JPH03145064A - 積層形熱電池 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、鉄粉と過塩素酸カリウムよりなる発熱剤を用
いた熱電池に関するもので、活性化時の電圧立上りが速
く、かつ放電持続時間の長い熱電池を提供するものであ
る。

従来の技術 熱電池は電解質として常温では固体である溶融塩を用い
ており、使用時に内部を高温に加熱して電解質を溶融し
高いイオン伝導性を引き出すことによって発電可能とす
るものである。このため、熱電池は貯蔵中の自己放電が
極めて少なく長期間の保存が可能であること、大電流放
電ができること等の特徴を有し、信頼性の高い緊急用電
源として優れている。特に近年では負極にリチウムやリ
チウムの合金を用い、正極に二硫化鉄を用いた熱電池が
開発されており、高エネルギー密度、高出力、放電持続
時間および立上り時間等の性能の大幅向上が期待されて
いる。特に、起動信号印加から所定電圧までの立上り時
間の短縮と放電持続時間の延長が望まれている。

この様な要望を満足するために従来の熱電池では第３図
に示す様な構成を行っていた。

発電要素である素電池１と熱源であり鉄粉と過塩素酸カ
リウムらの混合物からなる発熱剤２はともに火導孔３を
有しており、交互に積層されている。その積層体の上下
端部には上部着火体５ａと下部着火体５ｂが配され、ま
た積層体の外周部には導火帯４が接して設けられている
。これらを断熱層９で被って保温し、外装ケース８と外
装蓋７により密閉構造を作っている。外装蓋７には起動
用の電気信号を入れるための点火用端子１２と電池の出
力を取り出すためのｅ出力端子１０と■出力端子１１が
設けられている。

この電池の起動順序は、まず点火用端子１２を通して外
部より微弱な電流が点火器６に印加されると、点火器６
は天啓孔３の中に火炎を発する。

この火炎では発熱剤２は直接燃焼を開始できないため、
まず上部着火体５ａと下部着火体５ｂに着されほぼ同時
に燃焼を開始し、外周部の方へと燃焼を伝播してゆく。

そして積層体に接して設けられている導火帯４に着火し
、この導火帯４によって各層の発熱剤２が着火され＋９
焼すると素電池１が加熱され発電可能となるのである。

また、上下に着火体を有しているのは燃焼伝播経路を短
縮し、立上り時間を短くするためである。

発明が解決しようとする課題 このような従来の構成では、上下端部に設けた着火体５
ａ、５ｂにより放電初期に過剰の熱が発生し積層体上下
部付近の温度が中央部付近より高くなってしまい、その
付近にある素電池が過剰熱により自己消耗し持続時間を
短くするという欠点を有していた。

熱電池の内部積層体の放電初期の温度分布は一般的に中
央部付近が低く、上下の端部が高くなる傾向にあるが、
従来の様な上下に着火体を配した場合にはさらにその傾
向が助長される。これを、従来の構成のままで抑制しよ
うとすると、積層体上下部のみに重量の異った発熱剤を
準備したり、着火体と素電池間に断熱材を入れたりしな
ければならず、部品点数の増加や工数増加を招くことに
なる。

本発明は、このような問題点を解決するもので、従来通
り立上り時間は短く、かつ放電初期の内部温度を均一化
し持続時間の長い熱電池を提供するものである。

課題を解決するための手段 上記の問題点を解決するために本発明は、上下端部に設
けられていた着火体を、放電初期に温度め低い積層体の
中央部付近に配するものである。

作用 この構成により、点火器からの火炎により中央部付近に
配された着火体が燃焼を開始し、外周の導火帯に着火し
、導火帯は上下に同時に燃焼伝播していくため、従来と
ほとんど同じ燃焼距離を得ることができるとともに、も
ともと放電初期に上下両端部に比べて温度の低い中央部
付近に着火体が配されたために、積層体内の温度の均一
化が図れ、過剰熱による自己消耗が抑制でき電池の持続
時間が延長できるものである。

