JPH02299162A - 熱電池用正極合剤の製造法およびそれを用いた熱電池 - Google Patents

熱電池用正極合剤の製造法およびそれを用いた熱電池

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JPH02299162A
JPH02299162A JP1118936A JP11893689A JPH02299162A JP H02299162 A JPH02299162 A JP H02299162A JP 1118936 A JP1118936 A JP 1118936A JP 11893689 A JP11893689 A JP 11893689A JP H02299162 A JPH02299162 A JP H02299162A
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明はリチウム/二硫化鉄系熱電池に関し、詳しくは
高率放電時の正極内部抵抗を小さくして、電池作動電圧
と持続時間の向上を図ったものである。
従来の技術 熱電池は常温で不活性であるが、高温に加熱すると活性
となり、外部へ電力を供給し得るようになる電池で貯蔵
形電池の一種である。従って、5〜10年あるいはそれ
以上の貯蔵後においても製造直後と何ら電池特性が変わ
らないので緊急用電源に利用されている。また、高温で
作動させるために電極反応が進み易(、分極も少ないの
で、大電流放電性に優れ、さらに使用希望時には起動信
号を入れると瞬時に電力を取出せる等の特徴を有する。
しかし近年では、ますます大きな出力電流値が望まれて
きており、高率放電時には負極で生成されたリチウムイ
オンの正極への拡散速度が律速となり、正極合剤中で消
費されるリチウムイオンが2不足となる。その結果、素
電池の内部抵抗が増大して、電池作動電圧を低下させる
という短所を有している。
この課題を克服するために従来から進められて来た研究
は、 l)正極合剤中に含まれる塩化カリウムと塩化リチウム
の共融塩の組成を、塩化リチウム側へずらして過剰とし
、正極合剤中のリチウムイオンを、増加させる方法。
2)正極合剤に酸化リチウムを添加し、正極中のリチウ
ムイオンを増加させる方法があった。
発明が解決しようとする課題 上記1)は、溶融塩中の塩化リチウムが増加し、従って
リチウムイオンも増加するが、溶融塩の融点が高くなり
、放電する場合電池の作動温度を高くする必要がある。
このため規定電圧に到達する時間、いわゆる立上り時間
が遅れるという欠点がでてくる。さらに積層電池とした
場合、発熱剤の増加、保温層の増加が必要となるため、
電池が大型化してしまう。また2)は酸化リチウムの溶
融塩に対する溶解度が小さいために所望とするリチウム
イオン量の増加とならないので、添加効果が小さい。
本発明は、上記のような従来の課題を解消するため、塩
化リチウムの添加方法に着目して、高率放電時の正極の
内部抵抗を小さくし、作動電圧を向上させたリチウム/
二硫化鉄系熱電池を実現させることを目的とする。
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、未処理の二疏化鉄
と塩化カリウム−塩化リチウム溶融塩電解質と塩化リチ
ウムをそれぞれ粉体で、また、必要に応じて電解質を含
有した無機バインダーを加えて混合撹拌する工程と、こ
の合剤をアルゴン。
窒素またはこの混合ガスを流通させた高温炉中で加熱処
理する工程と、同炉内で冷却する工程と、乾燥雰囲気中
で処理済み正極合剤を粉砕する工程を経て正極合剤粉末
を製造するものである。
そして、負極にリチウムまたはリチウム合金を使用し、
電解質層に塩化カリウム−塩化リチウム溶融塩電解質を
保持させた酸化マグネシウム(MgO)の粉末成型体を
用い、正極層に前記の正極合剤を粉末成型層とした3層
からなる素電池と、テルミット反応を利用した発熱剤と
を組合せLi/FeS2系熱電池を構成する。
作用 この製造法と熱電池を用いれば、従来のようなハイレー
ト負荷時の電池内部抵抗の増大は抑制され、作動電圧も
