JP2979205B2 - 積層形熱電池とその製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、熱電池、とくに高電圧
を出力する積層形熱電池とその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、パーソナル機器を中心に、特殊機
器においてもこれに用いられる電子機器は、小形、高出
力、メンテナンスフリー化が急速に進んでいる。とくに
駆動用電源として高電圧、大出力、高速起動性に優れて
いる熱電池への改良開発の要望が強い。そこで電気サー
ボモータを駆動する電源として、前記の諸特性を実現す
ることができる点でリチウム熱電池への開発期待が大き
い。そして高電圧形熱電池を開発する場合、公知の積層
形電池をベースとする従来技術によって素電池と発熱剤
の積層枚数を増加すれば一応の電池性能が得られるが、
多段に積層すればする程、素電池と発熱剤の枚数が増
え、積層間の接触抵抗が増加し、出力の低下が大きくな
る。また、発熱剤の燃焼熱も素電池に熱伝播し難くな
り、電池の起動時間（本明細書においては、起動時間を
熱電池が入力した後、熱電池のもつ最大電圧の７０％の
電圧に到達する時間を以下起動時間と云う）が遅れる。

【０００３】一方、電池構成においても素電池と発熱剤
とを堆積して構成した積層体（以下この積層体をスタッ
クと云う）が長円筒形状となるので、素電池と発熱剤と
を積層してスタックを構成してゆく場合に各素電池と発
熱剤とが少しでも圧力バランスがくずれていて傾いてい
ると、長円筒全体としてはその傾きが大きくなってしま
うため製造は困難である。また、このスタックを電池ケ
ースに装填する場合に、スタックの上下の加圧力を緩め
ないために耐熱性テープでテーピングするとか、金属保
持治工具で固定した後その治工具から取り外して挿入す
る方法が用いられたため、耐熱性テープのような余分な
ものが電池内に残存するか、またはスタックより加圧治
工具を外すことによってスタック構成圧力がゆるんで電
池特性が低下するという問題があった。そして、従来の
熱電池スタックを挿入する電池ケースの例について図を
参照して説明する。

【０００４】図７は従来例１を示すもので、電池ケース
９１は側部ならびに底部がほぼ同じ程度の肉厚になって
いる。この電池ケース９１は絞り加工や切削加工で製作
した底部を有するので、安価にできる長所があるが、セ
ルスタックの装填時にスタック締付圧力のゆるみができ
るので、最終組み立て圧力が把握できないこととなり、
従って品質が安定しない欠点があった。また、電池内圧
が上昇した場合に、ケース底部が脹れるという問題があ
った。次に図８に示す従来例２の電池ケース１０１は側
壁１０２よりも肉厚のケース下板１０３があり、側壁１
０２にケース下板１０３を嵌合した後、外溶接１０４し
たもので、この例においても、前記図７に示したものと
同様に構成するのでスタックに対する加圧力のゆるみが
生じる。従ってこれら図７、図８に示す従来構造の電池
ケースはいずれもスタックを組んだ後に、加圧締付治具
や工具から一度はずして電池蓋と組み合せ、電池ケース
内に挿入するという工程を経る必要があった。その結
果、スタック寸法が不安定となり出力特性、内部抵抗、
放電容量、起動特性、環境性能など多くの特性課題とし
て現れていた。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明が解決しようと
する従来の問題点は、前述のように多積層形スタックが
電池ケース挿入時に上下の加圧力がゆるんで内部抵抗が
大きくなり、電池諸性能が低下しているという点であっ
た。

