軍用熱電池又叫熱激活電池是一次性電池，用于作為炮彈的引爆電源或者導彈、核武器的工作電源，工作時間幾秒~60min，炮彈引爆完，電池也灰飛煙滅。燃料電池不是一次性電池，加了氫就像汽車，加了汽油就能源源不斷提供電力。

發展歷程

第二次世界大戰末期，德國Erb博士首先發明了熱電池，戰后熱電池技術傳到美國，引起美國國家標準局和武器發展部的重視。1948年烏利切（Wurlitzer）公司開始生產第一個熱電池并實際應用在迫擊炮彈中；1955年美國SAND實驗室研制成功使用壽命為5min左右的熱電池，并應用在核武器上。

20世紀50年代中期，美國海軍武器實驗室（NOL）和尤拉卡-威廉斯（Eurelca-Williams）公司首先研究成功Mg/V2O5片型熱電池，從而使熱電池的制造工藝從陳舊的杯型工藝向新穎的片型工藝過渡，使熱電池的性能上了一個新臺階，這是熱電池發展史上一個重要里程碑。

1961年SAND實驗室利用上述成果開始研制片型的Ca/CaCrO4體系的熱電池。1966年第一個完整的片型熱電池投產，從而片型Ca/CaCrO4熱電池成為美國使用在核武器上的主要能源，使它的比能量、比功率得到很大提高，特別是大大延長了電池的使用壽命（從5min延長到60min），總之，20世紀60年代和70年代初期是熱電池，特別是Ca/CaCrO4熱電池大發展的時期。

鈣系熱電池具有放電時間長、工作電壓高、激活可靠、使用安全、能耐苛刻環境條件的特點，片型工藝的出現及一些高效絕熱材料的應用，使熱電池的比能量、比功率得到很大提高，特別是大大延長了熱電池的工作壽命，使其工作壽命達到1h左右。但Ca/CaCrO4體系熱電池還存在一些致命缺點。

首先該電池易形成Li-Ca合金。該合金在電池工作溫度下是可流動的液體，因而容易引起電池短路和產生電噪聲；其次鈣陽極與CaCrO4往往發生難以預測的放熱反應，從而引起電池熱失控導致電池壽命提前結束；再次是電池在放電過程中，鈣陽極表面產生一層惰性復鹽膜（KCa-Cl3），引起電極嚴重極化。

為了克服這些缺點，1970年英國海軍部海上技術研究中心研究鋰作陽極，硫作陰極的熱電池，但由于硫在高溫時易揮發，后來改用FeS2和熔點高的鋰合金作為陰陽極材料。

20世紀70年代中期SAND實驗室利用美國海軍材料實驗對鋰合金陽極的研究成果和阿貢實驗室對二次LiMx/FeS2蓄電池研究成果，研制成片型化的小型長壽命LiMx/FeS2熱電池，各項技術指標大大超過過去任何一個電化學體系的熱電池，這是熱電池發展史上又一重大技術突破

由于熱電池具有突出的優良性能，在現代武器上得到廣泛的應用，從而促進了現代武器性能的提高。現代武器的快速發展又對熱電池提出了更新、更高的要求。快激活、長壽命、大功率熱電池必將成為下一步熱電池研究的熱點。

熱電池的研究方向

快激活熱電池

熱電池的激活時間是指從熱電池激活信號到熱電池達到所規定的工作電壓下限所需時間。激活過程是當電點火頭或火帽接到激活信號后燃燒點燃引燃條，引燃條再引燃加熱片，加熱片加熱使電池堆處于工作溫度范圍之內，使電解質熔融后，熱電池開始工作。激活時間一般為0．5～2S。為縮短熱電池的激活時間，一方面必須提高引燃條和加熱片的燃燒速度，另一方面則需提高熱電池的電解質的熱傳導速率，電解質熔融的速度對縮短熱電池的激活時間也有相當重要的影響。通過以上改進措施，熱電池的激活時間可達到0．2S，甚至可達到0．1S內。

