固态储备式电池

固态储备式电池主要是指热电池。热电池是20世纪40年代研制的一种新型能源，也叫作熔融盐电池。它的电解质是两元或多元熔融盐共熔体，在常规下是不导电、无活性的固体，所以电池处于非工作状态。发射时，经过火工品点火之后，不导电的固体状态盐类电解质被加热熔融而呈离子型导体，此时电池才发电。

（1）具有高的比能量和比功率。

（2）储存期长。热电池的电解质平时为固态，充满于极片之间并与电极直接接触。储存时，电池无活性、不导电、无自放电现象，因而能长期储存，储存期最长可达20年。

（3）对环境适应性强。热电池的工作环境是由电池本身的加热系统决定的，一般加热温度为500℃～550℃，所以外界的环境温度对其影响要小得多。热电池的工作温度范围为-50℃～＋70℃，允许相对湿度为98％。

（4）强度高、结构紧凑、坚固。能经受15000g的冲击过载和20000r/min旋转离心环境的作用，能满足颠簸振动的要求。

（5）体积小、质量小。例如，一个电压为24V、电流为50mA、工作时间为15s的热电池，其尺寸为φ29mm×31.5mm，质量为55g。

由于具有其他电池所没有的特性和优点，热电池成为引信及武器装备使用的主要能源之一，已应用于各种制导武器、核武器和火炮弹药中。最初，热电池只能用于非旋转弹药引信上，因为离心力对熔融态的电解质有一定影响，以致其工作噪声大，但现在它也能用于旋转弹上。热电池自身的特点决定了它的不足之处：工作寿命短，多半在60s以下；热惯性大，激活时间长且散布比较大，通常在1s左右，不适合用作电子时间引信电源；价格较高。

热电池中，常用的电解质是溴化锂-溴化钾（LiBr-KBr）、氯化锂-氯化钾（LiCl-KCl）等共熔混合物。例如，44％的LiCl和56％的KCl的共熔体在温度低于352℃时为固相，在温度高于352℃时为液相，其电导率与温度有密切关系，温度下降，电导率也随之下降。

热电池中常用轻金属镁（Mg）和钙（Ca）作为负电极材料，它们的化学性质比通常用作负电极的金属锌（Zn）更活泼，电动势也高。

可以作为热电池正电极的材料很多，主要有氧化铜（CuO）、三氧化二铁（Fe2O3）、铬酸钙（CaCrO4）、铬酸锌（ZnCrO4）、铬酸钾（K2CrO4）等。上述材料的比较表明：用CuO和Fe2O3作正电极时，电池输出电压低；CuO在LiCl-KCl中的溶解度很低，故用它作正电极的电池寿命长，而使用Fe2O3时电池的寿命短；微熔的CaCrO4作正电极的电池，其性能最佳且输出能量大。

由于构成热电池的电解质、正电极和负电极材料是多种多样的，因而热电池的电化学体系也有很多种。引信常用的热电池体系有：

钙（镁）-铬酸钙电池Ca（Mg）｜LiCl-KCl｜CaCrO4；

钙（镁）-五氧化二钒电池Ca（Mg）｜LiCl-KCl｜V2O5；

钙（镁）-三氧化钨电池Ca（Mg）｜LiCl-KCl｜WO3；

锂（合金）-二硫化铁电池LiAl｜LiCl-KCl｜FeS2。

在引信上应用的热电池通常由多个单元电池组成，单元电池可分为两种结构形式：杯形结构和片形结构。杯形结构基本上已被淘汰。

杯形结构有封闭杯形及开敞杯形两种。封闭杯形结构如图10-10所示，盖与壳体均用镍，壳体呈杯形结构将DEB片、负极片装入杯中，加上盖收口成封闭杯形单元电池，外有加热片。DEB片（D为去极剂、E为电解质、B为吸附剂或称黏接剂）是将去极剂、电解质、黏接剂合成一片，其制作工艺多种多样。最普通的DEB片质量比例为D:E:B＝35:45:20，将其混合均匀并经高温600℃～700℃烧结后研磨过筛，置入模具中即可压制成DEB片，其制备简单、性能稳定且可靠。

图10-10　封闭杯形单元电池

开敞杯形结构如图10-11所示，把阳极和阴极用连接条焊接成双极片，然后在中间插入一个加热片而构成三层双极片，再把三层双极片与电解质片（去极剂/电解质）依次叠合即成开敞杯形单元电池。

图10-11　开敞杯形单元电池

片形结构是目前引信用热电池的主要结构形式。片形单元电池由负极片、加热片、DEB片组成，单元电池及电池组如图10-12所示，它一般被设计成中央带孔或不带孔的圆形片。片形结构电池由多个单体薄片叠合在一起，再将一个电池壳体包装成圆柱形电池，而在圆柱电池底部有点火具或引燃加热片的点火线或导火索，壳体内有绝缘和隔热层等。

图10-12　片型单元电池及电池组

按一定结构形式设计单元电池后，在电池壳体中装入石棉垫、点火装置、加热片、保温围条和单元电池组，在上面再装上石棉垫，加电池盖并引出线收口即构成热电池。热电池示意图如图10-13所示。

图10-13　热电池示意图

热电池需要热能激活，因此也必须有激活机构。引信用热电池的激活机构包括点火具、导火索和加热片。

点火具通常用电点火管和火焰火帽。当需要有点火电源或针刺发火机构或内部启动器作击发源时，点火具的设计往往与引信设计密切相关，即热电池点火具由引信保险机构动作而引发，电池本身不具备引发点火具的专门机构，以便减小电池尺寸、简化机构，从而提高作用可靠性。

加热片是热电池的热源，经点燃而对电池实施加热，使电解质熔化，从而激活电池。加热片材料由氧化剂、还原剂、无机填料组成，经烘干、研磨，用造纸法制作。常用加热片的加热材料有两种：一种是锆热源，由锆、铬酸钡、玻璃纤维或石棉纤维及硅酸铝组成，热值为1.7×106J/kg；另一种是铁热源，由铁和高氯酸钾组成，热值为9.3×105J/kg。

电池靠激活机构使底部的火帽发火，进而引燃引火条，火焰沿传火道点燃各单元电池间的加热片，同时也引燃加热围条；加热片和加热围条在短时间内全部燃烧完毕，所产生的热量熔融单元电池中的DEB片，使电解质熔化而变成离子导体，电池被激活而向外供电。周围隔热层起着保温作用，使电池维持一定工作时间。