JPS5853027Y2 - 熱電池 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案は、素電池と発熱剤を内蔵した熱電池に関するも
ので、その目的は、発熱剤燃焼初期の過激な温度上昇に
より負極が過度に加熱され、溶融して電池の短絡などに
よる信頼性を損なうおそれのない電池を提供することで
ある。

熱電池は正極Ｃ： ＣａＣｒＯ４、ＰｂＣｒ０．など、
負極にＣａ、Ｍｇなど、正負極集電板にＮｉ、Ｆｅなと
、電解質ニＫＣｌ−ＬｉＣ１，ＫＢｒ−ＬｉＢｒなどの
共融塩が用いられる電池で、常温では電解質が非電導性
の固体塩であるため、電池としては不活性な状態にある
が、高温に加熱すると電解質が良好なイオン伝導性とな
って、外部に電力を供給し得るような性質の電池である
。

この種の電池には次のような特長があることが知られて
いる。

（１）貯蔵中の自己消耗が実用上皆無で、長期貯蔵後に
おいても製造直後と同様の放電特性を発揮する。

（２）製造時に素電池加熱用の発熱剤を組み込み、電池
使用に際して発熱剤を作用させ、短時間で電池を活性化
することが出来るので緊急の用途に便利である。

（３）水溶液電解液では用いることのできない超低電位
負極材料の使用が可能なため、素電池当たりの電圧を高
め得るので小形軽量化に有利である。

（４）−５０〜＋７０℃におよぶ幅広い温度領域で使用
できる。

このような特徴から、ロケットや緊急用電源として実用
化されつつある。

しかしながら、この種電池に残された大きな問題として
、例えばジルコニウムとクロム酸鉛からなる発熱剤の燃
焼時の約１１００℃前後の瞬間高熱により、比較的融点
の低い金属、例えばマグネシウム（融点６５０℃）、カ
ルシウム（融点８５０℃）などが熱伝導の良好なニッケ
ルまたは鉄からなる負極集電板を経由して、過度に加熱
されるため、一部または大部分が溶融することにより、
正負極間に電橋を形成し、軽微な場合は電圧のふらつき
を含む電圧降下となって現れ、極端な場合は内部発生電
力の全てが短絡されて外部に対して全く供給不能の状態
となって現れることがしばしば認められた。

この現象をなくすため、従来は発熱剤量を減らす手段を
とっていたが、このようにすると、熱電池特有の冷却が
早まり、放電持続時間が短縮されるか、または初期の熱
不足により□、立上りが遅れる欠点があった。

このような欠点を回避する他の方法として、（１）負極
集電板の発熱剤面側と、発熱剤の間に耐熱性でかつ断熱
性のある物質、例えばアスベスト紙、ガラスクロス、マ
イカなどの断熱板を挿入するか、（２）アスベスト紙な
どのような断熱性耐熱基板上に発熱剤を形成し、断熱層
と発熱剤を−体として、その断熱層面を負極集電板に面
して配置する手段がとられていた。

これらの方法により、発熱剤を減量した時のような支障
はなくなったものの、新たな問題として（１）の方法の
場合は断熱板を入れ忘れるが、又は断熱板を正極集電板
と発熱剤の間に挿入する作業ミスが間々生じることが避
けられなかった。

また（２）の方法の場合でも断熱層と発熱剤の一体層の
挿入の際に、断熱層面を正極集電板側に配置する誤りを
完全になくすることができなかった。

このような作業ミスを含んで生産された熱電池は、電圧
のふらつきまたは電圧降下などの不都合が生じる結果と
なり、緊急用途に供される性格上、更に信頼性の高い対
策が望まれていた。

本考案はこのような要望に答えるもので、組立時に作業
者の不注意などで、負極が過度に加熱されて信頼性を損
なうことがないように、負極集電板に改良を加え、上記
問題を解決するものである。

以下本考案をその実施例により説明する。

第１図は熱電池の全体構成を示す縦断面図である。

１は詳しくは後述するが、負極集電板に改良を加えた素
電池で、高温に加熱されて発電する発電要部をなしてお
り、任意の数の素電池が直列に連結されて全体として必
要な電圧が発生するように構成されている。

２は発熱剤で、ジルコニウム粉末とクロム酸鉛粉末に少
量のバインダーを加えてシート状に成形したもので、発
熱反応によって素電池を加熱発電させるために用いられ
る。

３は点火器で、一対の起動端子４に瞬間電流を通じると
火炎を発生し、発熱剤２に着火することによって素電池
を活性化するために備えられている。

５は出力端子で、素電池連結体の所定の位置に導通され
ている。

６は断熱層で、アスベスト、マイカ、ガラスクロスなど
の耐熱材で構成されており、素電池の保温と素電池の高
温が周囲物質に熱的損傷を与えることを防止するために
備えられている。