向上する。すなわちハイレート負荷時に正極内でリチウ
ムイオンが多量に消費されるが、本発明によれば正極合
剤内には塩化リチウムが添加されているため従来の電池
に比ベリチウムイオン量が多く、正極反応に対するリチ
ウムイオンの供給が円滑に行なわれる。
以上のように、製造容易で、電池内部抵抗が小さいため
高い作動電圧を得る熱電池が提供できる。
実施例 以下に、本発明の実施例を第1図、第2図および第3図
を用いて説明する。
第1図は正極合剤の製造工程図を示す。図においてFe
S2粉末を66重量%(以下同じ)、塩化リチウム−塩
化カリウム(L ice −KCi! )溶融塩電解質
(Eで表示)粉末12%、Lice−KC4’溶融塩電
解質を二酸化ケイ素(SiCh)バインダーに保持させ
た粉末(EBで表示)7%、LiCeの100メツシュ
パス粉末15%をそれぞれ秤取する。Liceの添加量
は、添加したt、iceの一部が溶融塩にとけて、その
融点が600℃でもLiCeの固体が存在する量で、5
%〜20%とする。第1図においては、これら4種全て
をボールミル容器に入れて密封し、回転させ均一混合粉
末を得る。これを、パイレックスガラス容器に移し、不
活性ガス例えばアルゴンガスが流れるフローティング式
電気炉中に入れる。アルゴンガスは、前述の合剤1kg
当り5〜50f! /m i nのガス流量で流し続け
る。5e/min以下では空気の流入による酸化が起り
、50e/min以上では不経済である。電気炉を昇温
し、電解質の融点以上とし、500℃上限が特性上好ま
しいので370〜500℃間で1時間保持する。その後
、゛アルゴンガスを流し続けながら冷却し、100℃以
下で容器を引出し、乾燥雰囲気中に移す。この状態で乳
鉢等で粉砕し50〜250メツシユに整粒して正極合剤
とする。尚ここではEBを用いたがE比率を若干増量し
てバインダーを除去してもよ(、またアルゴンガスの替
りに窒素ガス(N2)又はArとN2の混合ガスを流し
てもよい。
第2図は、本発明の正極合剤層を用いた素電池の断面図
を示す。
図中、1は正極合剤層であり、放電電気量と利用率の関
係に応じて適量が決定され、規定量秤取して金型内に入
れ、低圧の予備成型ののち、LiCe−KO250%を
含浸処理したMgOバインダーからなる電解質粉末を定
量秤取して重ねて入れ、高圧成型を行なって電解質層2
を形成すると共に、二層一体ペレットを得る。3は負極
カップ、4は負極カップ3の内面に配置した純リチウム
と鉄粉の一体混合層もしくはリチウム・アルミニウム合
金とEからなる負極活物質層で、この2つを合せ負極5
と呼び、前記ペレットと組合せて素電池とする。
第3図は、第1図の製造法による正極合剤を用いて構成
された第2図の素電池で組立てられた積層型熱電池の縦
断面図である。
図中、6は第2図の素電池で必要数を直列に積層構成す
ることで、容易に所望の電圧が得られ、過塩素酸カリウ
ムと鉄粉との均一混合物からなる発熱剤7と交互に積層
する。8,9は、前記積層体の上・下部に配置した蓄熱
剤層であり、例えば硫酸リチウムと塩化ナトリウムの混
合塩と5i02バインダーからなる層で、495℃で凝
固潜熱を発生して前記積層体の温度を長時間保持させる
これは電池の長寿命化に不可欠の蓄熱剤である。
10は点火器でそのリード線は一対の起動用端子11に
接続され、この端子よりパルス電流を通電すると、火炎
を発してヒートパッド12を燃焼させ、その火炎は導火
帯13に燃焼伝ばさせる。14゜15は正、負極出力端
子で積層体の最上部と最下部から取出した内部リード線
16.17と接続する。18は断熱層でMin−にと呼
ばれる高性能の無機質断熱材を用いてスタックを包囲し
た。19は電池蓋、20は電池ケースでいずれもステン
レス鋼からなり、それらの嵌合部を溶接密封する。
本発明を用いた積層型熱電池は、一対の起動用端子11
からパルス電流を通電することより、点火器10.ヒー
トパッド12.導火帯132発熱剤7の順に燃焼し、素
電池dを加熱して起動する。
素電池は約500℃に昇温し、L i Ce −KCe
電解質が溶融すると、本発明の正極合剤層は放電を開始