【０００６】本発明はこのような従来の熱電池の問題点
を解決して、高出力の積層形熱電池でありながら、高速
起動性を実現し、電池内部抵抗が小さく出力特性、放電
容量などの電池性能が優れたものを提供することを第１
の目的とし、さらにこの上記した積層形熱電池を容易に
製造し得る製造方法を提供することを第２の目的とする
ものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、前記する課題
を解決するために、素電池と発熱剤を主体とする多積層
形スタックを収容する電池ケースの底部を閉塞するケー
ス閉塞板と、上記ケース閉塞板に対向する電池ケースの
開口を封口する電池蓋とを備え、上記ケース閉塞板には
電池ケースの外部にある治工具による電池蓋側に対する
挾圧力が挿通される開口部を設け、その開口部にはこれ
を封口する封口板を有する積層形熱電池としたものであ
る。またスタックを電池蓋側との間でケース閉塞板の開
口部を通じて挾圧する治工具による挾圧工程と、上記挾
圧工程中に電池ケース内にスタックを挿入する工程と、
スタックを挾圧した状態のままで電池ケースに電池蓋と
ケース閉塞板の開口部を封口する封口板とのいずれか一
方または両方を溶着する工程と、治工具を取り外す工程
とを有する積層形熱電池の製造方法を提供したものであ
る。

【０００８】

【作用】本発明の構成によれば、スタックの組み立て時
の締め付け圧力は、スタックを電池ケースに挿入し、電
池蓋が溶着される電池完成まで変ることがないので、各
素電池と発熱剤及び各積層ブロックなどの接触状態の不
揃いは無い。そしてスタック寸法が不安定とならない
で、部分的な電極反応による出力特性の低下、内部抵抗
の増加による出力電圧の低下、熱伝導効率の悪化による
起動時間の遅延、構造強度の低下による振動・衝撃性へ
の影響は少ない。また製造工程においてケース閉塞板の
開口部を通じてスタックが治工具によって電池の完成工
程まで挾着されるもので、その製造は容易である利点が
ある。さらに、貫通火導孔を利用してスタックを構成す
る場合には、点火器を最終工程で取り付けることもでき
るので、不慮の発火による作業者の安全性も高めること
ができる。

【０００９】

【実施例】以下本発明の実施例を図を参照して説明す
る。

【００１０】（実施例１）図１において、１は素電池で
リチウムまたはリチウム合金からなる負極１０とセラミ
ックに溶融塩を含浸させた電解質１１と二硫化鉄を主成
分とする正極１２で構成する。２は発熱剤で還元剤の鉄
粉と酸化剤の過塩素酸カリウム粉との混合成型体であ
る。３は着火板、４は素電池、発熱剤、着火板貫通の火
導孔、５は電気式の点火器、６は導火帯で２〜４本スタ
ック外周側面に設ける。７は着火パッドと呼ぶスタック
最両端から導火帯に点火する円板である。８，８ａは内
部リード板で一対の出力端子９，９ａと、１３，１３ａ
は一対の起動端子で一対の点火器リード線とそれぞれ電
気的接続を行う。１４はスタック側面に配置した側部断
熱材、１５は蓋断熱材、１５ａは蓋中央断熱材、１６は
底断熱材、１６ａは底中央断熱材である。電池上蓋は一
対の出力端子を有する電池蓋１７と一対の起動端子を有
する点火器蓋１８からなり電池ケースに嵌合の後、蓋溶
接部１９および１９ａにて密閉構造とする。２１はスタ
ック下板、２２はケース閉塞板、２３はケース閉塞板２
２の透孔を封口する封口板、２６は電池ケース、２７は
内溶接、２８は外溶接である。

【００１１】この実施例１の積層形熱電池は下部のケー
ス閉塞板２２に開口部があるため負極１０、電解液１
１、正極１２からなる素電池１と発熱剤２および着火板
３などを構成要素とするスタックを、電池蓋１７とケー
ス閉塞板２２の開口部とを利用して上下で治工具を使用
して締付加圧したまま、電池蓋１７は電池ケース２６の
開口部に蓋溶接部１９によって溶接し、しかる後電池の
下部を受圧する治工具を外してケース閉塞板２２の開口
部を封口板２３で封口して内溶接２７とするものであ
る。従ってスタックは上下から挾圧された儘で電池が完
成するため、内部の各層間の接触は良く、内部抵抗が低
いため電池容量が低下するとか、起動時間が遅延するな
どの欠点がないものである。

