热电池是一种用无机盐作为电解质的一次贮备电池,贮备状态下无能量输出。
通过激活系统点燃加热元件产生热量,使热电池内部温度快速上升到500℃左右,电解质熔融成液态导电状态并输出电能。热电池多用于武器和军事装置,为其提供电源。
用途
由最初作为炮弹引信电源,逐步扩大到地雷、***火箭等引爆电源,进而发展成为地空导弹、舰空导弹、空空导弹、地空导弹、舰舰导弹,以及核武器等的工作主电源。热电池已成为现代化武器十分理想的电源,在军事领域发挥着不可替代的作用。
热电池所用活性物质(正极、负极)和电解质常态下均为固体,电解质等物质在一般情况下无离子导电状态,由分子、离子扩散产生的电荷移动数量极少,故热电池活性物质间自放电量极小,且所选用原材料及活性物质自身的衰减周期长。故而热电池相比其它电池便于长期贮存。
热电池工作是由外部装置输入满足激活条件的电信号时,电点火头发火引燃加热元件,各部件中的加热元件提供热量,使热电池内部温度骤升,使内部工作温度达到~600℃,电解质熔融,热电池开始工作;通过单体电池的串并联满足电压及电流的要求,电能通过接线柱输出端输出。
以Li(Si) |LiCl—KCl|FeS2 电化学体系为例,其化学反应原理:
负 极:Li=Li+ + e-
正 极:FeS2+4e- =Fe+2S2-
总反应:Li+ FeS2= Li2S+Fe
热电热电池的工作寿命由电池的电寿命和热寿命两方面因素控制。电寿命是指电池反应特性,即电池在规定的电压范围内,以规定的负载放电,应达到的工作时间。热寿命是指电池的温度特性,即维持电池在适宜的工作温度范围内的时间,当电池的活性物质耗尽,电寿命终结,电池的工作寿命终结;当电池的内部温度降到电解质凝固点,热寿命终结,电池的工作寿命也同样终结。
热电池结构及构成组分
图1为典型的传统LiMx—FeS2热电池结构示意图,主要由电池堆、盖体、壳体、电点火头、保温系统、加热系统构成。采用片型叠片装配方式,电堆由若干个单体电池串联或串并联的方式组成。
图2为典型的热电池装配工艺示意图,采用外置装配电池的工艺方法,先利用装配支架作为骨架(见图4),然后按照装配顺序,依次将下保温、引出片、加热片、基片、电极片、集流片按照一定的装配顺序装配(如实际装配见图3),然后固定引燃条,进行包裹电堆,最后电堆与盖体连接为一体后整体装入到壳体中,进行收口、焊接。图5为热电池的制造环境,相对湿度要求为不大于3%。
图5为热电池的制造环境,制造环境为干燥工房进行作业,相对湿度要求不大于3%。热电池的生产制造95%以上为手工操作,各工序基本都在干燥工房完成作业。工序分别为配粉、单体电池压制(图6)、单元电池装配(图3)、总装(图7)等工序。
图6为热电池制造的热电池单体电池,采用三合一的制片方式,即由正极、电解质、负极组成,根据使用环境需要,电解质层可放置阻流环,防止电解质在受到高过载冲击、高离心旋转后溢,流想象发生;负极一般用LiSi合金,大功率、高电流密度下可用LiB合金,该层放置隔离环,防止正、负极短路。
激活方式
按信号特征分为机械式和电信号两种。机械式利用过载冲击等方式使火帽或雷管等火工品发火,引燃加热片来激活热电池,优点是利用系统自身过载产生作用力,缺点是无法在使用前检测。电信号激活方式利用外部电信号,使电点火头发火引燃加热片后激活热电池,特点是结构简单、作用可靠、便于检测,是热电池激活的首选方式。在设计中,可根据系统提供的信号特征选择合适的激活方式。
国内热电池研制单位状况
热电池行业三巨头
中国航天科技集团上海811所
中国航天科工集团3401厂
以中国兵器工业集团804厂为首的第二集团(含民营单位)
中国兵器工业集团804厂
中国兵器工业集团212所
中国工程物理研究院
沈阳君威新能科技有限公司(民企)
吉林市江机民科实业有限公司(民企)
西安新竹防灾救生设备有限公司(民企)
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原文标题:新一类电池-热电池简介
文章出处:【微信号:Recycle-Li-Battery,微信公众号:锂电联盟会长】欢迎添加关注!文章转载请注明出处。
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