して、高率放電時にも作動電圧の高い出力電圧を供給す
る。
次に本実施例の効果を調べた結果を述べる。第4図は素
電池の直径45 wm 、電池外径49 wa 、電池
高さ35mの電池形状における1 000 m A /
 c+J電流密度の放電試験結果を示す。素電池直列数
は15、平均作動電圧2V/セルである。
図中Aは本発明の実施例による放電カーブを示し、Li
ceの添加比率15%である。Bは従来例1を示し、塩
化リチウム無添加の正極合剤を用いた電池である。Cは
従来例2を示し、酸化リチウム添加による正極合剤を用
いた電池である。初期の電池作動電圧を拡大して比べる
と電池Bは平均作動電圧27.6Vを示し、電池Aの2
7.9Vよりも0.3v低いものである。又電池Cは、
作動電圧が平坦なものであるが、電圧レベルが26.9
VとAよりも1v低いものである。
本発明Aは、放電電流密度500mA/c+J以上で、
27.9Vと高い電池作動電圧を示し、素電池内部抵抗
の小さなものが得られるという効果を発揮していた。
発明の効果 以上の説明から明らかなように、塩化リチウムを、粉末
で混合した後、アルゴンガス、窒素ガス又は、これらの
混合ガスを流通させた高温炉中で加熱処理後、同炉内で
冷却し、そののち乾燥雰囲気で粋砕する各工程を経た正
極合剤粉末を素電池の正極合剤層に成型して使用し、こ
れと発熱剤と組合せた本発明の積層型電池は、高率放電
において、電池作動電圧が高(なり、内部抵抗は小さく
5なる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の実施例における正極合剤の製造工程図
、第2図は同合剤を成型して正極合剤層を構成した素電
池の断面図、第3図は第2図の素電池を直列構成した積
層型熱電池の断面図、第4図は本発明の実施例および従
来例の放電カーブの比較図である。 1・・・・・・正極合剤層、2・・・・・・電解質層、
5・・・・・・負極、6・・・・・・素電池、7・・・
・・・発熱剤。 第1図 2−・電解V値 5−1礒 11kg−−一素震え 7−・−一讐詞 8−  よ舒を号訓層 9−−−T−静音整斉l4 (6−、へ+に巻 f4−赴勧府搗チ f2−一−ヒートハ17V イs−,−@ χご91F 14−一一正躇巳77を品) 第  3  σζ                 
     I5−、−肯稀出力め俤÷f6・・−;E二
3を甑ンヤ唱舒す−ドオ艶才とf7−−−喚Iトf内(
やリー譬艮( f8−−一断聚甚 第  4  図                  
      4−一膳!!月〕*Mテづ列(丁、2ら一
咲来例 C・−・4貴巳−ルミ4ツリ

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)リチウムまたはリチウム合金からなる負極、塩化
    カリウム−塩化リチウム溶融塩からなる電解質層、二硫
    化鉄からなる正極を有する熱電池において、二硫化鉄と
    溶融塩と塩化リチウムを少なくとも含む正極合剤を均質
    に混合撹拌する工程と、アルゴン、窒素またはこの混合
    ガスを流通させた高温炉中で加熱処理する工程と、同炉
    内で冷却する工程とを経た後、乾燥雰囲気中で粉砕する
    工程とからなる熱電池用正極合剤の製造法。
  2. (2)塩化リチウム添加量が二硫化鉄に対して5重量%
    以上15重量%以下の範囲である特許請求の範囲第1項
    記載の熱電池用正極合剤の製造法。
  3. (3)流通ガス量が、正極合剤の仕込み量1kgに対し
    て5〜50l/minの流量である特許請求の範囲第1
    項記載の熱電池用正極合剤の製造法。
  4. (4)熱処理温度が370〜500℃の範囲である特許
    請求の範囲第1項記載の熱電池用正極合剤の製造法。
  5. (5)特許請求の範囲第1項記載の熱電池用正極合剤粉
    末からなる正極合剤層を素電池に用いた熱電池。
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