実施例 第１図は本発明の一実施例である熱電池の縦断面図であ
る。図中１は素電池であり、負極はリチウムを鉄粉に保
持させたものやリチウム合金等が用いられるが本実施例
では前者を用いている。正極には二硫化鉄を活物質とし
て用いこれに電解質とバインダーとして働＜ＳｉＯ２粉
末を混合している。そして正極と負極との間に、電解質
であるＫＣｇ　−Ｌ　ｉＣｅ溶融塩をＭｇ○粉末に保持
させた電解質層を設けた三層一体の成型体を作り素電池
１としている。また、素電池１の中心部には火炎を通す
ための天啓孔３が設けられている。発熱剤２は鉄粉と過
塩素酸カリウムの混合物から威る成型体で素電池１と同
じく天啓孔３が形成されている。素電池１と発熱剤２は
交互に積み重ねられ積層体を形成する。本実施例では素
電池１を１０枚用いた積層形態電池を構成した。そして
ジルコニウム粉末とクロム酸バリウム粉末および５ｉ（
ｈ繊維の混合物を円板シート状にした着火体５は、素電
池１を上下に５枚ずつに分ける積層体の中央部に配置し
ている。この着火体５は燃焼後電気的導通がなくなるの
で、上下に分離された積層体を電気的に接続するため、
金属製の着火体挟持り−ド板１３を用いている。第２図
は着火体挟持り−ド板１３が着火体５を挟持している状
況を示す平面図（ａ）と断面図（ｂ）である。着火体挟
持リード板１３は２枚の円板が電気持続部Ａでつながっ
ており、この部分で折り曲げることによって着火体５を
挟み持つ形になる。そして電気接続部Ａを通して着火体
５より下の積層体と上の積層体を電気的に接続する。そ
の他の構成は従来例と同じで、積層体の外周部には、着
火体５と同材料によって帯状に形成された導火帯４が接
して設けられ、天啓孔３の上部には電気信号により火炎
を発する点火器が配置されている。そして、それらの構
成品を５ｉ０２　　・Ａ＋！２０３繊維等によってなる
断熱層９で被い、ステンレス鋼で作られた外装ケース８
に挿入後、外装Ｍ７をして外装ケース８とＴＩＧ溶接を
行って密封している。電池の出力はノ＼−メチツクシー
ル加工されたｅ出力端子１０との出力端子１１から取り
出され、電池を起動させるための点火器６への電気信号
は点火用端子１２より印加される。

以上の様な本発明の実施例電池と、従来電池とをそれぞ
れ５個ずつ製作し、常温にて放電を行って性能比較を行
い、第１表に点火信号印加から１６Ｖに至るまでの立上
り時間と終止電圧１６Ｖを切るまでの持続時間を平均値
で示した。

第１表 立上り時間は本発明による電池も従来電池もほとんど同
じであることが分る。ここで、本発明による電池の燃焼
経路をみてみると、まず点火器６より発せられた火炎は
天啓孔３の中に飛び、積層体の中央部にある着火体５を
燃焼開始させる。着火体５は天啓孔部から外周部へと向
けて燃焼してゆき、導火帯４に着火する。そして導火帯
４は積層体中央部から上方および下方に向けて同時に燃
焼伝播をしてゆき各層の発熱剤２に着火するのである。

この燃焼経路の距離は、第３図に示した従来電池の燃焼
経路距離と全く同じであり、従って所定電圧までに達す
る立上り時間は従来電池に比べ全く遅くなることはない
のである。

次に１６Ｖを切るまでの持続時間は、本発明による電池
の方が約１５％延長されていることが分る。これは、着
火体５がもともと積層体上下部よりも初期温度の低い中
央部に移されたことにより、積層体内部の温度分布が均
一化され、過剰熱による素電池１の自己消耗が防がれて
いるためと考えられる。事実、放電後の電池を分解し観
察した結果でも、従来電池では積層体上下部に近い素電
池５には６００℃を越える過剰熱が加えられた状況が見
られるが、本発明による電池では積層体のどの部分の素
電池５もほぼ同じ熱印加状況が把握でき、過剰熱のない
ことも分る。

なお、本実施例では示さなかったが、積層する素電池の
枚数が奇数の場合や、全積層素電池数をいくつかのブロ
ックに分は複数の異った出力を発生させる場合等では、
着火体が積層体の完全な中央部にこない場合が生じる。

しかし、導火帯の燃焼速度は発熱剤に比べ非常に速く、
多少距離が異っても立上り時間に大きな影響を与えない
。

従って、着火体の位置が積層体中央部から積層体高さの
１１５程度上下にずれても、問題なく、本実施例とほと
んど同等の効果を得ることができる。

発明の効果 以上の様に本発明によれば電圧の立上り時間は従来通り
速く、かつ放電持続時間はより長い熱電池を提供できる
という効果が得られ、工業的価値大なるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例である積層形態電池の縦断面
図、第２図ａ、ｂは同実施例における着火体と着火体挟
持リード板との関係を示す平面図および断面図、第３図
は従来電池の縦断面図である。 １・・・・・・素電池、２・・・・・・発熱剤、３・・
・・・・天啓孔、４・・・・・・導火帯、５・・・・・
・着火体。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 火導孔を有する素電池と、同じく火導孔を有し鉄粉と過
   塩素酸カリウムの混合物からなる発熱剤とを交互に積み
   重ねて積層体を構成するとともに、この積層体の外周部
   に接して導火帯を設けた熱電池において、前記積層体の
   中央部付近に着火体を配置したことを特徴とする積層形
   熱電池。