【００１２】（実施例２）図２は積層形熱電池の下方の
要部のみの断面を示したもので、スタック下板２１の下
方にある肉厚のケース閉塞板２２の中央透孔にはこれを
閉塞する封口板２３がある。そして貫通孔２４ａを形成
するスタック下板２１の中央筒状部はケース閉塞板２２
の開口部２５に嵌入している。封口板２３は電池ケース
２６に嵌合したケース閉塞板２２の中央透孔周縁に内溶
接２７され、ケース閉塞板２２の外周縁部は電池ケース
に外溶接２８されることにより電池ケース２６の下端は
閉塞されている。そしてケース閉塞板２２の中央には外
周にネジ２９を刻設した突出部３０がある。この突出部
３０のネジ２９は本実施例２における積層形熱電池を、
使用する機器のネジに螺合して取付けられるものであ
る。本実施例２においては上記のように中央に貫通孔２
４ａがあるために電池ケース２６内に挿入されたスタッ
クを図示はしないが電池蓋と上記貫通孔２４ａ内に挾圧
工具を挿通して上下より挾圧することができる。そして
電池ケースに挾圧した状態でスタックを挿入し電池蓋を
電池ケース上部に溶着した後、貫通孔２４ａより挾圧工
具の下方部を取り外して封口板２３を内溶接２７によっ
て貫通孔２４ａの閉塞ができるものである。従って電池
ケース内に装入されるスタックは挾圧工具により上下よ
り挾圧されていてスタックの層間の接触は良好であり、
内部抵抗も低く、起動時間は早く、電池容量も大きいも
のを提供するものである。

【００１３】（実施例３）図３は積層形熱電池ケースの
下端部の要部のみを示すが、本実施例３では電池下蓋２
０を構成するスタック下板２１にスタック下板突起部２
１ａが設けられている。そしてケース閉塞板２２の外周
にはスタック下板２１を収容する段差部２２ａがある。
ケース閉塞板２２の中央の開口部２５にはスタック下板
２１の上記スタック下板突起部２１ａが嵌入し内溶接２
７されており、ケース閉塞板２２の段差部２２ａが電池
ケース２６の下端に外溶接２８されているものである。
勿論本実施例３においてもスタック下板突起部２１ａが
あるため、このスタック下板突起部２１ａの下端を支持
する治工具をケース閉塞板２２の開口部２５を通して電
池ケース内に突出して図示はしていない上方の電池蓋と
の間でスタックを挾圧し、その挾圧状態のままスタック
を電池ケース２６内に挿入し、治工具を下方に降下して
スタック下板突起部２１ａをケース閉塞板２２の開口部
２５に嵌入して内溶接２７させることにより開口部２５
は閉塞されるものである。従ってスタックの構成要素は
挾圧されたまま電池ケースで外装することができ、スタ
ックの各層間の接触は良好で内部抵抗の低いものであ
る。

【００１４】（実施例４）図４は積層形熱電池ケースの
下端部の要部のみを示すが、前記実施例３と異るのは、
ケース閉塞板の代りに電池ケース２６と一体に絞り加工
で形成されたケース底部２６ａがあり、その中央の開口
部２５は下方に突出していることである。従って電池下
蓋２０はスタック下板突起部２１ａを有するスタック下
板２１とケース底部２６ａによって構成されている。そ
して電池ケース２６内のスタックは挾圧されたまま挿入
され、電池諸特性が優れた熱電池を提供できるものであ
ることは実施例３に示す場合と同様である。

