利要求3所述的自發熱材料，其特征在于，所述多孔金屬材料的材質包括鋁、鎂、鋅和鐵中的一種或多種。
5.根據權利要求1~4任一項所述的自發熱材料，其特征在于，所述碳基材料包括活性炭、石墨、膨脹石墨、碳納米管、石墨烯、導電炭黑和乙炔黑中的一種或多種。
6.根據權利要求5所述的自發熱材料，其特征在于，所述活性炭的粒徑為200目~400目。
7.根據權利要求1~4和6任一項所述的自發熱材料，其特征在于，所述正極材料層還包括催化劑和粘結劑中的一種或多種；
8.一
9.根據權利要求8所述的自發熱材料的制備方法，其特征在于，所述制備方法滿足如下特征中的至少一項：
10.一種自發熱組件，其特征在于，包括堿性電解質和權利要求1~7任一項所述的自發熱材料，所述堿性電解質與所述自發熱材料分開放置。
11.根據權利要求10所述的自發熱組件，其特征在于，所述堿性電解質包括氫氧化鉀及其水合物、氫氧化鈉及其水合物、氫氧化鋰及其水合物、氫氧化鈣及其水合物、碳酸鉀及其水合物、碳酸鈉及其水合物、碳酸鋰及其水合物、碳酸鈣及其水合物、碳酸氫鉀及其水合物、碳酸氫鈉及其水合物、碳酸氫鋰及其水合物和碳酸氫鈣及其水合物中的一種或多種。
12.一種自發熱裝置，其特征在于，包括權利要求10~11任一項所述的自發熱組件。
13.如權利要求12所述的自發熱裝置的應用方法，其特征在于，將堿性電解質與自發熱材料接觸。
14.一種加熱卷煙發煙體，其特征在于，包括氣溶膠基質、卷煙紙和權利要求1~7任一項所述的自發熱材料；所述卷煙紙包裹于所述氣溶膠基質的外側，所述自發熱材料位于所述氣溶膠基質和所述煙卷紙之間。
15.一種加熱卷煙，其特征在于，包括權利要求14所述的加熱卷煙發煙體。
...【技術特征摘要】
1.一種自發熱材料，其特征在于，包括正極材料層和負極材料層，所述正極材料層和所述負極材料層互相貼合；所述正極材料層包括碳基材料；所述負極材料層的孔隙率為20%~50%；所述負極材料層包括多孔金屬材料。
2.根據權利要求1所述的自發熱材料，其特征在于，所述負極材料層和所述正極材料層的質量比為1：（0.3~0.5）。
3.根據權利要求1所述的自發熱材料，其特征在于，所述多孔金屬材料包括金屬絲網、多孔金屬板、多孔金屬箔和多孔金屬帶中的一種或多種。
4.根據權利要求3所述的自發熱材料，其特征在于，所述多孔金屬材料的材質包括鋁、鎂、鋅和鐵中的一種或多種。
5.根據權利要求1~4任一項所述的自發熱材料，其特征在于，所述碳基材料包括活性炭、石墨、膨脹石墨、碳納米管、石墨烯、導電炭黑和乙炔黑中的一種或多種。
6.根據權利要求5所述的自發熱材料，其特征在于，所述活性炭的粒徑為200目~400目。
7.根據權利要求1~4和6任一項所述的自發熱材料，其特征在于，所述正極材料層還包括催化劑和粘結劑中的一種或多種；
8.一種如權利要求1~7任一項所述的自發熱材料的制備方法，其特征在于，包括如下步驟...
【專利技術屬性】
技術研發人員：楊彤，杜文，李克，王志國，
申請(專利權)人：湖南中煙工業有限責任公司，
類型：發明
國別省市：
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