JP2600752B2 - 熱電池 - Google Patents
熱電池Info
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- JP2600752B2 JP2600752B2 JP2043988A JP2043988A JP2600752B2 JP 2600752 B2 JP2600752 B2 JP 2600752B2 JP 2043988 A JP2043988 A JP 2043988A JP 2043988 A JP2043988 A JP 2043988A JP 2600752 B2 JP2600752 B2 JP 2600752B2
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- Japan
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- positive electrode
- battery
- current collector
- unit cell
- sus316
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- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/64—Carriers or collectors
- H01M4/66—Selection of materials
- H01M4/669—Steels
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- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M6/00—Primary cells; Manufacture thereof
- H01M6/30—Deferred-action cells
- H01M6/36—Deferred-action cells containing electrolyte and made operational by physical means, e.g. thermal cells
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Description
【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は熱電池に関するもので、特に発熱剤と交互に
積層された素電池の正極集電材に関するものである。
積層された素電池の正極集電材に関するものである。
従来の技術 熱電池は発熱剤を内蔵し、常温では固体である溶融塩
を電解質に用いたもので、使用時に発熱剤に点火される
と電池内部は約400〜700℃の高温に加熱されて電解質が
溶融し、極めて高いイオン伝導性を示す様になり、大電
流を取り出すことが可能となる電池である。
を電解質に用いたもので、使用時に発熱剤に点火される
と電池内部は約400〜700℃の高温に加熱されて電解質が
溶融し、極めて高いイオン伝導性を示す様になり、大電
流を取り出すことが可能となる電池である。
従来、この種の熱電池の活物質としては、負極にカル
シウム、正極にクロム酸カルシウムが用いられてきた。
しかし、さらに高容量、高出力用として負極にリチウム
およびリチウム合金を、正極に二硫化鉄を用いた熱電池
が開発されている。
シウム、正極にクロム酸カルシウムが用いられてきた。
しかし、さらに高容量、高出力用として負極にリチウム
およびリチウム合金を、正極に二硫化鉄を用いた熱電池
が開発されている。
従来例の素電池と発熱剤の構成を第２図〜第４図を用
いて説明する。
いて説明する。
第４図において、１は発熱剤で、通常微細な多量の鉄
粉と少量の過塩素酸カリウムとの均一混合物の成形体か
らなり、前述の鉄の酸化により約250cal/gの発熱量を放
出する。５は素電池で、正極層２と電解質層３および負
極４からなり、発熱剤１と接している。正極層２の成分
は正極活物質としての二硫化鉄（FeS2）が主剤であり、
補助剤といて電解質である塩化カリウムと塩化リチウム
の共融塩、および前記電解質の流動を防止する微細なSi
O2などのバインダーの３種類の均一混合物である。前述
の様に発熱剤１中には多量の余剰鉄粉を混入して、燃焼
した後も大部分の鉄粉が焼結体として酸化せずに残るよ
うにしてあり、発熱剤１自身に正極集電体としての役目
と素電池間の電気接続体としての役目を合せ持たせてい
る。この発熱剤１中の残留鉄粉と正極活物質の二硫化鉄
とが、高温放電時（特に600℃以上）においてその接触
面でFeS2＋Fe→2FeSという反応を起こし、FeS2を消費す
るため電池の利用率は減少する。
粉と少量の過塩素酸カリウムとの均一混合物の成形体か
