热电池是以熔盐作电解质，利用热源使其熔化而激活的一次储备电池。由于具有很高的比能量和比功率、使用环境温度范围宽、贮存时间长、激活迅速可靠、结构紧凑、工艺简便、造价低廉、不需要维护等优点，一问世就受到军界的青睐，发展成为导弹、核武器、火炮等现代化武器的理想电源，在军事领域占有重要位置。常用热电池包括以下几种： l)镁系热电池；
2)钙系热电池；
3)锂系热电池。
随着热电池技术的不断发展，电化学体系的不断繁荣，热电池的体系有了很大扩展。早期的热电池以镁/氯化钾一氯化锂/氧化铁为主，然后过渡到钙/氯化钾一氯化锂/铬酸钙和钙/氯化钾-氯化锂/铬酸锌体系，随着锂合金阳极、全锂电解质以及二硫化铁和二硫化硅阴极的使用，热电池的研究重点转移到锂热电池方面，其突出特点是比能量高，无噪声，内阻较低，工作温度范围宽，更适合在高电流密度条件下使用。 由于热电池依靠高温使电解质熔化而导电，电池可以广泛地应用在旋转弹和非旋转弹中；由于热电池的作用时间取决于电解质余物融化和导电的时间，因此，为了延长电池的工作时间，通常需要有保温材料对电池保温；热电池对使用温度不敏感，在±50℃条件下使用性能差别不大；热电池的激活时间通常长达数百毫秒，但相对散布小；工作时间一般能达到几分钟。 表1为几种室温锂电池与锂热电池的性能比较情况。室温锂储备电池与锂热电池相比，优点是工作温度低，工作电压高，不需要加热，激活时间短，工作时间长，反应过程放热小，对引信其它零部件无热影响；不足之处在于室温锂电池的工作电流密度较锂热电池小，不利于大功率放电。
表1室温锂电池与锂热电池性能对比
由表1可见，室温锂电池的能量密度大，其中锂/亚硫酞氯原电池的能量密度最大，可高达440Wh/kg，而锂热电池中，能量密度最高的锂硅/二硫化钴电池的能量密度也仅有75Wh/kg，二者相差近6倍。从表1中还可以看出，同为室温锂电池，储备电池的能量密度和功率密度均比原电池小，这其中的主要原因在于：储备电池中的储液瓶及激活机构占用了大量的电池内部空间，使得储备电池的功率密度和能量密度均为原电池的几分之一甚至几十分之一。
赵广波，徐莹，汴纪庆等. 热电池技术进展及在引信中的应用.探测与控制学报.Vol.30，No.6，Dec.2008
热电池是以熔盐作电解质，靠热源激活，一次性储备电源。其比能量和比功率高、适应环境能力强、贮存时间长、激活迅速可靠、结构紧凑、工艺简便、生产成本低、免维护等优点，成为武器装备的首选电源。其高功率密度、坚固性、高可靠性、长贮存寿命等特点特别适合引信和导弹电源使用要求，因此热电池在引信和导弹等装备领域应用发展十分迅速，并占有极其重要位置[1]。国内热电池作为引信电源开发应用有30余年的历史，热电池相关技术发展和应用情况倍受关注[2-3]。为此，本文综述热电池技术进展及在引信中的应用。
3.4.2 热电池技术发展进程
第二次世界大战末期，德国欧伯(Erb)博士首先发明了热电池，战后热电池技术传到美国，引起美国国家标准局和武器发展部的重视。1948年乌利切(Wurlitzer)公司开始生产第一个热电池并得到实际应用；1955年美国SAND实验室研制成功使用寿命为5 min左右的热电池，并应用在核武器上。20世纪50年代中期，美国海军武器实验室(NOL)和尤拉卡-威廉斯(Eurelca Williams)公司首先研究成功Mg/V2O5片型热电池，热电池制造工艺从陈旧的杯型工艺向先进的片型工艺转变，这是热电池技术发展史上一个重要里程碑。1961年SAND实验室利用上述成果开始研制片型的Ca/CaCrO4体系的热电池。1966年第一个完整的片型热电池投产，标志热电池成为美国核武器上的主要电源。其比能量、比功率大幅度提高，热电池使用寿命从5 min提高到60 min。20世纪60年代和70年代初期是Ca/CaCrO4热电池发展的鼎盛时期。为了克服Ca/CaCrO4体系热电池自身缺陷，1970年英国海军首先开发研究锂作阳极、硫作阴极的热电池，由于硫在高温时易挥发，后来改用FeS2作阴极材料。20世纪70年代中期SAND实验室利用美国海军材料实验对锂合金阳极的研究成果和阿贡实验室对二次LiMx/FeS2蓄电池研究成果，研制成片型化的小型长寿命LiMx/FeS2热电池，各项技术指标大大超过过去任何一个电化学体系的热电池，锂系热电池进入全面发展时期，开创了热电池技术新时代。
国内热电池技术发展在借鉴外国先进技术的基础上，用很短的时间走完了国外热电池初期发展阶段所走过的技术进程。20世纪70年代国内开始着手研制LiMx/FeS2(LiMx代表锂合金)热电池体系，在80年代取得重大技术进展，锂硅合金粉等阳极材料研究成功，国内航天、核工业、兵器等行业研制出LiSi/FeS2热电池产品，在国防工业上许多技术领域得到了成功地应用。
3.4.3 热电池技术发展现状和趋势
20世纪40年代热电池诞生以来，人们为了获得更理想的电源，对热电池结构设计、电池材料、生产工艺、检测手段等相关技术开展研究，取得了丰硕成果[4-5]。电池材料、电化学体系和结构设计发展状态代表热电池技术发展水平。本文从以下四个方面进行分析和介绍。
1、热电池种类推陈出新，技术性能不断改善
50多年来，热电池技术发展历程，伴随着电化学体系的发展和创新，开发了多种类型的热电池。如性能较佳且技术较为成熟的热电池电化学体系有：钙/硫酸铅(Ca/pbO4)、镁/五氧化二钒(Mg/V2O5)、钙/铬酸钙(Ca/CaCrO4)及今天流行的锂/二硫化铁(Li(Me)/FeS2)体系，电解质是熔盐和细粘土的混合物[6-8]。
LiMx/FeS2热电池作为一个理想的热电池电化学体系，不但克服了热电池长期存在的电噪声，而且比能量、比功率得到很大提高，是热电池技术发展的重大突破，代表21世纪热电池技术发展的潮流和方向[9-10]。LiSi/FeS2和Ca/CaCrO4长寿命热电池组的性能比较见表1。
表1 锂系热电池与钙系热电池性能比较表
2、单元热电池设计日趋成熟，片型结构占有主导地位
热电池外形尺寸和形状受总体结构等条件限制，通常选用圆柱形外形结构。热电池的单元电
池主要有杯型结构和片型结构之分，早期的热电池单元电池采用杯型结构，杯型结构又分为封闭杯型和开敞杯型两种。热电池的杯型结构在热电池发展的初期占主导地位，杯型热电池与片型热电池相比，具有许多不足之处。其早期形成的主导地位已经被后者所替代。随着片型工艺技术的发展，国内外大多数热电池产品均采用片型结构设计方案，其突出的结构优势无以替代。
3、热电池材料推陈出新，产品更新换代步伐加快
人们针对热电池所用的电极材料、电解质等关键材料开发，不断突破技术难关，推出多种新型材料，拓宽了热电池应用技术领域，提高了热电池技术性能，加快产品更新换代步伐。
1)阳极材料种类繁多，锂合金材料优势明显
目前通常使用的锂合金阳极有Li-Al、Li-Si和Li-B。也有人使用金属锂加超细金属粉作为阳极材料的。近年来，经人们详细研究对锂合金阳极的反应机理有了更深刻地了解。
Li-Al合金是由一个含锂量为20%的(重量百分比)单一固溶相组成，因此它的放电机理比较简单，仅显示一个电压平台。
Li-Si合金是一个多放电台阶的阳极材料，利用Li-Si合金多电压平台放电特性，热电池设计时，可以利用几个电压平台，故其总容量要比Li-Al合金大，且其大电流放电能力强，电极电位比Li-Al合金低，因此其综合性能大大优于Li-Al合金。
Li-B合金的含锂量高达80%(重量百分比)，因此容量大，大电流放电能力强，以8 A/cm2放电时仍无明显极化。但由于材料制备困难，生产成本偏高等原因，Li-B合金至今未得到大规模应用。
目前性能优良的Li-Al、Li-Si合金已制备成功，并形成批量生产能力，Li-B合金的制备也已取得进展，具备实验室小批量生产能力。
上述锂合金阳极，随着放电深度的增加，锂含量不断减小，它的内阻也随之升高，人们已到了合适的导电添加剂，大大改善了电极放电后期的导电性，提高了电极材料的利用率，这是阳极材料研究中取得的又一成果。
2)阴极材料聚焦硫化物，制备技术是关键
与锂合金阳极相匹配的热电池阴极材料是二硫化铁和二硫化钴。前者主要特点是资源丰富，
价格便宜，电性能稳定，它属中等稳定物质，开始分解温度为350℃，如果500℃搁置20 min，容量损失高达62%。使用FeS2作热电池阴极材料主要问题是热电池在激活时存在瞬间电压尖峰，降低了电压精度，限制了使用范围。后者是一种新型阴极材料，材料产业化研究和应用工作有待深入。
过渡族金属硫化物中的FeS2和CoS2作为热电池阴极材料各有其特点，可根据所设计电池的不同特点选用不同的硫化物作材料。CoS2的特点更适于研制长时间、工作的脉冲型电池，但成本偏高。低成本的FeS2可通过适当的处理措施如加入添加剂等改善其性能，可以用来研制快激活型热电池。
3)电解质种类呈现多元化，性能指标各有所长
LiCi-KCl热电池电解质使用最多的产品，其优点是价格便宜，容易制备。它是一种低熔点共熔物，属于二元阳离子电解质。当热电池高速放电时，Li+很容易形成很大的浓度梯度，易引起电池严重极化；同时还会因Li+/K+的比例失调，导致电解质熔点升高，造成热电池过早失效。为此人们一直在努力寻替代产品，表2所列各种物质是热电池电解质最新研究成果。
研究表明，在通常电性能要求下，采用LiCi-KCl二元电解质制备单体电池较为普遍。该电解质适于高温小电流放电，放电峰值电压最高，放电时间最长。但不宜大电流放电，因为大电流放电时阴极容易生成J相[LiK6Fe24S26Cl]，严重影响阴极利用率，电极极化较大，而且由于电导较小，离子迁移速度慢，Li+/K+比值变化导致阴极附近过早出现电解质凝固，缩短了工作寿命。
表2 热电池常用电解质主要性能参数
采用LiF-LiCl-LiBr全锂电解质制备的单体电池，能够满足大电流放电的要求。这是因为其电导率较大，且不存在Li+/K+比值变化问题，消除了J相生成的可能性。但具有共同锂阳离子的共晶熔体使锂的熔解度增大，从而降低了阳极利用率，且其熔点较高，对保温材料的性能要求较为苛刻，因此不宜用于长寿命电池。
LiBr-KBr-LiF电解质熔点较低，允许Li+/K+比值较大偏移而不出现提前凝固现象，因此适于低温、长时间放电。但由于电导率较低，而不宜大电流放电。
4)保温材料选择广泛，复合材料前景看好
Li(Me)/FeS2热电池正常的工作温度范围为400~550℃，必须靠优质的保温材料维持工作温度才能使电池正常工作。对短寿命热电池来说，一般的保温材料如云母片、石棉等就能满足要求。但对于中等寿命或长寿命热电池来说，必须使用高性能保温材料才能满足要求，寿命越长，需要保温材料的性能越好。对于1 h左右工作寿命的热电池，通常使用硅酸铝陶瓷纤维或纤维板。
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