JP4666959B2

JP4666959B2 - 熱電池

Info

Publication number: JP4666959B2
Application number: JP2004190170A
Authority: JP
Inventors: 享行梅林; 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: 2004-06-28
Filing date: 2004-06-28
Publication date: 2011-04-06
Anticipated expiration: 2024-06-28
Also published as: JP2006012686A

Description

本発明は、熱電池、さらに詳しくは着火パッドと電池蓋との間に配される蓋断熱体に関する。

従来の熱電池の構造を図１を参照しながら説明する。図１は、一般的な熱電池の一部を切り欠いた概略斜視図である。
素電池７と、発熱剤５とを交互に積み重ねた発電体が、金属製の外装ケース１に収納されている。素電池７は、正極層、負極層、およびこれらの層間に配される、溶融塩を含む電解質層からなる。発電体の最上部には、着火パッド４が配され、前記着火パッド４の上部に近接して点火栓３が設置されている。発電体の周囲には導火帯６が配されている。

外装ケース１は、一対の点火端子２、ならびに正極端子１０ａおよび負極端子１０ｂを備えた電池蓋１１により封口されている。正極端子１０ａは、正極リード板を介して発電体最上部の素電池７の正極層に接続されている。一方、負極端子１０ｂは、負極リード板８を介して発電体最下部の素電池７の負極層に接続されている。電池蓋１１と着火パッド４との間には、蓋断熱体９ａが配され、外装ケース１と発電体との間には、断熱材９ｂが充填されている。

点火端子２に接続された電源より、点火端子２に電流が印加されると点火栓３が発火する。これにより、着火パッド４や導火帯６へ燃焼が伝播され、発熱剤５が燃焼して素電池７が加熱される。そして、素電池７の電解質層中に含まれる溶融塩が溶融し、イオン伝導体となる。このようにして、電池が活性化し、放電が可能となる。

ところで、上記の熱電池用の蓋断熱体９ａには、例えば、衝撃に対する強度を満足する材料としてポリフェニレンサルファイド、メラニン樹脂、フェノール樹脂、ポリイミド、シリコーン樹脂、および不飽和ポリエステル等の樹脂が用いられる（例えば、特許文献１）。

しかし、電池蓋に設けられた正・負端子や点火端子を、所定の外部機器に接続するために半田付けをする際に、蓋断熱体を通して半田ごての熱が着火パッドに伝わることにより着火パッドが着火し、電池が誤作動してしまう場合がある。
特開平７−３３５２２９号公報

そこで、上記の問題を解決するために、本発明は、端子の半田付けの際に誤作動を起こさない高信頼性の熱電池を提供することを目的とする。

本発明の熱電池は、素電池および発熱剤を交互に積層した発電体と、前記発電体の上部に配された着火パッドと、前記着火パッドを着火させる点火栓と、前記発電体、着火パッド、および点火栓を収納する外装ケースと、前記外装ケースを封口する、正・負極端子および点火端子を備えた電池蓋と、前記着火パッドと電池蓋との間に配される蓋断熱体とを具備した熱電池であって、前記蓋断熱体の伝熱係数が０．１７Ｗ／ｍ・℃以上であり、０．７Ｗ／ｍ・℃以下であることを特徴とする。

本発明によれば、端子の半田付けの際に誤作動を起こさない高信頼性の熱電池を提供することができる。

本発明者らは、電池蓋に設けられた正・負極端子や点火端子の半田付けの際に生じる熱電池の誤作動を防止する方法を検討する上で、蓋断熱体の伝熱係数に着目した。その結果、蓋断熱体の伝熱係数が０．７Ｗ／ｍ・℃以下の場合に、電池が誤作動しないことを見出した。

このとき、これらの端子の半田付けの際に半田ごての熱が蓋断熱体に伝わっても、蓋断熱体が着火パッドを発火させ得るだけの熱を着火パッドに伝えないため、着火パッドは着火せずに電池の誤作動を確実に防止することができる。

上記の蓋断熱体に用いられる材料としては、例えば、ポリフェニレンサルファイドを主成分とするPolyplastics（株）製のフォートロン０２２０Ａ９やフォートロン６１６５Ａ６２、または住友ベークライト（株）製のＭＫ１２４が挙げられる。また、これらをガラス繊維と混合したものを用いてもよい。

以下に本発明の実施例を詳細に説明する。
《実施例１〜３および比較例１》
上記の図１に示す構造と同じ熱電池を作製した。
活物質としてのＦｅ₂Ｓおよび溶融塩電解質としてのＬｉＣｌ−ＫＣｌを混合してなる正極層と、Ｌｉからなる負極層との間に、ＬｉＣｌ−ＫＣｌ共融混合塩からなる電解質層を配して素電池７を構成した。
そして、所定の枚数の素電池７と発熱剤５とを交互に積層して発電体を構成し、発電体の上部に着火パッド４を配した。

発熱剤５には、ＦｅとＫＣｌＯ₄との混合物を用いた。着火パッド４および導火帯６には、Ｚｒ、ＢａＣｒＯ₄、およびガラス繊維の混合物を用いた。
点火栓３の点火剤には、硝酸カリウム、硫黄、および炭素を重量比７５：１０：１５の割合で混合したものを用いた。
断熱材９ｂには、シリカとアルミナを主成分とするセラミック繊維材料を用いた。

そして、蓋断熱体９ａには、ポリフェニレンサルファイドを主成分とする伝熱係数の異なる種々の材料を用いて、所定の形状に成形したものを用いた。実施例１ではPolyplastics（株）製のフォートロン０２２０Ａ９、実施例２ではPolyplastics（株）製のフォートロン６１６５Ａ６２、実施例３では住友ベークライト（株）製のＭＫ１２４、および比較例１では住友ベークライト（株）製のＭＫ１１５Ｓを用いた。
そして、これらの蓋断熱体を用いて、それぞれ熱電池を作製し、各蓋断熱体および熱電池について以下に示す評価を行った。

［評価］
（１）蓋断熱体の伝熱係数の測定
蓋断熱体に用いる各材料について、ＪＩＳ−Ａ１４１２で規定される熱流計法により伝熱係数を求めた。

（２）蓋断熱体の熱伝導性の評価
蓋断熱体の一方の面に熱源としてヒーター付インコネル板を接触させ、熱電対を用いて他方の面の温度の変化を調べた。なお、熱源の温度は、実際に用いる半田ごての設定温度と同様の３５０℃に設定した。

（３）電池の信頼性の評価
各電池を１０個ずつ準備し、正極端子に半田ごてを３０秒間あてた。このとき、電池が誤作動を起こし電圧が発生したかどうかを調べた。
これらの評価結果を表１に示す。

実施例１〜３では、蓋断熱体を構成する材料の伝熱係数が０．７Ｗ／ｍ・℃以下であった。比較例１では、誤作動を起こした電池がみられたが、実施例１〜３では、いずれの電池も誤作動しなかった。

また、蓋断熱体の熱伝導性を調べた結果を図２に示す。図２中のＡ〜Ｄは、それぞれ実施例１〜３および比較例１の蓋断熱体の結果を示す。表１および図２の結果より、実際の作業時間である３０秒後の蓋断熱体の表面温度は実施例１〜３のように２００℃以下であることが望ましいことがわかった。比較例１のように蓋断熱体の表面温度が２００℃を超えると着火パッドが燃焼し得ると考えられる。

以上のように、本発明の熱電池は高信頼性を有するため、誘導機器や各種飛翔体の電源に適用することができる。

一般的な熱電池の一部を切り欠いた概略斜視図である。各蓋断熱体の温度変化を示す図である。

符号の説明

１外装ケース
２点火端子
３点火栓
４着火パッド
５発熱剤
６導火帯
７素電池
８リード板
９ａ蓋断熱体
９ｂ断熱材
１０ａ正極端子
１０ｂ負極端子
１１電池蓋

Claims

素電池および発熱剤を交互に積層した発電体と、前記発電体の上部に配された着火パッドと、前記着火パッドを着火させる点火栓と、前記発電体、着火パッド、および点火栓を収納する外装ケースと、前記外装ケースを封口する、正・負極端子および点火端子を備えた電池蓋と、前記着火パッドと電池蓋との間に配される蓋断熱体とを具備した熱電池であって、
前記蓋断熱体の伝熱係数が０．１７Ｗ／ｍ・℃以上であり、０．７Ｗ／ｍ・℃以下であることを特徴とする熱電池。
前記蓋断熱体が、ポリフェニレンサルファイドを主成分とする材料で形成されている、請求項１に記載の熱電池。
前記外装ケースと前記発電体との間に、断熱材が充填されており、前記断熱材が、シリカおよびアルミナを主成分とするセラミック繊維材料である、請求項１または２に記載の熱電池。