らなり、前述の鉄の酸化により約250cal/gの発熱量を放
出する。５は素電池で、正極層２と電解質層３および負
極４からなり、発熱剤１と接している。正極層２の成分
は正極活物質としての二硫化鉄（FeS2）が主剤であり、
補助剤といて電解質である塩化カリウムと塩化リチウム
の共融塩、および前記電解質の流動を防止する微細なSi
O2などのバインダーの３種類の均一混合物である。前述
の様に発熱剤１中には多量の余剰鉄粉を混入して、燃焼
した後も大部分の鉄粉が焼結体として酸化せずに残るよ
うにしてあり、発熱剤１自身に正極集電体としての役目
と素電池間の電気接続体としての役目を合せ持たせてい
る。この発熱剤１中の残留鉄粉と正極活物質の二硫化鉄
とが、高温放電時（特に600℃以上）においてその接触
面でFeS2＋Fe→2FeSという反応を起こし、FeS2を消費す
るため電池の利用率は減少する。
特にこの反応はFeS2の分解点（642℃）付付で著し
く、今後期待される長時間放電の熱電池を検討する上
で、この反応を抑制する事は重要な課題である。
く、今後期待される長時間放電の熱電池を検討する上
で、この反応を抑制する事は重要な課題である。
そこでこれを解決するために従来では次の様な手法が
用いられていた。
用いられていた。
第２図は上記の欠点をカバーするための従来の解決方
法を示すもので、発熱剤１と正極層３との間にモリブデ
ン（Mo）シートからなる正極集電板６を配置したもので
ある。
法を示すもので、発熱剤１と正極層３との間にモリブデ
ン（Mo）シートからなる正極集電板６を配置したもので
ある。
第３図は第２図と同様の構成でオーステナイト系ステ
ンレス鋼のSUS304からなる正極集電板７を配置したもの
である。
ンレス鋼のSUS304からなる正極集電板７を配置したもの
である。
発明が解決しようとする課題 しかしながら第２図に示す構成では、モリブデンは資
源的に少量のため高価であり、材料費が高くなること
と、さらにモリブデンシート表面の酸化物は完全に除去
する事が難しく、この影響により初期電圧が高くなると
いう課題を有していた。又第３図に示す構成では、オー
ステナイト系ステンレス鋼SUS304はモリブデンシートよ
り安価で、表面酸化の恐れはないけれども、その耐蝕能
力は第４図に示す構成のような発熱剤１との直接接触に
比べれば劣化は少ないが、モリブデンシートに比べれば
かなり放電性能が劣るという課題を有していた。
源的に少量のため高価であり、材料費が高くなること
と、さらにモリブデンシート表面の酸化物は完全に除去
する事が難しく、この影響により初期電圧が高くなると
いう課題を有していた。又第３図に示す構成では、オー
ステナイト系ステンレス鋼SUS304はモリブデンシートよ
り安価で、表面酸化の恐れはないけれども、その耐蝕能
力は第４図に示す構成のような発熱剤１との直接接触に
比べれば劣化は少ないが、モリブデンシートに比べれば
かなり放電性能が劣るという課題を有していた。
本発明は上記従来の課題を解決するもので、安価でか
つ耐触能力の高い集電材により、正極活物質の劣化を防
ぎ、利用率の向上と初期電位の低下を目的とするもので
ある。
つ耐触能力の高い集電材により、正極活物質の劣化を防
ぎ、利用率の向上と初期電位の低下を目的とするもので
ある。
課題を解決するための手段 この課題を解決するために、本発明は正極集電材とし
てオーステナイト系ステンレス鋼SUS316又はSUS316Lを
用いたものである。
てオーステナイト系ステンレス鋼SUS316又はSUS316Lを
用いたものである。
作用 この構成によって発熱剤を燃焼させた際、正極との間
に耐蝕性に優れたステンレス鋼SUS316又はSUS316Lを介
しているため副反応が起こりにくくなり、安価な材料で
特に600℃以上の高温放電の劣化を減少させることが出
来、かつ、初期電圧を低下させることが出来ることとな
る。
に耐蝕性に優れたステンレス鋼SUS316又はSUS316Lを介
しているため副反応が起こりにくくなり、安価な材料で
特に600℃以上の高温放電の劣化を減少させることが出
来、かつ、初期電圧を低下させることが出来ることとな
る。
実施例１ 第１図は本発明の代表的な実施例における素電池５と
発熱剤１との間に耐蝕性の正極集電材８を配した構成を
示している。その一例はSUS316で、これはオーステナイ
ト系ステンレス鋼の一種であり、その化学成分を述べる
ならば、C:0.08以下,Si:1.00以下,Mn:2.00以下,P:0.045
以下,S:0.030以下,Ni:10.00〜14.00,Cr:16〜18,Mo:2.00
〜3.00（単位はいずれも重量％）である。種々の材料を
検討した結果、成分中のNiが耐蝕性に寄与しているので
はないかと思われるが、詳しい事は分かっていない。
（SUS304の場合Ni:8〜10.5％である）４は負極で、リチ
