JPH0782854B2 - 積層形熱電池 - Google Patents
積層形熱電池Info
- Publication number
- JPH0782854B2 JPH0782854B2 JP24120387A JP24120387A JPH0782854B2 JP H0782854 B2 JPH0782854 B2 JP H0782854B2 JP 24120387 A JP24120387 A JP 24120387A JP 24120387 A JP24120387 A JP 24120387A JP H0782854 B2 JPH0782854 B2 JP H0782854B2
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- JP
- Japan
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- ignition
- agent
- pellets
- thermal battery
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M6/00—Primary cells; Manufacture thereof
- H01M6/30—Deferred-action cells
- H01M6/36—Deferred-action cells containing electrolyte and made operational by physical means, e.g. thermal cells
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
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- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Primary Cells (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明はリチウムおよびリチウム合金を負極とした素電
池と、鉄と過塩素酸カリウムを主成分とする発熱剤ペレ
ットを用いた積層形熱電池の電圧立上がり時間の短縮に
関するものである。
池と、鉄と過塩素酸カリウムを主成分とする発熱剤ペレ
ットを用いた積層形熱電池の電圧立上がり時間の短縮に
関するものである。
従来の技術 熱電池は常温では不活性であるが、高温に加熱すること
によって活性となり、外部へ電力を供給しうるようにな
る電池で貯蔵型電池の一種である。従って貯蔵寿命は極
めて良好で、５〜10年間の貯蔵跡も製造直後と何ら特性
劣化なく使用できる。また高温で作動させるために電極
反応が進み易く、分極も少ないので大出力の放電にもよ
く耐えることや、使用時には起動信号を入れると瞬時に
電圧発生する等の特長を有しているので、緊急用電源と
して用いられている。
によって活性となり、外部へ電力を供給しうるようにな
る電池で貯蔵型電池の一種である。従って貯蔵寿命は極
めて良好で、５〜10年間の貯蔵跡も製造直後と何ら特性
劣化なく使用できる。また高温で作動させるために電極
反応が進み易く、分極も少ないので大出力の放電にもよ
く耐えることや、使用時には起動信号を入れると瞬時に
電圧発生する等の特長を有しているので、緊急用電源と
して用いられている。
特に正極に二硫化鉄（FeS2）を、電解質に塩化リチウム
−塩化カリウム（LiCl−KCl）溶融塩を、負極にリチウ
ムもしくはリチウム合金を用いた熱電池は高エネルギー
密度であり、単位面積当りの出力密度も高いことから現
在活発に研究が進められている。本電池に使用する発熱
剤は、還元剤に鉄粉を、酸化剤に過塩素酸カリウムを主
成分に用いたFe/KClO4系であり、高密度に加圧成型され
たペレットが採用されている。
−塩化カリウム（LiCl−KCl）溶融塩を、負極にリチウ
ムもしくはリチウム合金を用いた熱電池は高エネルギー
密度であり、単位面積当りの出力密度も高いことから現
在活発に研究が進められている。本電池に使用する発熱
剤は、還元剤に鉄粉を、酸化剤に過塩素酸カリウムを主
成分に用いたFe/KClO4系であり、高密度に加圧成型され
たペレットが採用されている。
Fe/KClO4系発熱剤ペレットは発熱量が240Cal/gと低く、
燃焼速度も25cm/Sと遅い欠点を有するが、ペレットの機
械的強度が高く、燃焼前後において良好な電気伝導性で