７は外装で金属ケースと蓋からなり、そのはめ合い部で
溶接された密閉構造をなしている。

第２図は、第１図の１で説明したように、本考案の負極
集電板を用いた素電池を図示したもので、８はニツケム
板からなる正極集電板、９は電解質層と正極合剤層の二
層一体成形ペレットである。

なお電解質層と正極合剤層を個別に成形したものを用い
てもよい。

１０は金属カルシウムからなる負極で、１１のニッケル
からなる負極集電板に後に述べる方法で圧着するか、ま
たはスポット溶接により、一体化されており、この集電
板の発熱剤側の面には耐熱性の断熱被膜１２を形成した
ものである。

更に詳しく説明すると、負極集電板１１に複数個の突き
出しによる突起を設け、突起のない面（突起の裏側）に
４０μ以下の粒度のアルミナを用いてプラズマ溶射法に
より、厚さ約１００μの被膜を形成する。

次に集電板突起面に負極カルシウムを置き、プレス等に
より加圧し、カルシウムを集電板突起にくい込ませるこ
とによって固定する。

この場合、適当な治具を用いて所定の位置からずれない
よう固定されるよう配慮することは当然である。

このように負極集電板１１の一方の面に断熱被膜１２を
形成した負極と負極集電板の一体品を用いて、先に述べ
た如く電池を構成すれば、負極集電板の発熱剤側面に断
熱被膜が形成されているため、従来のように断熱板を挿
入する必要もなく、シかも挿入ミスが生ずる心配もない
。

また断熱層と発熱層の一体層を挿入する場合でも表裏を
間違って挿入し、負極側に加熱層側が配置されることも
間々あったが、これらの心配や、ミスを引き起こす機会
が完全に解消され、電圧変動や、短絡を生ずることのな
い、従来と比較して一段と信頼性の高い熱電池の提供が
可能である。

なお先に述べた実施例では負極集体板の発熱剤接触面に
プラズマ溶射法により、アルミナ被膜を形成したが、こ
の他酸化ケイ素、酸化ジルコニウムなどの溶射被膜でも
同様の効果がある。

また溶射法の他、約１１００℃で前後に加熱されても分
解ガス発生の極めて少ない性質の耐熱塗料、例えばアル
ミナ、黒鉛を主成分として、これに少量のシリコン系結
着剤を加えて水を主体とした溶剤を混合したエナメル状
の混合物を塗布し、１２０〜１５０℃で十分乾燥して断
熱被膜を形成してもよい。

いずれの場合でも断熱被膜の厚味は５０〜２００μ程度
が望ましい。

これより薄い場合は断熱効果が乏しく、所期の目的が十
分達成できない場合があり、厚すぎると立上り特性を損
うおそれがある。

また実施例では負極と集電板の一体化は圧着による方法
を述べたが、スポット溶接でも可能である。

但し、負極と集電板の融点が著しく異なるため溶接性が
悪いので、集電板に突き出しによる突起を設けて、圧着
固定する方法が好ましい。

また集電板の発熱剤側に断熱被膜を形成する順序も、あ
らかじめ集電板の原材料のままで被膜を形成し、後に打
抜、カッティングによって集電板とすることもできる。

但し、この場合は被膜の形成条件が不十分であると作業
中に剥離することがあるので、厳格な条件整備が要求さ
れる。

以上述べた如く、本考案は負極と一体化した負極集電板
の発熱剤接触面側に、断熱被膜を形成することにより、
組立時の作業ミスに起因する電圧変更や、短絡を確実に
防止し、信頼性の高い熱電池の提供を可能にした、工業
的価値の大なる考案である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の実施例の電池の全体構成を示す縦断面
図、第２図はその素電池の縦断面図である。 １・・・・・・素電池、２・・・・・・発熱剤、３・・
・・・・点火器、８・・・・・・正極集電板、９・・・
・・・電解質・正極合剤ペレット、１０・・・・・・負
極、１１・・・・・・負極集電板、１２・・・・・・断
熱被膜。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 正極集電板、正極合剤層、電解質層、負極および負極集
   電板からなる素電池と発熱剤とを交互に積層した熱電池
   であって、前記素電池の負極と負極集電板が一体化され
   ており、負極集電板の発熱剤接触面に耐熱性の断熱被膜
   を形成したことを特徴とする熱電池。