【００１５】（実施例５）図５は本発明の実施例５にお
ける製造過程の積層形熱電池の縦断面図で製造方法を示
すためのものである。図５において、４０は治具でスタ
ック棒４１、押板４２、固定ネジ４３からなり、スタッ
ク構成部品を積層してスタック下板２１と電池蓋１７で
挟み、所定圧力に締め付ける。この状態で予め電池ケー
ス２６とケース下板２２を外溶接２８で一体としたケー
スに装填していき、スタック棒受け部４１ａを開口部２
５に通し、電池蓋１７と電池ケース２６を嵌合して蓋溶
接部１９で溶接固定する。その後、治具４０をはずし、
開口部２５に図５の（Ｂ）に示す様に封口板２３を嵌め
内溶接２７を行う。なお本実施例５における熱電池の下
端部の要部のみを図５の（Ｂ）に断面図として示すが、
他は図１に示す実施例１と同様である。上述のように本
実施例５においてはスタック構成部品は上下で所定圧力
に締め付けた状態で電池ケース２６に装填され、かつ電
池ケースには電池蓋１７ならびに封口板２３が夫々溶接
されるものである。従ってスタックを構成する層間の接
触を良好に保つことができる。

【００１６】（実施例６）図６は本発明の実施例６にお
ける製造過程の積層形熱電池の断面図で製造方法を示す
ためのものである。そして図６の（Ａ）の状態から熱電
池下端部は（Ｂ）の状態になるものである。

【００１７】図６において、火導孔のないスタック構成
品をスタック下板２１と電池蓋１７とで挟み、油圧シリ
ンダなどを用いた工具４４で上下から設定圧力に締め付
ける。電池ケース２６をスタックに挿入し実施例５にお
けると同様に溶接固定し、その後工具４４を外す。

【００１８】本実施例６においても、スタック構成品は
工具４４で締め付けたまま、電池ケースに装填されかつ
電池蓋１７およびスタック下板突起部２１ａが溶接され
るので、スタック構成品はその層間の接触圧は強固な状
態を保持でき、従って電池の内部圧が高いなどの欠点は
ないものである。

【００１９】以上実施例１乃至６について図面を参照し
て説明したが、実施例１についてその起動方法を説明す
る。

【００２０】外部電源から起動端子１３、１３ａにパル
ス電流を通電すると、点火器５が火導孔４に向かって火
災を発して各層の着火板３に点火する。着火板は外周方
向に燃焼拡散し導火帯６を点火させ、順次発熱剤２を点
火していく。発熱剤２は燃焼し素電池１を約５５０℃に
加熱して発電させ、スタック全体が活性状態となる。出
力端子は例えば１２０枚の素電池スタックを直列に構成
した場合は最大電圧２７５Ｖを発電し、外部負荷たとえ
ば電気サーボモータを駆動し平均作動電圧２２０Ｖを出
力する。スタックは断熱材により保温され規定時間の電
力供給が可能である。なお、電池は完全密閉型であるの
で周辺の電子機器への影響は全くない。

【００２１】次に、前記従来例の図７、８に示す電池ケ
ースを使用した高電圧形熱電池を試作したものと、本実
施例１〜６によるものをそれぞれの起動時間、内部抵
抗、放電容量を比較した結果を（表１）に示す。

【００２２】

【表１】

【００２３】（表１）より本発明の実施例が従来例に比
較して起動時間、内部抵抗、放電容量の全てにわたって
優れているものであることがわかる。

【００２４】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、スタッ
クが一定に締付けられた状態で組込まれ、電池下蓋がス
タック下板と開口部を有するケース閉塞板もしくはケー
ス底部から構成した本発明の積層形熱電池は、起動時間
が速く、内部抵抗が小さく、放電容量が大きくかつ安定
した放電電圧を示すことができるという効果が得られ
る。

【００２５】しかもその製造方法は簡単であり従来の問
題点を容易に解決したものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１における積層形熱電池の縦断
面図

【図２】本発明の実施例２における積層形熱電池の下方
の要部断面図

【図３】本発明の実施例３における積層形熱電池の下方
の要部断面図

【図４】本発明の実施例４における積層形熱電池の下方
の要部断面図

【図５】（Ａ）本発明の実施例５における製造過程の積
層形熱電池の縦断面図 （Ｂ）同製造後の積層形熱電池の下方の要部断面図

【図６】（Ａ）本発明の実施例６における製造過程の積
層形熱電池の縦断面図 （Ｂ）同製造後の積層形熱電池の下方の要部断面図

【図７】従来例１における電池ケースの下方の要部断面
図

【図８】従来例２における電池ケースの下方の要部断面
図

【符号の説明】

１ 素電池 ２ 発熱剤 ３ 着火板 １７ 電池蓋 １９、１９ａ 蓋溶接部 ２０ 電池下蓋 ２１ スタック下板 ２２ ケース閉塞板 ２３ 封口板 ２５ 開口部 ２６ 電池ケース ２７ 内溶接 ２８ 外溶接 ４０ 治具 ４１ スタック棒 ４１ａ スタック棒受け部 ４２ 押板 ４３ 固定ネジ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 畑中 剛 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電 器産業株式会社内 (56)参考文献 特開 昭50−47131（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−115064（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) H01M 6/36

Claims (9)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】素電池と発熱剤を主体とする多積層形スタ
   ックを収容する電池ケースの底部を閉塞するケース閉塞
   板と、上記ケース閉塞板に対向する電池ケースの開口を
   封口する電池蓋とを備え、上記ケース閉塞板には電池ケ
   ースの外部にある治工具による電池蓋側に対する挾圧力
   が挿通される開口部を設け、その開口部にはこれを封口
   する封口板を有する積層形熱電池。
2. 【請求項２】請求項１において、ケース閉塞板はその外
   周縁を電池ケースの下端部に外溶接し、その開口部を封
   口板に内溶接した積層形熱電池。
3. 【請求項３】請求項１又は２において、ケース閉塞板は
   電池を使用する機器に螺合するネジを設けた突出部を有
   する積層形熱電池。
4. 【請求項４】請求項１乃至３のいずれかにおいて、ケー
   ス閉塞板はその上部にあるスタック下板のスタック下板
   突起部が嵌合する開口部を有する積層形熱電池。
5. 【請求項５】請求項４におけるケース閉塞板の外周縁に
   はスタック下板を収容する段差部を設けた積層形熱電
   池。
6. 【請求項６】ケース閉塞板は電池ケースの側壁と一体に
   形成されており、ケース閉塞板上のスタック下板のスタ
   ック下板突起部を上記ケース閉塞板の開口部に嵌合して
   内溶接された請求項１、３、４、５のいずれかに記載し
   た積層形熱電池。
7. 【請求項７】電池ケースの上部開口を溶接により密閉す
   る電池上蓋は、電池蓋と点火器蓋とを有する請求項１乃
   至６のいずれかに記載した積層形熱電池。
8. 【請求項８】素電池と発熱剤を主体とする多積層形スタ
   ックを電池蓋側との間でケース閉塞板の開口部を通じて
   挾圧する治工具による挾圧工程と、上記挾圧工程中に電
   池ケース内に上記多積層形スタックを挿入する工程と、
   上記多積層形スタックを挾圧した状態のままで電池ケー
   スに電池蓋とケース閉塞板の開口部を封口する封口板と
   のいずれか一方または両方を溶着する工程と、治工具を
   取り外す工程とを有する積層形熱電池の製造方法。
9. 【請求項９】ケース閉塞板の外周縁を電池ケースの側壁
   下端に外溶接する工程と、ケース閉塞板の上に重なり合
   って多積層形スタックを支持するスタック下板のスタッ
   ク下板突起部をケース閉塞板の開口部に嵌合して内溶接
   する工程を有する請求項８記載の積層形熱電池の製造方
   法。