あり、静電気等でも発火し難いために取扱いが容易であ
るという特徴がある。従って着火エネルギーが0.32ジュ
ール（50％の確率で着火するエネルギー）と高いので、
燃焼補助剤を必要とする。
燃焼速度も25cm/Sと遅い欠点を有するが、ペレットの機
械的強度が高く、燃焼前後において良好な電気伝導性で
あり、静電気等でも発火し難いために取扱いが容易であ
るという特徴がある。従って着火エネルギーが0.32ジュ
ール（50％の確率で着火するエネルギー）と高いので、
燃焼補助剤を必要とする。
従来の熱電池の起動方式には大別して導火帯方式（フュ
ーズストリップ方式）と火導孔方式（センターホール方
式）の２種類があった。前者の導火帯方式は複数の素電
池と発熱剤ペレットを交互に積重ねて構成したスタック
の外周側面に導火帯を１〜５本程度密着させて配設し、
スタック外周から着火して中心部へ燃焼伝ぱさせていく
方式であり（第２図ａ）、後者の火導孔方式は中心に開
孔部を有する素電池と同発熱剤ペレットを積層して形成
されたスタック中心の火導孔から着火して外周部へ燃焼
伝ぱさせている方式（第２図ｂ）である。
ーズストリップ方式）と火導孔方式（センターホール方
式）の２種類があった。前者の導火帯方式は複数の素電
池と発熱剤ペレットを交互に積重ねて構成したスタック
の外周側面に導火帯を１〜５本程度密着させて配設し、
スタック外周から着火して中心部へ燃焼伝ぱさせていく
方式であり（第２図ａ）、後者の火導孔方式は中心に開
孔部を有する素電池と同発熱剤ペレットを積層して形成
されたスタック中心の火導孔から着火して外周部へ燃焼
伝ぱさせている方式（第２図ｂ）である。
発明が解決しようとする問題点 導火帯方式は、第２図ａに示す点火器の発火点Ｏから、
ヒートパッドの燃焼時間Ｐ、導火帯の同時間Ｑ、発熱剤
ペレットの同時間Ｒの加熱系燃焼時間と素電池の熱伝達
時間Ｓの総和が電圧耐利上がり時間となり、一方、火導
孔方式は第２図ｂに示す点火器の発火点Ｏから、着火剤
の燃焼時間Ｑ′、前記Ｒ、前記Ｓの総和が電圧上がり時
間となって、火導孔方式が若干速い立上がり時間を得る
ことが出来る。しかし、火導孔方式は発熱剤ペレットが
内から外へ向って燃焼するため、ペレット外縁から熱が
放出され易い構造となっているので発熱量のロスが多い
欠点があるのに対し、導火帯方式は逆に外から内に向っ
て燃焼するため、有効に発熱量を活用できる長所があ
る。
ヒートパッドの燃焼時間Ｐ、導火帯の同時間Ｑ、発熱剤
ペレットの同時間Ｒの加熱系燃焼時間と素電池の熱伝達
時間Ｓの総和が電圧耐利上がり時間となり、一方、火導
孔方式は第２図ｂに示す点火器の発火点Ｏから、着火剤
の燃焼時間Ｑ′、前記Ｒ、前記Ｓの総和が電圧上がり時
間となって、火導孔方式が若干速い立上がり時間を得る
ことが出来る。しかし、火導孔方式は発熱剤ペレットが
内から外へ向って燃焼するため、ペレット外縁から熱が
放出され易い構造となっているので発熱量のロスが多い
欠点があるのに対し、導火帯方式は逆に外から内に向っ
て燃焼するため、有効に発熱量を活用できる長所があ
る。
第３図ａは導火帯方式の発熱剤ペレットの燃焼反応が面
方向に進んでいる状況を矢印で示したもので、導火帯に
よる着火点15,16,17より波紋状に外から内に向って燃焼
する。第３図ｂは火導孔方式の同状況を示したもので、
前者と反対に着火剤による着火点18より内から外に向っ
て放散状に燃焼する。
方向に進んでいる状況を矢印で示したもので、導火帯に
よる着火点15,16,17より波紋状に外から内に向って燃焼
する。第３図ｂは火導孔方式の同状況を示したもので、
前者と反対に着火剤による着火点18より内から外に向っ
て放散状に燃焼する。
本発明は上記のような従来の欠点を補足しあい、電圧立
上がり時間が早くかつ、発熱剤ペレットの発熱量を有効
に活用した積層形熱電池を提供することを目的とする。
上がり時間が早くかつ、発熱剤ペレットの発熱量を有効
に活用した積層形熱電池を提供することを目的とする。
問題点を解決するための手段 この問題点を解決するために本発明は、導火帯方式と火
導孔方式とを併用し、ヒートパッド，導火帯および火導
孔内の着火剤を同一構成としたものである。
導孔方式とを併用し、ヒートパッド，導火帯および火導
孔内の着火剤を同一構成としたものである。
作用 この構成によれば、まず点火器の発火点でヒートパッド
と着火剤が同時に着火し、それぞれかが燃焼伝ぱしなか
ら発熱剤ペレット内，外から着火せしめていく。この場
合、火道孔から着火する時間はヒートパッドの燃焼時間
