JPS634560A - 熱電池 - Google Patents
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- JPS634560A JPS634560A JP62127299A JP12729987A JPS634560A JP S634560 A JPS634560 A JP S634560A JP 62127299 A JP62127299 A JP 62127299A JP 12729987 A JP12729987 A JP 12729987A JP S634560 A JPS634560 A JP S634560A
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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
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
- H01M4/58—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic compounds other than oxides or hydroxides, e.g. sulfides, selenides, tellurides, halogenides or LiCoFy; of polyanionic structures, e.g. phosphates, silicates or borates
- H01M4/581—Chalcogenides or intercalation compounds thereof
-
- 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
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
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- Inorganic Chemistry (AREA)
- Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
- Primary Cells (AREA)
- Secondary Cells (AREA)
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。
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Description
【発明の詳細な説明】
産業上の利用分野
本発明は加熱によって活性化される熱電池に関連する。
葺来の技術
熱゛fば池は、常温で長い保存期間を有し、塩電解質が
融解する温度まで加熱することによって活性化される公
知の予備的−次電池である。熱電池は短時間の高エネル
ギー出力を要求する機器に有用である。熱電池は複数の
セルを含み、各セルはアノード、カソード電解質及び熱
源、通常、点火可能な発熱反応性化学物質であるパイロ
テクニックを含んでいる。種々の電気化学的システムが
熱セルに使用されていることは公知である。
融解する温度まで加熱することによって活性化される公
知の予備的−次電池である。熱電池は短時間の高エネル
ギー出力を要求する機器に有用である。熱電池は複数の
セルを含み、各セルはアノード、カソード電解質及び熱
源、通常、点火可能な発熱反応性化学物質であるパイロ
テクニックを含んでいる。種々の電気化学的システムが
熱セルに使用されていることは公知である。
米国特許第3,930.888号、第3,891゜46
0号及び第4,221,849号明i賽に記載されてい
るように、アノードは、電池動作温度で通常固体のカル
シラ11、リチウ11合金又は融解リチウム等で構成さ
れる正極金属である。減極剤と呼ばれるカソードの電気
化学的反応物質は、電気化学的セル内で還元されるリン
酸塩、ホウ酸塩、金属酸化物及びクロム酸塩等の負極物
質である。
0号及び第4,221,849号明i賽に記載されてい
るように、アノードは、電池動作温度で通常固体のカル
シラ11、リチウ11合金又は融解リチウム等で構成さ
れる正極金属である。減極剤と呼ばれるカソードの電気
