军用电池技术现状

王传东，刘　勇，石治国

(海军驻天津地区兵器设备军代表室，天津300384)

军用电池技术现状

王传东，刘勇，石治国

(海军驻天津地区兵器设备军代表室，天津300384)

分析了导弹系统用原电池、贮备电池和二次电池三种类型的电池技术，详细概述了已商业化的，为遥感勘测，跟踪和飞行抵达等提供电能的原电池，重点讨论了热电池，银锌电池和亚硫酰氯电池三种贮备电池技术，介绍了为能源武器系统提供电能的可充电电池。

原电池；贮备电池；二次电池

战略战术导弹，精确制导炸弹和制导火箭弹等武器系统都需要电池提供能源,其配套电池主要分成以下三个类型：原电池、贮备电池和二次(可充电)电池。这三种类型电池技术中的任何技术都不能全面满足上述系统的应用需求。由于电池供电方式受控于武器系统的工作模式，也不能说哪种电池供能方式最好。电池种类的选择依据是基于其性能能否满足应用领域的使用要求，只要需求继续扩展，电池种类和电化学体系种类也会随之发展。在此主要介绍了锂/二氧化硫、锂/二氧化锰等原电池，热电池、锌银电池、锂/亚硫酰氯等贮备电池和二次电池的特点与应用情况。

1　原电池

锂原电池是指以金属锂为负极的一次电池，具备单体电压高，比能量高、工作电压平稳、工作温度范围宽广、贮存性能好、携带使用方便等特点。目前成熟的原电池主要包括锂/二氧化硫、锂/二氧化锰等体系。原电池的形式包括圆柱形、软包装和方形电池，一般通过串并联的方式组成电池组。

近几年以色列公司推出了锂/金属氧化物一次电池，据称贮存寿命长达20年，具有高比功率特性及大功率脉冲放电能力。图1为其原电池组的示意图。

图1　某原电池组的示意图

1.1锂/二氧化硫

一般认为锂/二氧化硫电池比锂/二氧化锰电池具有较好的低温性能和搁置寿命。该体系电池的生产厂家较多，但由于材料的毒性以及使用不当时电势急剧下降，故该电池主要应用于军事应用。电池开路电压约3 V，但低温时有电压延迟，应用该体系时需考虑到这一点。

1.2锂/二氧化锰

锂/二氧化锰电池与锂/二氧化硫特点相似，但更易于实用化，已应用于几种消费电器如数码相机。该电池不含有毒材料，但电解质易燃。该电池的低温性能不如锂/二氧化硫电池好，但锂/二氧化锰电池在高温时性能比锂/二氧化硫电池稳定。

该电池开路电压约3.2 V，几乎没有电压延迟。事实上，在较低的放电速率下，电池在放电初期受极化的影响，缓慢的建立电压。如果工作负载能够控制放电过程的电压下降，利用缓慢的极化能够缓解超压问题。

1.3其他原电池体系

锂/二硫化铁、锂/氟化碳电池也是可用的原电池体系。这些电池一般用于商业应用，而在军事领域，其应用前景不如锂/二氧化锰和锂/二氧化硫电池。锂/亚硫酰氯原电池比容量很高，但由于电势延迟，自放电，低温性能差和安全性问题使该技术尚未用于导弹系统。若能解决这些问题，将具有广阔的技术前景。图2是各种电化学体系的性能比较。

图2　军用电池体系的性能对比

2　贮备电池

贮备型电池是一种在贮备期间，活性物质不与电解质直接接触或电解质不导电，使用时注入电解液或电解质熔化，从而使其具有活性的原电池。在贮存期间，活性物质组分间几乎不发生化学反应，电池可以长时间贮存而仅有很小的衰降，其主要用于短时间内需要提供高功率的场合。种类包括热电池、锌银贮备电池、锂/亚硫酰氯电池等。

贮备电池是特殊的一次电池，正负极活性物质和电解质在贮存期间不直接接触，直到使用时才借助动力源作用于电解质，使电池激活，因此也称激活电池。根据激活方式分有气体激活电池、液体激活电池和热激活电池。贮备电池的特点是电池在使用前处于惰性状态，可以贮存几年至几十年；只用一次，可以使用活性高、比能量大的活性物质和腐蚀性强的电解质溶液，能适应大功率用途；可以在低温下使用，但是激活存在滞后现象。常见的贮备电池包括热电池、锌银贮备电池、锂/亚硫酰氯电池等。

