JPH0782855B2 - 熱電池 - Google Patents

熱電池

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JPH0782855B2
JPH0782855B2 JP62272443A JP27244387A JPH0782855B2 JP H0782855 B2 JPH0782855 B2 JP H0782855B2 JP 62272443 A JP62272443 A JP 62272443A JP 27244387 A JP27244387 A JP 27244387A JP H0782855 B2 JPH0782855 B2 JP H0782855B2
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    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M6/00Primary cells; Manufacture thereof
    • H01M6/30Deferred-action cells
    • H01M6/36Deferred-action cells containing electrolyte and made operational by physical means, e.g. thermal cells
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    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/20Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders
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Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、長時間作動を必要とする熱電池の保温技術の
改良に関するものである。
従来の技術 熱電池は常温で不活性であるが、高温に加熱すると活性
になり、外部へ電力を供給し得るようになる電池で貯蔵
形電池の一種である。従って、5〜10年あるいはそれ以
上の貯蔵後においても製造直後と何ら電池特性が変らな
いので緊急用電源に利用されている。また、高温で作用
させるために電極反応が進み易いため分極も少ないので
大電流放電性に優れ、さらに使用希望時には起動信号を
入れると瞬時に電力を取出せる等の特長を有するが、一
方数分以内の短時間しか使用できないという短所を有し
ている。
この課題を克服するために従来から進められて来た研究
は、(1)電池系の改良、(2)断熱技術の改良、
(3)蓄熱技術の改良である。(1)については、負極
にカルシウムを用いたCa/CaCrO4系電池から負極にリチ
ウムまたはリチウム合金を用いたLi/FeS2系電池に変わ
り、作動温度幅の拡大が図られた。(2)については、
従来のアスベストやマイカ主体の天然断熱材から今日で
はFiber−Flax(ファイバーフラックス(カーボランダ
ム社製))やMIN−K(ジョンズ−マンビル社製)等の
合成の低熱伝導率(例えば0.03Kcal/m.h.゜c)断熱材へ
と移り変って来た。さらに(3)については、素電池と
発熱剤ペレットからなるスタックの両端の保温層も金属
板を用いたり単に発熱剤を多く使用するのではなく、凝
固潜熱を電池作動の最適温度で効率よく発生させるLi2S
O4−NaCl蓄熱層が用いられ、以上(1)〜(3)の技術
を組合せることによって長時間作動の電池が出現可能と
なりつつある。
本発明は断熱技術の改善を更に押し進めることによっ
て、より長時間作動が可能な電池を具現化しようとする
ものである。従来の断熱に関する取組み内容は、上記の
材料の改良の外に以下のようなものがあった。
(1) 電池外部に無機繊維と結合剤との混合物やシリ
コンゴム等を断熱層として形成する。
(2) 電池内部に構成された断熱層間に発熱体をスタ
ックを包囲するように配置する。
(3) 電池の外部から保温用電熱線ヒーターにより加
熱昇温する。
発明が解決しようとする問題点 上記(1)は実開昭50−17723号,同48−54015号に開示
された方法であるが、断熱層の強度が不十分であった
り、断熱材としての熱伝導率が大きかったり、また、高
温高湿試験で結露による断熱低下を起こす欠点がある。
(2)は特公昭48−33457号に開示された例であり、断
熱層を強制的に加熱するため電池ケースとの温度差が大
きくなって熱が流れ易くなり、電池外装の温度が高まる
欠点がある。また(3)は外部電源を必要とするため実
用的でない。
本発明は、上記のような従来の問題点を解消し、電池内
部で発生させた電池作動用の熱量の流出を抑制して、長
時間の電池作動が可能な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本発明は、内部電池ケースと
外部電池ケースの間に空間層を形成する2重電池ケース
を使用し、前記内部・外部電池ケースを溶接,銀ロウ付
け等により接合するとともに、空間層を1×103torr以
下の減圧状態で封口して断熱層としたものである。
作用 この構成によれば、断熱層の厚みが薄い場合でも電池内
部のスタック温度は長時間にわたって作動可能温度を保
持するようになる。減圧値1×102torr以上では熱流出
が急激に増加するが、1×103torr以下、願わくば1×1
0-4torr以下では空間層の厚味が1mm以上で無関係となり
著しく熱流出が小さくなって大きな効果を示す。従っ
て、高価でかつ加工性の悪いMIN−K等を使用するより
も、安価でかつ加工性がよく薄い層で同等もしくはそれ
以上の断熱効果が得られるので、長時間作動の電池を小
型軽量に設計できる。また(1)の方法の欠点や、
(2)の方法の電池外装表面の温度上昇も抑制され、熱
電池の究極の断熱層が得られることとなる。
実施例 以下本発明の実施例を第1図から第5図を参照して説明
する。
第1図は2重電池ケースの断面図を示す。図において、
1は厚さ0.5mmのステンレス鋼製の直径85mmの円筒状の
内部電池ケース、2は電池蓋と蓋溶接部、3は外部電池
ケースとの溶接補助用V溝である。4は同厚さ0.5mmの
同ステンレス鋼製の直径90mmの円筒状の外部電池ケー
ス、5は内部電池ケースとを溶接補助用V溝で、内部・
外部電池ケースの接合部6をTIG溶接にてピンホールが
生じないように一体とした。7は空間層9の空気を脱気
するための脱気ノブ、8はその取出口である。この様に
構成された2重電池ケースの厚みは空間層が1.5mm、ケ
ース厚さを含めても2.5mmである。尚、空間層の両内面
にはそれぞれのケースに銀メッキが施こされている。
第2図は内部電池ケース1′と外部電池ケース4′の接
合部6′を電池ケース内側に設けた例、第3図は1″と
4″の接合部6″を上記の突合せ部に設けた例である。
第4図は本発明を用いた積層形熱電池の断面構造図で、
10はリチウムまたはリチウム合金(LiAl,LiSi等)の負
極層、11はLiCl−KCl(47:53重量%,融点352℃)と酸
化マグネシウム(MgO)の混合成型体の電解質層、12は
二硫化鉄(FeS2)と前記電解質物質からなる正極層で、
この3層を1体とした直径75mmの素電池13である。14は
発熱剤ペレットで鉄分と過塩素酸カリウム(88:12重量
%)の混合物を加圧成形にてペレット状としたもので、
素電池13と交互に任意数積層してスタックとする。15は
蓄熱層で例えば硫酸リチウムと塩化ナトリウムの溶融塩
を金属容器中に溶融注入し後密封した層でありスタック
の上下に配置させる。16は電気式点火器でそのリード線
は一対の起動用端子17に接続され、この端子よりパルス
電流を通電すると火炎を発してヒートパッド18を燃焼
し、更に導火帯19に燃焼伝ぱさせる。20,21は一対の電
力用出力端子でスタックの上部と下部から引出したリー
ド線をそれぞれ接続する。22は断熱層で500℃の熱伝導
率が0.06Kcal/m.h.゜cを有する厚さ5mmの安価で加工性
のよいファイバーフラックスペーパーを上・下・側部に
用いる。23はガラスハーメチックシール端子からなる起
動端子17,出力端子20,21を取付けた電池蓋、24は2重電
池ケースの蓋溶接部2と電池蓋23をTIG溶接で完全密閉
した蓋ケース溶接部である。25は2重電池ケースの空間
層9を減圧とした後取出口8を閉じた封口部である。
次に本実施例の2重電池ケースの製造法について述べ
る。洗浄された内部電池ケース1の外面および外部電池
ケース4の内面をまず銀メッキを施こす工程を得た後、
120℃で24時間以上減圧乾燥し、外部電池ケースの底部
にガス吸収剤ゲッターST−707(シーズ社製)500mgを置
き、内部電池ケースを嵌め込む。この場合形成された空
間層9の均一化を図るため任意個所に断熱性のよいスペ
ーサを用いてもよい。接合部6をターンテーブルで回転
させながらTIG溶接にてピンホール等の貫通孔のないよ
う接合し、次いで脱気ノブ7から真空ポンプで脱気しな
がら400℃の炉内に入れ、微量のN2,H2等の残存ガスをゲ
ッターに吸収させ、取出口8を厳密に封口する。この時
時間層は1×10-3torrの減圧値望ましくは1×10-4torr
以下にすることが大切である。
封口方法は前記の方法の他に脱気ノブを用いないでやる
ことも可能である。つまり封口しようとする穴にフラン
ジを有するキャップを当てがいフランジ部と本体に銀ロ
ウをつけ、加熱減圧状態で銀ロウを溶かし、そのまま冷
却させる方法である。この場合は突起物がないため外観
上優れているが、加熱減圧装置が必要となる。
第5図は空間層圧力と熱の逃げる値(熱流値)との関係
を示した図である。図において、内部電池ケース温度10
0℃で外部電気ケース温度20℃のとき、1×10-4torrで
は0.8,1×10-3torrでは9,1×10-2torrでは表示されてい
ないが250Kcal/m2hの熱流値であった。尚、熱流値は1m2
の面積から1時間当りKcalの熱が移動したことを示す単
位で、小さい値を示す法がよい。熱電池の設計において
2重電池ケース間の温度差が100〜300℃位を拡大するた
め、1×10-3torr以下がよく、1×10-4torr以下であれ
ば最善である。この場合、N2やH2等の気体分子の平均自
由行程が空間層1mm以上であれば十分に長いのでこれ以
上であれば問題ない。
次に本実施例の効果を従来例と比較して述べる。下表は
素電池直径75mm,電池直径90mm,電池高さ90mmの形状にお
ける、50mA/cm2の放電電流密度のとき、最大電圧値の75
%維持までの放電寿命(秒)とエネルギー密度(wh/e)
と電池重量(kg)を求めたものである。
発明の効果 以上の説明から明らかなように、2重電池ケースの空間
部を1×10-3torr以下の減圧状態で封口した電池ケース
を用いると、スタック温度の保持時間が延長された放電
寿命が大幅に改良されてエネルギー密度が向上し、更に
電池重量も軽量化するという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の実施例における2重電池ケースの未封
口の断面図、第2図および第3図は同2重電池ケースの
内部・外部電池ケースの他の接合構造を示す部分断面
図、第4図は本発明の2重電池ケースを使用した積層形
熱電池の縦断面図、第5図は空間層圧力と熱流値との相
関図である。 1……内部電池ケース、2……外部電池ケース、6……
接合部、7……脱気ノブ、9……空間層、13……素電
池、14……発熱剤ペレット、22……断熱層、25……封口
部。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】内部電池ケースと外部電池ケースの間に空
    間層を形成した2重電池ケースを備え、前記内・外部電
    池ケースを接合するとともに、空間層を1×10-3torr以
    下の減圧状態で封口し、内部電池ケースに素電池,発熱
    剤ペレット,断熱材を装填した熱電池。
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