化学的反応物質は、電気化学的セル内で還元されるリン
酸塩、ホウ酸塩、金属酸化物及びクロム酸塩等の負極物
質である。
米国特許第4,119,769号明細書には減極剤とし
て黄鉄鉱、即ちパイライトの使用が開示されている。現
在使用されている方法では、粉末パイライトを電解質と
混合し、また、場合によっては結合剤と共に混合した後
、圧縮して均一ウエバ状のカソードを形成するが、これ
は−体ウエバ状の陰極層となると共に、電解質と結合剤
とからなる陽極層をも有する。この電解質は通常、ハロ
ゲン化アルカリ金属、多くの場合塩化リチウムの共晶混
合物である。
て黄鉄鉱、即ちパイライトの使用が開示されている。現
在使用されている方法では、粉末パイライトを電解質と
混合し、また、場合によっては結合剤と共に混合した後
、圧縮して均一ウエバ状のカソードを形成するが、これ
は−体ウエバ状の陰極層となると共に、電解質と結合剤
とからなる陽極層をも有する。この電解質は通常、ハロ
ゲン化アルカリ金属、多くの場合塩化リチウムの共晶混
合物である。
明が解決しようとする問題点
パイライト減極剤を有する熱電池は、パイライト中の遊
離イオウの存在(Dand and Prass。
離イオウの存在(Dand and Prass。
Improved Thermal Battery、
AFAPL−TR−79−2027゜4月1979)、
又はFeS2と大気中の酸素との反応によって発生する
表面不純物(Levy and Crafrmal
Batteries、5AND 79−009(L
5andia Lab。
AFAPL−TR−79−2027゜4月1979)、
又はFeS2と大気中の酸素との反応によって発生する
表面不純物(Levy and Crafrmal
Batteries、5AND 79−009(L
5andia Lab。
ratories、 4月1979)の存在によって引
き起こされる初期ピーク電圧過渡現象(スパイク)を示
すことは公知である。使用機器によってこの電圧過渡現
象は望ましくなく、また、これを抑制するため減極剤に
CaSi、を添加している(米国特許第4゜383.0
14号明細書)。
き起こされる初期ピーク電圧過渡現象(スパイク)を示
すことは公知である。使用機器によってこの電圧過渡現
象は望ましくなく、また、これを抑制するため減極剤に
CaSi、を添加している(米国特許第4゜383.0
14号明細書)。
しかし、場合によっては高電圧電源を電子回路の駆動に
使用し、電圧過渡現象が望ましいこともある。パイライ
ト減極剤を使用する場合に発生する電圧過渡現象は、信
頼性が不充分でかつ上記目的に対しては再現性が低く、
この電圧過渡現象はパイライトのロットによって変化し
、また、パイライトのみでは必要期間に充分な高電圧ス
パイクを与えることができない。
使用し、電圧過渡現象が望ましいこともある。パイライ
ト減極剤を使用する場合に発生する電圧過渡現象は、信
頼性が不充分でかつ上記目的に対しては再現性が低く、
この電圧過渡現象はパイライトのロットによって変化し
、また、パイライトのみでは必要期間に充分な高電圧ス
パイクを与えることができない。
本発明の目的は、所定の大きさと期間を有する初期電圧
過渡現象を発生できる熱電池を提供することにある。
過渡現象を発生できる熱電池を提供することにある。
間 截を解決するための手段
本発明は塩電解質を融解して電池を活性化する手段とF
eS、減極剤とを含み、該FeS、減極剤は、電池活性
化中に所定の大きさの電圧過渡現象及び持続時間を発生
するのに充分な斌の硫酸第二鉄を含有させた構成を有す
る。
eS、減極剤とを含み、該FeS、減極剤は、電池活性
化中に所定の大きさの電圧過渡現象及び持続時間を発生
するのに充分な斌の硫酸第二鉄を含有させた構成を有す
る。
■
FeS2減極剤の使用によって優れた活性化勾配を生じ
、所定の高電圧過渡現象が得られる。
、所定の高電圧過渡現象が得られる。
実 施 例
以下、本発明の実施例を図面について説明する。
図示の熱11[池15は、積層アレイとしてアノードと
カソードを有する複数のセル17を使用し、これらのセ
ル17は通常円筒形の金属製ハウジング16に収容され
る。各セル17は熱的及び電気的絶縁物18によってハ
ウジング16から分離される。
カソードを有する複数のセル17を使用し、これらのセ
ル17は通常円筒形の金属製ハウジング16に収容され