長壽命熱電池

熱電池中，工作壽命為60rrdn左右的電池稱之為長壽命熱電池。隨著武器系統發展的需要，長壽命熱電池的研究也日益重要。要使熱電池達到長壽命技術要求，必須解決以下幾個問題：

（1） 陰極材料的熱分解。目前大多數熱電池均采用FcS：作為陰極材料，二硫化鐵作為短壽命熱電池的陰極材料比較理想，但作為長壽命熱電池的陰極材料，二硫化鐵在熱電池的工作溫度450～550℃范圍內存在比較嚴重的熱分解，影響熱電池放電容量和放電時間。具有放電電壓平臺多、成型好、化學性能穩定等優良的電化學性能特點的復合陰極材料，是今后作為長壽命熱電池陰極理想的材料。CoS：也是長壽命熱電池陰極材料的不錯的選擇。

（2） 熱電池電解質在放電過程中熔點升高。LiC1．KC1電解質在放電過程中Lr離子通過電解質從陽極向陰極遷移，在電解質中形成濃度，同時陰極從電解質中吸取離子形成復鹽。當Li+／K+的比例發生變化時導致電解質熔點升高，提早凝固，電池壽命終止。可采用Li+／K+的比例發生對最低共熔點變化不敏感的電解質如：KC1．LiBr—KBr三元電解質來作為長壽命熱電池的電解質。

（3） 延長熱電池的熱壽命。熱電池的內部溫度必須維持在一定范圍內才能使熱電池正常工作，這種維持在一定溫度范圍內的時間稱之為熱壽命。采用輕質、多孔、高效的Min．K型保溫材料可提高熱電池的熱壽命。

大功率熱電池

要實現高比功率特性，除要求材料本身電化學極化要小外，還要求材料本身的電導率較高，以降低歐姆極化。CoS的電阻率為0．002Q·cm，遠低于FeS2的17．71-／·cm，更有利于降低電極的歐姆極化；通過掃描電鏡（SEM）分析表明人工合成CoS：為近球形多孔網絡狀結構，增加了CoS的比表面積，有利于降低電化學極化。CoS：大電流負載下陰極極化小，高溫放電活性物質利用率高，CoS：實際高低溫的平均容量比FeS高44％，這些特點很適合于高比功率、長壽命熱電池設計，是進一步提高熱電池性能的首選材料。

鋰系熱電池主要技術方向

目前，鋰系熱電池是熱電池的主導產品并將逐步替代老式熱電池。研究者們對鋰系熱電池的研究主要集中在電極材料和電解質上。

熱電池陽極電極材料

在熱電池中，陽極不僅參加電化學反應，而且還起到導電作用。熱電池的陽極材料一般采用電極電位較負的金屬材料，如鈣箔、鎂粉、鋰合金等。從Et前熱電池的發展來看，采用鋰陽極日益增多，鋰陽極可以避免鈣陽極的一些缺點。但鋰直接作為熱電池的陽極，其熔點較低，在熱電池的工作溫度下呈液態，易從多孔集流器中溢出。為使鋰陽極不為液態，一般采用鋰合金作為陽極，其熔點高又基本保持了鋰的電化學特性。在鋰系熱電池發展初期，Li—A1代替鋰電極作為熱電池陽極材料。相對于Li—Al陽極而言，Li．si陽極具有更好的性能，因而在熱電池發展中，Li．A1在應用一段時間后，就很快被Li—Si所取代。目前在軍事科學領域應用中，熱電池主導產品為Li—Si／FeS電池。Li．si合金電極材料的制備工藝比較簡單，主結構為LiI，si4（化學計量成分）。Li．si合金電極在放電過程中，隨鋰含量的降低，電極電壓出現5個平臺，各平臺間有一個平滑過渡區，通常只利用第一個平臺。Li—B合金是繼金屬鋰、Li．A1、Li—si合金之后又一重要的新型熱電池陽極材料。Li．B合金的性能較Li—si合金又有很大提高，其電化學性能與純鋰十分接近。鋰硼合金中活性鋰利用率達70％時，電位仍然很穩定，而鋰硅合金不僅活性鋰含量低，利用率只有20％。Li—B合金是現今比功率、比容量最大的熱電池陽極材料。