ウムを金属性の多孔体に含浸保持させたものである。３
は電解質層で、塩化カリウムと塩化リチウムとの共触塩
と、電解質の流出を防ぐバインダー粉末（微細な酸化マ
グネシウム）からなる混合物である。
発熱剤１との間に耐蝕性の正極集電材８を配した構成を
示している。その一例はSUS316で、これはオーステナイ
ト系ステンレス鋼の一種であり、その化学成分を述べる
ならば、C:0.08以下,Si:1.00以下,Mn:2.00以下,P:0.045
以下,S:0.030以下,Ni:10.00〜14.00,Cr:16〜18,Mo:2.00
〜3.00（単位はいずれも重量％）である。種々の材料を
検討した結果、成分中のNiが耐蝕性に寄与しているので
はないかと思われるが、詳しい事は分かっていない。
（SUS304の場合Ni:8〜10.5％である）４は負極で、リチ
ウムを金属性の多孔体に含浸保持させたものである。３
は電解質層で、塩化カリウムと塩化リチウムとの共触塩
と、電解質の流出を防ぐバインダー粉末（微細な酸化マ
グネシウム）からなる混合物である。
前記の負極４の上に電解質層３を均一に分散，成形
し、さらに正極２を均一に分散，成形して素電池５を構
成する。以上の素電池と正極集電材８と、従来同様の発
熱剤を第５図の様に順番に積層してケース９に収納し熱
電池として用いる。
し、さらに正極２を均一に分散，成形して素電池５を構
成する。以上の素電池と正極集電材８と、従来同様の発
熱剤を第５図の様に順番に積層してケース９に収納し熱
電池として用いる。
第５図について１は発熱剤、８はSUS316の正極集電
材、５は素電池であり、この積層体の周辺を12の導火体
でおおい、外部電源により入力端子15に通電すると点火
玉14が導火体に着火し、それが発熱剤１を燃焼させて発
熱し、素電池５を加熱する。起電力はプラスリード板13
とマイナスリード板10を通し出力端子11から取り出され
る。
材、５は素電池であり、この積層体の周辺を12の導火体
でおおい、外部電源により入力端子15に通電すると点火
玉14が導火体に着火し、それが発熱剤１を燃焼させて発
熱し、素電池５を加熱する。起電力はプラスリード板13
とマイナスリード板10を通し出力端子11から取り出され
る。
第６図は第１図に示す本発明の実施例と、第２図と第
３図及び第４図に示す従来例の素電池構成のものをそれ
ぞれ30枚積層して第５図に示す様な完成電池とし、放電
させた場合の放電特性図である。縦軸は電圧、横軸は放
電時間で、放電曲線１は第１図の、２は第２図の、３は
第３図、４は第４図の素電池構成をそれぞれ用いた完成
電池のデータである。
３図及び第４図に示す従来例の素電池構成のものをそれ
ぞれ30枚積層して第５図に示す様な完成電池とし、放電
させた場合の放電特性図である。縦軸は電圧、横軸は放
電時間で、放電曲線１は第１図の、２は第２図の、３は
第３図、４は第４図の素電池構成をそれぞれ用いた完成
電池のデータである。
第６図から明らかな様に、終止電圧45Vまでの放電持
続時間は従来品４が87秒、SUS304使用の従来品３が120
秒であるのに対して本発明品１は178秒という結果が得
られ、従来品４と比較し約２倍と大幅に改良された。一
方モリブデンシートを用いた従来品２に比べても若干短
かいが、ほぼ同等の放電時間を得ることが出来た。また
初期最大電圧はモリブデンシートに比べ約3Vも低い電圧
が得られ平坦性のよい電圧カーブとなった。
続時間は従来品４が87秒、SUS304使用の従来品３が120
秒であるのに対して本発明品１は178秒という結果が得
られ、従来品４と比較し約２倍と大幅に改良された。一
方モリブデンシートを用いた従来品２に比べても若干短
かいが、ほぼ同等の放電時間を得ることが出来た。また
初期最大電圧はモリブデンシートに比べ約3Vも低い電圧
が得られ平坦性のよい電圧カーブとなった。
また材料費の点で、SUS304を基準とすると、モリブデ
ンシートはその約13倍と極めて高価であるが、SUS316は
1.8倍とモリブデンシートに比べればかなり材料費は安
価ですむ。
ンシートはその約13倍と極めて高価であるが、SUS316は
1.8倍とモリブデンシートに比べればかなり材料費は安
価ですむ。
実施例２ 耐蝕性集電材のもう一つの例として、実施例１と同様
のオーステナイト系ステンレス鋼のSUS316Lがある。そ
の化学成分を述べると、C:0.030以下,Si:1.00以下,Mn:
2.00以下,P:0.045以下,S:0.030以下,Ni:12〜15,Cr:16.0
0〜18.00,Mo:2.00〜3.00（単位は重量％）である。この
SUS316Lを用いて、実施例１と同様な手法で完成電池と
し、放電特性を調べた。その結果は実施例１とほぼ同様
であった。また材料費についてはSUS316と同じ値段なの
で、この場合もモリブデンシートに比べればかなり安価
ですむ。