る。各セル17は熱的及び電気的絶縁物18によってハ
ウジング16から分離される。
アノードは、好適にはリチウム(18点i%)と鉄粉(
82重量%)の円板10を含み、金属製カップ11内に
配置される。ステンレス鋼スクリーン12がカップ11
と円板10との間に配置される。
82重量%)の円板10を含み、金属製カップ11内に
配置される。ステンレス鋼スクリーン12がカップ11
と円板10との間に配置される。
他のアルカリ金属又はアルカリ土類金属、即ちカルシウ
ム、マグネシウム及びリチウム合金、例えばLiSi合
金のように電池動作温度で固体の合金のアノードも使用
できる。
ム、マグネシウム及びリチウム合金、例えばLiSi合
金のように電池動作温度で固体の合金のアノードも使用
できる。
カソード22は、アノライト(a nolyta)層2
3とカンライト(catholyte)層である減極剤
層24で好適に構成される。好適なアノライト層23は
LiCl (45重量%)とKCI(55重量%)の共
晶物質で、1対1の比率で酸化マグネシウムと混合され
、380”〜395℃の温度で約16時間融解し、かつ
60メシユスクリーンを通る粒度に粉砕されたものであ
る。
3とカンライト(catholyte)層である減極剤
層24で好適に構成される。好適なアノライト層23は
LiCl (45重量%)とKCI(55重量%)の共
晶物質で、1対1の比率で酸化マグネシウムと混合され
、380”〜395℃の温度で約16時間融解し、かつ
60メシユスクリーンを通る粒度に粉砕されたものであ
る。
好適なカッライト層24は、乾燥した粉末状硫酸第二鉄
、通常、約0.4〜7.7重社%、残部は25重量%の
電解質(LiC1−KC1共品物質)と75重量%のパ
イライトからなるものである。
、通常、約0.4〜7.7重社%、残部は25重量%の
電解質(LiC1−KC1共品物質)と75重量%のパ
イライトからなるものである。
約30重量%までの高比率で硫酸第二鉄が使用できるが
、この比率以上の硫酸第二鉄を使用してもピーク電圧は
あまり上昇しない。上記カッライトは1例えばマグネシ
アとシリカ等の結合剤、及び炭素のような電子伝導性添
加剤を含んでもよい。
、この比率以上の硫酸第二鉄を使用してもピーク電圧は
あまり上昇しない。上記カッライトは1例えばマグネシ
アとシリカ等の結合剤、及び炭素のような電子伝導性添
加剤を含んでもよい。
好適なカッライト層は、40〜80重量%の二硫化鉄、
15〜40本量%の電解質、0.4〜30重量%の硫酸
第二鉄、0〜5重量%の結合剤及び0〜5重量%の電子
伝導添加剤を含んでいる。結合剤及び電子伝導添加剤の
各O恵斌%は、特にこれらを添加しなくても本発明の効
果を得ることができることを意味する。
15〜40本量%の電解質、0.4〜30重量%の硫酸
第二鉄、0〜5重量%の結合剤及び0〜5重量%の電子
伝導添加剤を含んでいる。結合剤及び電子伝導添加剤の
各O恵斌%は、特にこれらを添加しなくても本発明の効
果を得ることができることを意味する。
上記の各セル17は発火性化学的熱源20で完成され、
この熱源は、電気的マツチ即ち溝入爆管(図示せず)に
接続されたヒユーズ片21によって発火されて電池を活
性化する。
この熱源は、電気的マツチ即ち溝入爆管(図示せず)に
接続されたヒユーズ片21によって発火されて電池を活
性化する。
従来のパイライト減極リチウム電池は、各セル当り最高
開放電圧約2.27Vを発生する。硫酸第二鉄の添加に
よってこの開放出力電圧は約2゜7V/セルまで増加す
ることができる。パイライト減極剤に対する硫酸第二鉄
の上記添加は、所定電圧レベルに達するのに必要な活性
化時間を短縮し、従来のパイライト電池の活性化勾配が
100〜200V/秒であるのに対して、硫酸第二鉄含
有域極刑を使用した熱電池は、300〜7000■/秒
の優れた活性化勾配を有する。
開放電圧約2.27Vを発生する。硫酸第二鉄の添加に
よってこの開放出力電圧は約2゜7V/セルまで増加す
ることができる。パイライト減極剤に対する硫酸第二鉄
の上記添加は、所定電圧レベルに達するのに必要な活性
化時間を短縮し、従来のパイライト電池の活性化勾配が
100〜200V/秒であるのに対して、硫酸第二鉄含
有域極刑を使用した熱電池は、300〜7000■/秒
の優れた活性化勾配を有する。
硫酸第二鉄は、共晶LiC1−KCL電解質(融点35
2℃)を使用する動作温度では熱的に不安定でかつ分解
して二硫化鉄を生ずる。従って、初期スパイクに電気化
学的に使用されない硫酸第二鉄は二硫化鉄中でカッライ
トの性能を向上する。
2℃)を使用する動作温度では熱的に不安定でかつ分解
して二硫化鉄を生ずる。従って、初期スパイクに電気化
学的に使用されない硫酸第二鉄は二硫化鉄中でカッライ
トの性能を向上する。
電池の構成及び動作温度に応じて、高電圧過渡現象は1
/2〜40秒又はこれ以上に維持できる。
/2〜40秒又はこれ以上に維持できる。
例 1
第1図に示す電池は28個のセルを含み、米国特許第4
,221,849号明細書に示すように、従来のパイラ
イト減極剤を使用して組立たものであるが、この電池は
50重量%MgOと50重量%LiC1−KClCl物
品物質ノライト層及び75重量%バイライトと25重量
%LiC1−KCl共晶物質のカッライト層を有する。
,221,849号明細書に示すように、従来のパイラ
イト減極剤を使用して組立たものであるが、この電池は
50重量%MgOと50重量%LiC1−KClCl物
品物質ノライト層及び75重量%バイライトと25重量
%LiC1−KCl共晶物質のカッライト層を有する。
カッライト中の硫酸第二鉄の規定猷をパイライト−共晶
物質の対応量で置き換えた以外は同一の電池を作った。
物質の対応量で置き換えた以外は同一の電池を作った。
何れの場合も使用した材料は、乾燥した60−メシュス
クリーンを通る粉末状物質で、混合後ウェハ状に固めた
ものであった。これらの電池は点火前に一32℃(−2
5”F)(低温)又は60℃(140@F)(高温)に
予備処理したものである。
クリーンを通る粉末状物質で、混合後ウェハ状に固めた
ものであった。これらの電池は点火前に一32℃(−2
5”F)(低温)又は60℃(140@F)(高温)に
予備処理したものである。
下記の第1表は表中に記載した予備処理と負荷条件で発
生したピーク電圧を示す。
生したピーク電圧を示す。
発明の効果
本発明は所定の大きさと持続時間の初期ピーク電圧を熱
電池に与える効果を有する。このため、充分な高電圧ス
パイクを必要な時間だけ発生することができる。
電池に与える効果を有する。このため、充分な高電圧ス
パイクを必要な時間だけ発生することができる。
第1図は本発明の熱電池の部分的断面図を示す。
100.アノード、 110.金属製カップ、120
.ステンレス鋼スクリーン、 166.ハウジング、
170.セル、 180.熱的及び電気的絶縁体
、 220.カソード、 23.。
.ステンレス鋼スクリーン、 166.ハウジング、
170.セル、 180.熱的及び電気的絶縁体
、 220.カソード、 23.。
Claims (5)
- (1)塩電解質を融解して電池を活性化する手段とFe
S_2減極剤とを含み、該FeS_2減極剤は、電池活
性化中に所定の大きさの電圧過渡現象及び持続時間を発
生するのに充分な量の硫酸第二鉄を含むことを特徴とす
る熱電池。 - (2)硫酸第二鉄の量は約0.4〜7.7重量%である
特許請求の範囲第(1)項記載の熱電池。 - (3)上記減極剤は40〜80重量%の二硫化鉄、15
〜40重量%の電解質及び0.4〜30重量%の硫酸第
二鉄を含む特許請求の範囲第(1)項記載の熱電池。 - (4)上記減極剤は0〜5%重量%の炭素を含む特許請
求の範囲第(3)項記載の熱電池。 - (5)上記減極剤はマグネシア結合剤又はシリカ結合剤
を含む特許請求の範囲第(3)項記載の熱電池。
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US877804 | 1986-06-24 | ||
US06/877,804 US4675256A (en) | 1986-06-24 | 1986-06-24 | Thermal battery comprising iron pyrite depolarizer and ferric sulfate additive |
Publications (2)
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1987
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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