2.1热电池

热电池是用其本身的加热药剂把不导电的固体盐类电解质加热熔融呈液态，从而使得正、负极活性物质发生电化学反应，达到工作状态的一种贮备电池[1]。可采用外电源或机械能引燃热电池内的火工品激活电池。热电池具有激活时间短(≤3 s)，瞬时输出比功率高(可达10 kW/kg)，工作环境温度宽(－50～70℃)，贮存寿命长(10～15 a)、免维护等优点，应用于各类导弹系统。其缺点为工作时间短(＜15 min)，表面温度高(约为300℃甚至更高)。

热电池单体是由正极、电解质、负极机械压制成的圆形薄片[2]。若干单体按照串联或并联结构码成电堆；电堆由玻璃纤维带缠绕机械捆扎，并用不同形式的隔热材料包裹后装入电池壳内，电池壳与电池盖焊接成一体，确保电池的密封性。图3是热电池的基本构成图。

图3　热电池的基本构成图

2.2银锌电池

锌银贮备电池是一种特殊的一次性电池，该种电池在贮存期间电堆与电解液是分开的，不具备对外输出电能的能力，使用时通过某种方式活化(激活)进入工作状态的一种锌银电池。锌银贮备电池电化学体系包括锌阳极，氧化银阴极和氢氧化钾电解质。电池总电化学反应式为：

锌银贮备电池结构通常由焊线插座、气体发生器、贮液器、组合极板组、电加热器、电池组外壳等部件组成。组合极板组由极板组串联而成，为了长期贮存，电池组在使用前是将电解液和极板组分开存放的，电解液贮存在贮液器内，贮液器通过连接管与组合极板组连接在一起，中间有固定的破裂膜隔开，贮液器的另一端安装有能产生一定气体的气体发生器。为了保证在低温下的使用,电池组内还设有电加热器，电加热器包括温度继电器和加热带。

锌银电池具有比能量高、电压平台稳定和干储存寿命长等优点，广泛用于各类导弹系统。但是它依然存在很多缺点。例如高低温性能差、成本高、电池结构复杂、电池生产周期长等缺点。

2.3锂/亚硫酰氯电池

锂/亚硫酰氯电化学体系是一种液态储存原电池，用在比容量更高或工作寿命更长(相对热电池)的场合。目前锂/亚硫酰氯电池主要采用两种系统，一种是大型贮液器式，一种配有玻璃安瓿。第一种系统是通过多活塞激活将贮液器内的电解液压入电池间，其技术成本高，工艺复杂，贮存寿命不可预测。玻璃安瓿技术用于数据储存和其他的预发射电子装置。这种电化学体系环境适应性强，成本低，可靠性高。

3　二次电池

二次电池组与原电池组非常相似，区别在于其能再充电。电池组的充电装置可以设计在电池组内，也可以设计在外面。与原电池一样，在长搁置武器系统中，二次电池的缺点是温度适应性差和搁置衰降，其主要为遥感勘测和飞行末端供电，在贮存要求较高的武器系统中应用较少。

4　展望

随着武器系统需求的持续扩展和性能的不断提高，对电池技术的要求越来越高。电池工程师面对的困境是尽管这些年电池技术呈线性提高，但用户要求电池容量与能量呈指数增加，即电池技术的更新速度难以满足日益增长的使用需求，需持续开发新型电化学体系与电池技术，为各武器系统的升级与进步提供技术支撑。

[1]陆瑞生,刘效疆.热电池[M].北京:国防工业出版社,2005

[2]NORRIS H,SHUSTER N,HARNEY D,et al.Design and performance validation of the Li(Si)/LMP/CoS2system[C]//Proceeding of 42nd Annual Power Sources Conference,2006.New Jersey:The Electrochemical Society,Inc.,2006.

Advance of battery technologies for missile applications

WANG Chuan-dong,LIU Yong,SHI Zhi-guo
(Navy Representative in Tianjin,Tianjin 300384,China)

Primary,reserve,secondary battery technologies used in missiles were analyzed in this paper.The commercially available primary batteries for telemetry,tracking,and flight termination were detailed.Thermal, silver/zinc and oxyhalide reserve battery technologies were discussed.Finally,the rechargeable batteries for energy weapons were introduced.

primary battery;reserve battery;secondary battery

TM 911

A

1002-087 X(2016)10-2098-02

2016-06-12

王传东(1968—)，男，山东省人，本科，主要研究方向为军用电源研究和质量监督。