一文帶你走進(jìn)熱電池的世界

熱電池是一種用無機(jī)鹽作為電解質(zhì)的一次貯備電池，貯備狀態(tài)下無能量輸出。

通過激活系統(tǒng)點燃加熱元件產(chǎn)生熱量，使熱電池內(nèi)部溫度快速上升到500℃左右，電解質(zhì)熔融成液態(tài)導(dǎo)電狀態(tài)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(kuò)大到地雷、***火箭等引爆電源，進(jìn)而發(fā)展成為地空導(dǎo)彈、艦空導(dǎo)彈、空空導(dǎo)彈、地空導(dǎo)彈、艦艦導(dǎo)彈，以及核武器等的工作主電源。熱電池已成為現(xiàn)代化武器十分理想的電源，在軍事領(lǐng)域發(fā)揮著不可替代的作用。

工作原理

熱電池所用活性物質(zhì)（正極、負(fù)極）和電解質(zhì)常態(tài)下均為固體，電解質(zhì)等物質(zhì)在一般情況下無離子導(dǎo)電狀態(tài)，由分子、離子擴(kuò)散產(chǎn)生的電荷移動數(shù)量極少，故熱電池活性物質(zhì)間自放電量極小，且所選用原材料及活性物質(zhì)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(fā)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(nèi)部溫度驟升，使內(nèi)部工作溫度達(dá)到～600℃，電解質(zhì)熔融，熱電池開始工作；通過單體電池的串并聯(lián)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(xué)體系為例，其化學(xué)反應(yīng)原理：

負(fù) 極：Li=Li+ + e-

正 極：FeS2+4e- =Fe+2S2-

總反應(yīng)：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(yīng)特性，即電池在規(guī)定的電壓范圍內(nèi)，以規(guī)定的負(fù)載放電，應(yīng)達(dá)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(nèi)的時間，當(dāng)電池的活性物質(zhì)耗盡，電壽命終結(jié)，電池的工作壽命終結(jié)；當(dāng)電池的內(nèi)部溫度降到電解質(zhì)凝固點，熱壽命終結(jié)，電池的工作壽命也同樣終結(jié)。

熱電池結(jié)構(gòu)及構(gòu)成組分

圖1為典型的傳統(tǒng)LiMx—FeS2熱電池結(jié)構(gòu)示意圖，主要由電池堆、蓋體、殼體、電點火頭、保溫系統(tǒng)、加熱系統(tǒng)構(gòu)成。采用片型疊片裝配方式，電堆由若干個單體電池串聯(lián)或串并聯(lián)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(jìn)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(jìn)行收口、焊接。圖5為熱電池的制造環(huán)境，相對濕度要求為不大于3%。

圖5為熱電池的制造環(huán)境，制造環(huán)境為干燥工房進(jìn)行作業(yè)，相對濕度要求不大于3%。熱電池的生產(chǎn)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(yè)。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(zhì)、負(fù)極組成，根據(jù)使用環(huán)境需要，電解質(zhì)層可放置阻流環(huán)，防止電解質(zhì)在受到高過載沖擊、高離心旋轉(zhuǎn)后溢，流想象發(fā)生；負(fù)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(huán)，防止正、負(fù)極短路。

激活方式

按信號特征分為機(jī)械式和電信號兩種。機(jī)械式利用過載沖擊等方式使火帽或雷管等火工品發(fā)火，引燃加熱片來激活熱電池，優(yōu)點是利用系統(tǒng)自身過載產(chǎn)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(fā)火引燃加熱片后激活熱電池，特點是結(jié)構(gòu)簡單、作用可靠、便于檢測，是熱電池激活的首選方式。在設(shè)計中，可根據(jù)系統(tǒng)提供的信號特征選擇合適的激活方式。

國內(nèi)熱電池研制單位狀況

熱電池行業(yè)三巨頭

中國電子科技集團(tuán)天津18所

中國航天科技集團(tuán)上海811所

中國航天科工集團(tuán)3401廠

以中國兵器工業(yè)集團(tuán)804廠為首的第二集團(tuán)（含民營單位）

中國兵器工業(yè)集團(tuán)804廠

中國兵器工業(yè)集團(tuán)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(jī)民科實業(yè)有限公司（民企）

西安新竹防災(zāi)救生設(shè)備有限公司（民企）