Ｐだけ早く着火し、外から導火帯により送れて着火して
いく状況となる。従って、発熱ペレットは内外から短時
間に燃焼が終了し、電池電圧は早い立上がり時間を示め
す。さらに積層された全発熱剤ペレットにおいて、最終
燃焼箇所は中心部と外縁部の間となって、外縁から放出
される熱量を抑制しようとするので、発熱剤ペレットの
発熱量を有効に利用でき少ない量で同一の効果を得るこ
ととなる。
と着火剤が同時に着火し、それぞれかが燃焼伝ぱしなか
ら発熱剤ペレット内，外から着火せしめていく。この場
合、火道孔から着火する時間はヒートパッドの燃焼時間
Ｐだけ早く着火し、外から導火帯により送れて着火して
いく状況となる。従って、発熱ペレットは内外から短時
間に燃焼が終了し、電池電圧は早い立上がり時間を示め
す。さらに積層された全発熱剤ペレットにおいて、最終
燃焼箇所は中心部と外縁部の間となって、外縁から放出
される熱量を抑制しようとするので、発熱剤ペレットの
発熱量を有効に利用でき少ない量で同一の効果を得るこ
ととなる。
実 施 例 以下本発明の実施例の構成を第１図を用いて説明する。
図において、リチウムまたはリチウム合金（Li−Al,Li
−Si等）の負極と、塩化リチウム−塩化カリウム共融塩
（融点352℃）を酸化マグネシウムに吸着固定化処理し
た電解質層と、二硫化鉄と前記共融塩と二酸化ケイ素の
混合物からなる正極を３層１体に加圧成型した開孔部を
有する厚さ1.3mmの素電池１、鉄粉88重量部（以下単に
部という）と化塩素酸カリウム粉末12部を均一混合し加
圧成型して得た開口部を有する厚さ0.5mmの発熱剤ペレ
ット２である。４は素電池１と発熱剤ペレット２を積層
して構成したスタックに形成される火導孔３に充填した
ZrとBaCrO4と無機繊維からなる着火剤で、火導孔３に面
する発熱剤ペレットと接触状態にある。５はヒートパッ
ドでスタックの外側面で発熱剤ペレット２と接触して設
けられた導火帯６と一対で用いられ、本実施例では導火
帯を120゜間隔に３本設けた。ヒートパット５も導火帯
６も前記着火剤４と同一材料で構成されている。７は点
火器で起動端子8,9に接続されており、これに電気信号
を入れると、点火器のフィラメントが赤熱しアジ化鉛の
発火薬が火炎を発する構成となっている。10,11は積層
電池の一対の電力用出力端子、12はスタックの周囲に配
置された断熱材、13はハーメチックシールガラス端子か
らなる前記起動端子、電力用出力端子を取付けた電池
蓋、14は電池ケースでその嵌合部で溶接し密封構造とす
る。
−Si等）の負極と、塩化リチウム−塩化カリウム共融塩
（融点352℃）を酸化マグネシウムに吸着固定化処理し
た電解質層と、二硫化鉄と前記共融塩と二酸化ケイ素の
混合物からなる正極を３層１体に加圧成型した開孔部を
有する厚さ1.3mmの素電池１、鉄粉88重量部（以下単に
部という）と化塩素酸カリウム粉末12部を均一混合し加
圧成型して得た開口部を有する厚さ0.5mmの発熱剤ペレ
ット２である。４は素電池１と発熱剤ペレット２を積層
して構成したスタックに形成される火導孔３に充填した
ZrとBaCrO4と無機繊維からなる着火剤で、火導孔３に面
する発熱剤ペレットと接触状態にある。５はヒートパッ
ドでスタックの外側面で発熱剤ペレット２と接触して設
けられた導火帯６と一対で用いられ、本実施例では導火
帯を120゜間隔に３本設けた。ヒートパット５も導火帯
６も前記着火剤４と同一材料で構成されている。７は点
火器で起動端子8,9に接続されており、これに電気信号
を入れると、点火器のフィラメントが赤熱しアジ化鉛の
発火薬が火炎を発する構成となっている。10,11は積層
電池の一対の電力用出力端子、12はスタックの周囲に配
置された断熱材、13はハーメチックシールガラス端子か
らなる前記起動端子、電力用出力端子を取付けた電池
蓋、14は電池ケースでその嵌合部で溶接し密封構造とす
る。
次に、前記従来例の導火方式，火導孔方式と、本発明の
導火帯，火導孔併用方式における電圧立上がり時間と発
熱剤適正量を求めたところ、次表のとおりであった。
導火帯，火導孔併用方式における電圧立上がり時間と発
熱剤適正量を求めたところ、次表のとおりであった。
本発明の場合、最も遅れて加熱される点火器から数えて
最下位置の素電池は、着火剤により点火後60ms後に発熱
剤ペレットに着火されて加熱され始めるが、この時点で
は導火帯の燃焼は20ms手前でありここの位置まで達して
いない。着火剤側から20ms燃焼が進進んだ時点で導火帯
は発熱剤ペレットに着火され内からと外から燃焼が進ん