のオーステナイト系ステンレス鋼のSUS316Lがある。そ
の化学成分を述べると、C:0.030以下,Si:1.00以下,Mn:
2.00以下,P:0.045以下,S:0.030以下,Ni:12〜15,Cr:16.0
0〜18.00,Mo:2.00〜3.00（単位は重量％）である。この
SUS316Lを用いて、実施例１と同様な手法で完成電池と
し、放電特性を調べた。その結果は実施例１とほぼ同様
であった。また材料費についてはSUS316と同じ値段なの
で、この場合もモリブデンシートに比べればかなり安価
ですむ。
発明の効果 以上の様に本発明によれば、放電持続時間が長く、従
来例に比べ初期の高電圧を押えた、安価な電池を提供出
来るという効果が得られる。
来例に比べ初期の高電圧を押えた、安価な電池を提供出
来るという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】 第１図は正極集電材にSUS316又はSUS316Lを用いた本発
明の実施例における素電池と発熱剤との配置構成を示す
断面図、第２図はモリブデンシートを用いた従来例にお
ける素電池と発熱剤との配置構成を示す断面図、第３図
はSUS304を用いた従来例における素電池と発熱剤との配
置構成を示す断面図、第４図は正極集電板を用いない従
来例における素電池と発熱剤との配置構成を示す断面
図、第５図は30セル積層した完成電池の断面図、第６図
は完成電池における放電特性の比較を示す図である。 １……発熱剤、２……正極層、３……電解質層、４……
負極、８……SUS316又はSUS316−Ｌの正極集電材。
明の実施例における素電池と発熱剤との配置構成を示す
断面図、第２図はモリブデンシートを用いた従来例にお
ける素電池と発熱剤との配置構成を示す断面図、第３図
はSUS304を用いた従来例における素電池と発熱剤との配
置構成を示す断面図、第４図は正極集電板を用いない従
来例における素電池と発熱剤との配置構成を示す断面
図、第５図は30セル積層した完成電池の断面図、第６図
は完成電池における放電特性の比較を示す図である。 １……発熱剤、２……正極層、３……電解質層、４……
負極、８……SUS316又はSUS316−Ｌの正極集電材。
Claims (1)
- 【請求項１】リチウムおよびリチウム合金を主成分とす
る負極と、二硫化鉄（FeS2）を主成分とする正極と、前
記負極と正極の間に設けられた溶融塩よりなる電解質層
とからなる素電池を有し、前記正極と鉄−過塩素酸カリ
ウムを主成分とする発熱剤との間にオーステナイト系ス
テンレス鋼SUS316又はSUS316Lからなる正極集電材を配
設した熱電池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2043988A JP2600752B2 (ja) | 1988-01-29 | 1988-01-29 | 熱電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2043988A JP2600752B2 (ja) | 1988-01-29 | 1988-01-29 | 熱電池 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01195668A JPH01195668A (ja) | 1989-08-07 |
| JP2600752B2 true JP2600752B2 (ja) | 1997-04-16 |
Family
ID=12027076
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2043988A Expired - Lifetime JP2600752B2 (ja) | 1988-01-29 | 1988-01-29 | 熱電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2600752B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9273399B2 (en) * | 2013-03-15 | 2016-03-01 | Ppg Industries Ohio, Inc. | Pretreatment compositions and methods for coating a battery electrode |
-
1988
- 1988-01-29 JP JP2043988A patent/JP2600752B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH01195668A (ja) | 1989-08-07 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |