熱電池是一種用無機鹽作為電解質的一次貯備電池,貯備狀態下無能量輸出。
通過激活系統點燃加熱元件產生熱量,使熱電池內部溫度快速上升到500℃左右,電解質熔融成液態導電狀態并輸出電能。熱電池多用于武器和軍事裝置,為其提供電源。
用途
由最初作為炮彈引信電源,逐步擴大到地雷、***火箭等引爆電源,進而發展成為地空導彈、艦空導彈、空空導彈、地空導彈、艦艦導彈,以及核武器等的工作主電源。熱電池已成為現代化武器十分理想的電源,在軍事領域發揮著不可替代的作用。
熱電池所用活性物質(正極、負極)和電解質常態下均為固體,電解質等物質在一般情況下無離子導電狀態,由分子、離子擴散產生的電荷移動數量極少,故熱電池活性物質間自放電量極小,且所選用原材料及活性物質自身的衰減周期長。故而熱電池相比其它電池便于長期貯存。
熱電池工作是由外部裝置輸入滿足激活條件的電信號時,電點火頭發火引燃加熱元件,各部件中的加熱元件提供熱量,使熱電池內部溫度驟升,使內部工作溫度達到~600℃,電解質熔融,熱電池開始工作;通過單體電池的串并聯滿足電壓及電流的要求,電能通過接線柱輸出端輸出。
以Li(Si) |LiCl—KCl|FeS2 電化學體系為例,其化學反應原理:
負 極:Li=Li+ + e-
正 極:FeS2+4e- =Fe+2S2-
總反應:Li+ FeS2= Li2S+Fe
熱電熱電池的工作壽命由電池的電壽命和熱壽命兩方面因素控制。電壽命是指電池反應特性,即電池在規定的電壓范圍內,以規定的負載放電,應達到的工作時間。熱壽命是指電池的溫度特性,即維持電池在適宜的工作溫度范圍內的時間,當電池的活性物質耗盡,電壽命終結,電池的工作壽命終結;當電池的內部溫度降到電解質凝固點,熱壽命終結,電池的工作壽命也同樣終結。
熱電池結構及構成組分
圖1為典型的傳統LiMx—FeS2熱電池結構示意圖,主要由電池堆、蓋體、殼體、電點火頭、保溫系統、加熱系統構成。采用片型疊片裝配方式,電堆由若干個單體電池串聯或串并聯的方式組成。
圖2為典型的熱電池裝配工藝示意圖,采用外置裝配電池的工藝方法,先利用裝配支架作為骨架(見圖4),然后按照裝配順序,依次將下保溫、引出片、加熱片、基片、電極片、集流片按照一定的裝配順序裝配(如實際裝配見圖3),然后固定引燃條,進行包裹電堆,最后電堆與蓋體連接為一體后整體裝入到殼體中,進行收口、焊接。圖5為熱電池的制造環境,相對濕度要求為不大于3%。
圖5為熱電池的制造環境,制造環境為干燥工房進行作業,相對濕度要求不大于3%。熱電池的生產制造95%以上為手工操作,各工序基本都在干燥工房完成作業。工序分別為配粉、單體電池壓制(圖6)、單元電池裝配(圖3)、總裝(圖7)等工序。
圖6為熱電池制造的熱電池單體電池,采用三合一的制片方式,即由正極、電解質、負極組成,根據使用環境需要,電解質層可放置阻流環,防止電解質在受到高過載沖擊、高離心旋轉后溢,流想象發生;負極一般用LiSi合金,大功率、高電流密度下可用LiB合金,該層放置隔離環,防止正、負極短路。
激活方式
按信號特征分為機械式和電信號兩種。機械式利用過載沖擊等方式使火帽或雷管等火工品發火,引燃加熱片來激活熱電池,優點是利用系統自身過載產生作用力,缺點是無法在使用前檢測。電信號激活方式利用外部電信號,使電點火頭發火引燃加熱片后激活熱電池,特點是結構簡單、作用可靠、便于檢測,是熱電池激活的首選方式。在設計中,可根據系統提供的信號特征選擇合適的激活方式。
國內熱電池研制單位狀況
熱電池行業三巨頭
中國航天科技集團上海811所
中國航天科工集團3401廠
以中國兵器工業集團804廠為首的第二集團(含民營單位)
中國兵器工業集團804廠
中國兵器工業集團212所
中國工程物理研究院
沈陽君威新能科技有限公司(民企)
吉林市江機民科實業有限公司(民企)
西安新竹防災救生設備有限公司(民企)
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熱電池
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原文標題:新一類電池-熱電池簡介
文章出處:【微信號:Recycle-Li-Battery,微信公眾號:鋰電聯盟會長】歡迎添加關注!文章轉載請注明出處。
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