JP4235407B2

JP4235407B2 - 熱電池

Info

Publication number: JP4235407B2
Application number: JP2002192526A
Authority: JP
Inventors: 和弘木村; 和也大道; 保廣西村
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2002-07-01
Filing date: 2002-07-01
Publication date: 2009-03-11
Anticipated expiration: 2022-07-01
Also published as: JP2004039345A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、熱電池、特に熱電池を起動させるイグナイタの着火剤に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の熱電池の構造を図１に示す。図１は、従来の内部加熱型熱電池の一部を切り欠いた構造を示す斜視図である。
素電池７と加熱剤５とを交互に積み重ね、さらにその最上部に着火パッド４を配して得られた積層体が金属製の外装ケース１に収納されている。この積層体の上部にはイグナイタ３が設置され、その周囲には導火帯６が配されている。金属製の外装ケース１と積層体の間には断熱材９が充填されている。
このような構造の熱電池では、起動信号が端子２に印加されるとイグナイタ３が燃焼し、着火パッド４や導火帯６へ燃焼が伝播され、加熱剤５が燃焼して素電池７が加熱される。そして、素電池７に含まれる溶融塩電解質が溶融してイオン伝導体となり、放電が可能となる。
【０００３】
しかし、従来では、イグナイタ３の着火剤として、燃焼に酸素を必要とする硝酸カリウム、硫黄および炭素を含む黒色火薬を用いていたため、完全密封状態の電池内部にアルゴンガス等の不活性ガスを充填した電池では、着火剤に含まれ得る酸素のみが燃焼に寄与する酸素であり、イグナイタ３の燃焼が不充分となる。このため、着火パッド４や導火帯６への燃焼伝播が阻害され、特に、−１０℃以下の低温環境下では電池電圧の立ち上がり時間が著しく遅延するという問題がある。
【０００４】
これを解決する方法として、黒色火薬の量を多くし、火炎の勢いを増大させることにより、イグナイタを充分に燃焼させることが考えられるが、発生する熱量が大きくなり、放電初期に素電池が内部短絡を起こす可能性がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、本発明は、上記従来の問題を解決するため、低温環境下で、電池内部にアルゴンガス等の不活性ガスが充填された熱電池を用いた場合に生じる起動時の電圧立ち上がり時間の遅延を改善し、優れた放電特性を有する熱電池を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の熱電池は、素電池、加熱剤および着火パッドを含む積層体と、前記積層体の外周に配された導火帯と、前記積層体へ点火する着火剤を含むイグナイタとを具備し、不活性ガスが充填された熱電池であって、前記着火剤がホウ素および硝酸カリウムを含むことを特徴とする。
前記着火剤におけるホウ素の含有割合は１５〜６０重量％、硝酸カリウムの含有割合は８５〜４０重量％が好ましい。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明の熱電池は、イグナイタの着火剤に硝酸カリウムおよびホウ素の混合粉末を用いることを特徴とする。本発明に係るイグナイタは、従来用いていた黒色火薬とは違い、イグナイタの燃焼に酸素を必要とせずに、ホウ素と硝酸カリウムとの反応で生じる反応熱を利用してイグナイタを燃焼させることができる。このため、低温環境下で、電池内部をアルゴンガス等の不活性ガスを充填した熱電池を用いた場合でも確実にイグナイタが着火し、イグナイタの燃焼不足による電圧立ち上がり時間の遅延を解消することができる。
【０００８】
着火剤中のホウ素の含有割合は１５〜６０重量％、硝酸カリウムの含有割合は８５〜４０重量％が好ましい。ホウ素の含有割合が１５重量％未満では、燃焼速度（反応速度）が急激に増加し、その結果、反応が促進され、さらに燃焼速度（反応速度）が急激に増加する。これが繰り返されることによりイグナイタ近傍の素電池が熱破壊を生じてしまう。一方、ホウ素の含有割合が６０重量％を超えると、反応熱が急速に低下し、着火剤の燃焼が不充分となる。
さらに、不活性ガス雰囲気下において着火するまでの時間が短くなるという理由で、着火剤中のホウ素の含有割合は２３〜２７重量％、硝酸カリウムの含有割合は７７〜７３重量％が特に好ましい。
【０００９】
【実施例】
以下に、実施例を用いて本発明を詳細に説明するが、本発明は、これらのみに限定されるものではない。
【００１０】
《実施例１》
イグナイタの着火剤は、ホウ素と硝酸カリウムを２５：７５の重量比で混合することにより得られた。
素電池は、活物質としてのＦｅＳ₂および溶融塩電解質としてのＬｉＣｌ−ＫＣｌを混合してなる正極合剤層、ＬｉＣｌ−ＫＣｌ共融混合塩等からなる電解質層、ならびにＬｉ負極を積層することにより得られた。
【００１１】
加熱剤はＦｅおよびＫＣｌＯ₄を均一に混合することにより得られた。着火パッドおよび導火帯はＺｒ、ＢａＣｒＯ₄およびガラス繊維を混合することにより得られた。
そして、素電池と加熱剤を交互に積層し、最上部に着火パッドを配して積層体を構成した。
上記の着火剤を含むイグナイタおよび積層体とリード板、端子、断熱材を用いて図１に示す構造を有する熱電池を作製した。この熱電池を熱電池Ａとする。
【００１２】
《実施例２》
イグナイタの着火剤は、ホウ素と硝酸カリウムを３０：７０の重量比で混合することにより得られた。実施例１で用いたイグナイタの代わりに、この着火剤を含むイグナイタを用いた以外は、実施例１と同様の方法で熱電池を作製した。この熱電池を熱電池Ｂとする。
【００１３】
《比較例》
イグナイタの着火剤は、黒色火薬として硝酸カリウム、硫黄、および炭素を７５：１０：１５の重量比で混合することにより得られた。実施例１のイグナイタの代わりに、この着火剤を含むイグナイタを用いた以外は、実施例１と同様の方法で熱電池を作製した。この熱電池を熱電池Ｃとする。
【００１４】
[評価]
実施例１および２の熱電池ＡおよびＢならびに比較例の熱電池Ｃについて、それぞれ−３３℃の雰囲気下で電池起動時の電圧立ち上がり特性および放電特性を調べた。この時、放電持続時間は、起動信号が端子に印加された時点を基準として測定した。
その結果として、熱電池Ａ、ＢおよびＣの電池電圧と起動時間の関係を図２に示す。
【００１５】
電池電圧が２３０Ｖに達するまでの電圧立ち上がり時間を比較すると、実施例１の熱電池Ａは２５０ｍｓ、実施例２の熱電池Ｂは３００ｍｓ、比較例の熱電池Ｃは４５０ｍｓであり、熱電池ＡおよびＢが熱電池Ｃと比べて電圧の立ち上がりが早いことがわかった。また、熱電池ＡおよびＢが熱電池Ｃに比べて優れた放電特性を示すことがわかった。
【００１６】
【発明の効果】
本発明によれば、低温環境下で、電池内部にアルゴンガス等の不活性ガスが充填された熱電池を用いた場合に生じる起動時の電圧立ち上がり時間の遅延を改善し、優れた放電特性を有する熱電池を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】内部加熱型熱電池の一部を切り欠いた斜視図である。
【図２】実施例１および２ならびに比較例における熱電池について、起動後の電池電圧と起動時間の関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１外装ケース
２端子
３イグナイタ
４着火パッド
５加熱剤
６導火帯
７素電池
８リード板
９断熱材

Claims

素電池、加熱剤および着火パッドを含む積層体と、前記積層体の外周に配された導火帯と、前記積層体へ点火する着火剤を含むイグナイタとを具備し、不活性ガスが充填された熱電池であって、前記着火剤がホウ素および硝酸カリウムを含むことを特徴とする熱電池。
前記着火剤におけるホウ素の含有割合は１５〜６０重量％、硝酸カリウムの含有割合は８５〜４０重量％である請求項１記載の熱電池。