でいき、着火剤から48ins燃焼後、導火帯から28ms燃焼
後に燃焼反応がぶつかり合って完了する。このため発熱
剤ペレットは75msの燃焼時間が48msで済むため、従来例
１より47ms、従来例２より25ms早い電圧立上がり時間が
得られる。
最下位置の素電池は、着火剤により点火後60ms後に発熱
剤ペレットに着火されて加熱され始めるが、この時点で
は導火帯の燃焼は20ms手前でありここの位置まで達して
いない。着火剤側から20ms燃焼が進進んだ時点で導火帯
は発熱剤ペレットに着火され内からと外から燃焼が進ん
でいき、着火剤から48ins燃焼後、導火帯から28ms燃焼
後に燃焼反応がぶつかり合って完了する。このため発熱
剤ペレットは75msの燃焼時間が48msで済むため、従来例
１より47ms、従来例２より25ms早い電圧立上がり時間が
得られる。
また、従来例２のように外向きの燃焼が発熱剤ペレット
の外縁まで到達しないので、発熱剤量が約５％少量です
み軽量化に効果があった。
の外縁まで到達しないので、発熱剤量が約５％少量です
み軽量化に効果があった。
発明の効果 以上の説明から明らかなように、導火帯と火導孔に充填
した着火剤とを併用した本発明の積層形熱電池は、従来
例と比べ電圧立上がり時間が改善され、発熱剤ペレット
の使用量が少量で済むことが可能となった高性能の熱電
池を提供することができるという効果が得られる。
した着火剤とを併用した本発明の積層形熱電池は、従来
例と比べ電圧立上がり時間が改善され、発熱剤ペレット
の使用量が少量で済むことが可能となった高性能の熱電
池を提供することができるという効果が得られる。
第１図は本発明実施例における積層形熱電池の縦断面
図、第２図は来来例の導火帯方式と火導孔方式の燃焼伝
ぱ説明図、第３図は発熱剤ペレットの燃焼反応の進行図
である。 １……素電池、２……発熱剤ペレット、３……火導孔、
４……着火剤、５……ヒートパッド、６……導火帯、７
……点火器。
図、第２図は来来例の導火帯方式と火導孔方式の燃焼伝
ぱ説明図、第３図は発熱剤ペレットの燃焼反応の進行図
である。 １……素電池、２……発熱剤ペレット、３……火導孔、
４……着火剤、５……ヒートパッド、６……導火帯、７
……点火器。
Claims (1)
- 【請求項１】負極がリチウムおよびリチウム合金からな
り円板状の中央部に開孔部を有する素電池と、鉄と過塩
素酸カリウムを主成分とし、円板状の中央部に開孔部を
有する発熱剤ペレットからなる熱電池において、前記素
電池と発熱剤ペレットを交互に複数枚積層して形成され
るスタックの前記開口部によって形成される火導孔内に
着火剤を充填するとともに、前記スタックの外側面に密
着して導火帯を併設した積層形熱電池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24120387A JPH0782854B2 (ja) | 1987-09-25 | 1987-09-25 | 積層形熱電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24120387A JPH0782854B2 (ja) | 1987-09-25 | 1987-09-25 | 積層形熱電池 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6482462A JPS6482462A (en) | 1989-03-28 |
| JPH0782854B2 true JPH0782854B2 (ja) | 1995-09-06 |
Family
ID=17070735
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP24120387A Expired - Fee Related JPH0782854B2 (ja) | 1987-09-25 | 1987-09-25 | 積層形熱電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0782854B2 (ja) |
-
1987
- 1987-09-25 JP JP24120387A patent/JPH0782854B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6482462A (en) | 1989-03-28 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |