JPS61230263A - 熱電池 - Google Patents
熱電池Info
- Publication number
- JPS61230263A JPS61230263A JP60070256A JP7025685A JPS61230263A JP S61230263 A JPS61230263 A JP S61230263A JP 60070256 A JP60070256 A JP 60070256A JP 7025685 A JP7025685 A JP 7025685A JP S61230263 A JPS61230263 A JP S61230263A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- lithium
- metal powder
- negative electrode
- electrolyte
- thermal battery
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Classifications
-
- 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
-
- 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
- H01M4/06—Electrodes for primary cells
- H01M4/08—Processes of manufacture
- H01M4/12—Processes of manufacture of consumable metal or alloy electrodes
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Primary Cells (AREA)
- Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
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。
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
本発明は熱電池用リチウム負極に関するものである。
従来の技術
熱電池は常温では固体である溶融塩を電解質として用い
、これを高温約４００〜Ｔｏｏ℃に加熱して液体化する
ことによって発電可能とする高温電池の一種である。従
来の熱電池には負極活物質として金属カルシウムや金属
マグネシウムなどが用いられていたが、これらの負極活
物質では近年熱電池に求められている大電流密度放電、
例えば５００ｍＡ／ｉで数分間の放電寿命という要求に
対して満足することが不可能であった。近年この様な問
題を解決するために新しくリチウム負極の開発がなされ
てきた。しかし、金属リチウムは活性である反面、融点
（１８１℃）が低く、電池作動温度域（通常４００〜７
００’Ｃ）では完全に液化してしまうので、素電池外へ
の流出をおこしやすくなって内部短絡を生ずるという難
点を有している０そこで従来では米国特許第４２２１８
４９号明細書に示されるような溶融リチウムに金属粉末
を添加して均一混合し、その金属粉表面にリチウムを保
持させた新しいリチウム負極が提案されている。
、これを高温約４００〜Ｔｏｏ℃に加熱して液体化する
ことによって発電可能とする高温電池の一種である。従
来の熱電池には負極活物質として金属カルシウムや金属
マグネシウムなどが用いられていたが、これらの負極活
物質では近年熱電池に求められている大電流密度放電、
例えば５００ｍＡ／ｉで数分間の放電寿命という要求に
対して満足することが不可能であった。近年この様な問
題を解決するために新しくリチウム負極の開発がなされ
てきた。しかし、金属リチウムは活性である反面、融点
（１８１℃）が低く、電池作動温度域（通常４００〜７
００’Ｃ）では完全に液化してしまうので、素電池外へ
の流出をおこしやすくなって内部短絡を生ずるという難
点を有している０そこで従来では米国特許第４２２１８
４９号明細書に示されるような溶融リチウムに金属粉末
を添加して均一混合し、その金属粉表面にリチウムを保
持させた新しいリチウム負極が提案されている。
またリチウム合金による融点の上昇を利用するアプロー
チも検討されている。
チも検討されている。
発明が解決しようとする問題点
しかし、上記のような負極の場合でも混合組成によって
は完全にリチウムの流出を防ぐことはできないこと、ま
た、その製造には均一混合のために時間がかかったシ、
水分や酸素をきわめてシビアーに除去することが重要な
ため特別な製造装置が必要となって簡単に製造すること
はできないという問題点があった。
は完全にリチウムの流出を防ぐことはできないこと、ま
た、その製造には均一混合のために時間がかかったシ、
水分や酸素をきわめてシビアーに除去することが重要な
ため特別な製造装置が必要となって簡単に製造すること
はできないという問題点があった。
本発明はリチウム負極を改良することによって上記の問
題点を解決することを目的とする。
題点を解決することを目的とする。
問題点を解決するための手段
上記のような問題点を解決するために本発明では、金属
リチウムシートをそのまま用い、その周囲を電子伝導性
を有する金属粉末で完全に被い囲む構成のリチウム負極
を用いたものである。
リチウムシートをそのまま用い、その周囲を電子伝導性
を有する金属粉末で完全に被い囲む構成のリチウム負極
を用いたものである。
作用
この構成によれば、電池が作動したときリチウムは液体
化するが、それを被っている金属粉末成型体によって流
出を防止できる。すなわち金属粉末成型体は微細な空隙
を有するように製作されており、溶融したリチウムはこ
の空隙に毛細管現象゛ によって吸い上げられ、そして
リチウムの表面張力によって金属粉末成型体内の細孔内
に保持された状態となる。従って、電池活性時には金属
粉末成型体が溶融リチウムを吸収保持した集電体となシ
、その中に取シ込まれたリチウムは順次放電で消耗され
ていく。このリチウム負極は非常に活性で構造的に安定
したものである。特に、市販のリチウムシートを用いる
ことができリチウムの溶融工程も必要ないため、特殊な
装置もいらず簡単に製造できる。
化するが、それを被っている金属粉末成型体によって流
出を防止できる。すなわち金属粉末成型体は微細な空隙
を有するように製作されており、溶融したリチウムはこ
の空隙に毛細管現象゛ によって吸い上げられ、そして
リチウムの表面張力によって金属粉末成型体内の細孔内
に保持された状態となる。従って、電池活性時には金属
粉末成型体が溶融リチウムを吸収保持した集電体となシ
、その中に取シ込まれたリチウムは順次放電で消耗され
ていく。このリチウム負極は非常に活性で構造的に安定
したものである。特に、市販のリチウムシートを用いる
ことができリチウムの溶融工程も必要ないため、特殊な
装置もいらず簡単に製造できる。
実施例
以下本発明の実施例を図をもって説明する。第１図は本
発明の一実施例であシ、負極の縦断面図である。第１図
から明らかなように１は金属リチウムシートからなる負
極活物質で負極構成のほぼ中央に配置されている。２は
金属粉末のみか金属粉末に電解質を主成分とした粉末を
加えた混合粉末によって構成された金属粉末成型体で、
リチウムシート１の全周を被っている。この負極を得る
には市販のリチウムシートと金属粉末とから容易に形成
できる。例えば、予圧成型された金属粉末上に所定の形
状のリチウムを配し、さらにその上から金属粉末を加え
て成型するという簡単な方法で構成できるのである。こ
こに用いる金属粉末はリチウムと合金を作らないかもし
くは作りにくいものであり、鉄、ニッケル、ステンレス
鋼やニクロムの単体かまたはこれらの複数種から選ばれ
た混合物もしくはそれらの合金が有効であった。リチウ
ムと容易に合金を作るような金属粉末、例えばアルミニ
ウム等を用いると、電池が活性時に直ゆに合金化してし
まい、リチウム本来の高い電位を出さなくなったり、活
性度を失ったり、体積変化を生じたシするなどの弊害が
おこる。
発明の一実施例であシ、負極の縦断面図である。第１図
から明らかなように１は金属リチウムシートからなる負
極活物質で負極構成のほぼ中央に配置されている。２は
金属粉末のみか金属粉末に電解質を主成分とした粉末を
加えた混合粉末によって構成された金属粉末成型体で、
リチウムシート１の全周を被っている。この負極を得る
には市販のリチウムシートと金属粉末とから容易に形成
できる。例えば、予圧成型された金属粉末上に所定の形
状のリチウムを配し、さらにその上から金属粉末を加え
て成型するという簡単な方法で構成できるのである。こ
こに用いる金属粉末はリチウムと合金を作らないかもし
くは作りにくいものであり、鉄、ニッケル、ステンレス
鋼やニクロムの単体かまたはこれらの複数種から選ばれ
た混合物もしくはそれらの合金が有効であった。リチウ
ムと容易に合金を作るような金属粉末、例えばアルミニ
ウム等を用いると、電池が活性時に直ゆに合金化してし
まい、リチウム本来の高い電位を出さなくなったり、活
性度を失ったり、体積変化を生じたシするなどの弊害が
おこる。
第２図は第１図に示した負極に負極集電板３と電解質層
４と正極合剤層５そして正極集電板６を組み合わせて素
電池を構成したものである。電解質層４は電解質、例え
ばＫＣＩ−ＬｉＣＪ共融塩を無機吸着材、例えばＭｑＯ
に保持させた粉末を成型して作られており、正極合剤層
６は正極活物質と電解質および無機吸着材の混合物層で
ある。本実施例では正極活物質としてＦ ｅ Ｓ ２を
、電解質として電解質層４同様にＫＣｌｌ−ＬｉＣ６共
融塩を、また無機吸着材としては５１０２粉末をそれぞ
れ用いた。
４と正極合剤層５そして正極集電板６を組み合わせて素
電池を構成したものである。電解質層４は電解質、例え
ばＫＣＩ−ＬｉＣＪ共融塩を無機吸着材、例えばＭｑＯ
に保持させた粉末を成型して作られており、正極合剤層
６は正極活物質と電解質および無機吸着材の混合物層で
ある。本実施例では正極活物質としてＦ ｅ Ｓ ２を
、電解質として電解質層４同様にＫＣｌｌ−ＬｉＣ６共
融塩を、また無機吸着材としては５１０２粉末をそれぞ
れ用いた。
負極−電解質層−正極合剤層はそれぞれ個別に加圧成型
したものを組み合わせてもよいし、個別に作った負極の
上に電解質粉を成型し、その上から更に正極合剤層を成
型して３層一体に成型したものとしてもよい。正、負極
集電板６，３には鉄板を用いた。金属粉末のみからなる
金属粉末成型体２では溶融リチウムが吸い上げられ、電
解質層４の界面まで達しないと電池としては働かない。
したものを組み合わせてもよいし、個別に作った負極の
上に電解質粉を成型し、その上から更に正極合剤層を成
型して３層一体に成型したものとしてもよい。正、負極
集電板６，３には鉄板を用いた。金属粉末のみからなる
金属粉末成型体２では溶融リチウムが吸い上げられ、電
解質層４の界面まで達しないと電池としては働かない。
この場合は電池が所定の電圧を発するまでに多少時間が
長くかかる。そこで、この時間を短くするために金属粉
末成型体２に電解質成分を含有させる手法を試みた。こ
の場合、電解質粉末そのものを蚤 金属粉
末と混合吸着したり、または電解質を無機吸着材に保持
させた粉末を金属粉末と混入したシする。そうすること
によって、リチウムシート１の表面にも電解質が存在す
るので、溶融リチウムが金属粉末成型体２に吸い上げら
れる以前でも添加した電解質が導電体の役目をして電池
として作動でき前述の所定電圧までの立ち上がシ時間が
短くなるわけである。しかしあまり大量に電解質成分が
入ると、金属粉末成型体２の型くずれが生じるため、重
量比で３０％以内にすることが好ましい０ また、金属粉末成型体２がリチウム１に比べあまりに多
かったり、逆に少なかったりすると次のような問題点が
発生する。すなわち金属粉末成型体２がリチウム１に比
べ多すぎると流出の防止能力は向上するが、電池の内部
抵抗を上げたり負極の重量効率を下げ実用性がなくなる
。−ガルなすぎると流出防止能力が低下し、素電池外へ
りチウムが漏れ出し問題となる。従って、本実施例では
金属粉末成型体２とリチウム１との重量比を７゜：３０
〜９５：５内に制限している。他の実施例として対極側
の成型層のみに電解質成分を混入させる方法もある。こ
の場合も前記の実施例中で説明した通シ所定電圧の立ち
上が９時間を短くできる０ このように構成された素電池のリチウム流出状況および
放電特性の評価を行った。表１は従来の負極と本実施例
を比較したもので、本実施例では金属粉末成型体とリチ
ウムとの重量比を８５：１５としたもの（Ａと表示）と
、６ｏ：４０にしたもの（Ｂと表示）と、９８：２にし
たもの（Ｃと表示）について放電寿命とリチウム流出状
況を示したものである。放電試験は各１０回ずつ行った
。
長くかかる。そこで、この時間を短くするために金属粉
末成型体２に電解質成分を含有させる手法を試みた。こ
の場合、電解質粉末そのものを蚤 金属粉
末と混合吸着したり、または電解質を無機吸着材に保持
させた粉末を金属粉末と混入したシする。そうすること
によって、リチウムシート１の表面にも電解質が存在す
るので、溶融リチウムが金属粉末成型体２に吸い上げら
れる以前でも添加した電解質が導電体の役目をして電池
として作動でき前述の所定電圧までの立ち上がシ時間が
短くなるわけである。しかしあまり大量に電解質成分が
入ると、金属粉末成型体２の型くずれが生じるため、重
量比で３０％以内にすることが好ましい０ また、金属粉末成型体２がリチウム１に比べあまりに多
かったり、逆に少なかったりすると次のような問題点が
発生する。すなわち金属粉末成型体２がリチウム１に比
べ多すぎると流出の防止能力は向上するが、電池の内部
抵抗を上げたり負極の重量効率を下げ実用性がなくなる
。−ガルなすぎると流出防止能力が低下し、素電池外へ
りチウムが漏れ出し問題となる。従って、本実施例では
金属粉末成型体２とリチウム１との重量比を７゜：３０
〜９５：５内に制限している。他の実施例として対極側
の成型層のみに電解質成分を混入させる方法もある。こ
の場合も前記の実施例中で説明した通シ所定電圧の立ち
上が９時間を短くできる０ このように構成された素電池のリチウム流出状況および
放電特性の評価を行った。表１は従来の負極と本実施例
を比較したもので、本実施例では金属粉末成型体とリチ
ウムとの重量比を８５：１５としたもの（Ａと表示）と
、６ｏ：４０にしたもの（Ｂと表示）と、９８：２にし
たもの（Ｃと表示）について放電寿命とリチウム流出状
況を示したものである。放電試験は各１０回ずつ行った
。
また、金属粉末成型体とリチウムとの重量比を本発明の
範囲外にした例Ｂ、Ｃでは、６０ ： ４０とリチウム
の多い例Ｂでは流出が発生し本発明の目的を達していな
いし、９８：２とリチウムの少ない例Ｃでは流出はない
ものの同重量では他の例に比べ容量が少なくなりすぎ実
用的でないことも明白である。
範囲外にした例Ｂ、Ｃでは、６０ ： ４０とリチウム
の多い例Ｂでは流出が発生し本発明の目的を達していな
いし、９８：２とリチウムの少ない例Ｃでは流出はない
ものの同重量では他の例に比べ容量が少なくなりすぎ実
用的でないことも明白である。
表 １
発明の効果
以上の説明で明らかなように、金属粉末成型体でリチウ
ムを完全に被い囲んだ本発明による負極は、 （１）電池活性時に液体化するリチウムの素電池外への
流出を完全に防止できる。
ムを完全に被い囲んだ本発明による負極は、 （１）電池活性時に液体化するリチウムの素電池外への
流出を完全に防止できる。
（２）製造にはリチウムを溶融する必要がないため特殊
な装置もいらず容易に構成できる。
な装置もいらず容易に構成できる。
（３）大電流密度放電も十分可能である。
などの効果が得られる。
第１図は本発明の実施例における負極の縦断面図、第２
図はその負極を用いた素電池の縦断面図である。 １・・・・・・リチウム、２・・・・・・金属粉末成型
体、４・・・１１．電解質層、５・・・・・・正極合剤
層。
図はその負極を用いた素電池の縦断面図である。 １・・・・・・リチウム、２・・・・・・金属粉末成型
体、４・・・１１．電解質層、５・・・・・・正極合剤
層。
Claims (6)
- （１）金属粉末の成型体で完全に周囲が囲まれたリチウ
ム負極と、電解質層と、正極合剤層とからなる素電池を
有する熱電池。 - （２）金属粉末がリチウムと合金化しにくい金属である
特許請求の範囲第１項記載の熱電池。 - （３）金属粉末成型体中に電解質成分を含有させた特許
請求の範囲第１項記載の熱電池。 - （４）金属粉末が鉄、ニッケル、ステンレス鋼およびニ
クロムの群から選ばれた少なくとも一種である特許請求
の範囲第１項記載の熱電池。 - （５）金属粉末成型体とリチウムとの重量比が７０：３
０〜９５：５に制限された特許請求の範囲第１項記載の
熱電池。 - （６）正極活物質層と対向する金属粉末成型体にのみ電
解質成分を含有させた特許請求の範囲第３項記載の熱電
池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60070256A JPS61230263A (ja) | 1985-04-03 | 1985-04-03 | 熱電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60070256A JPS61230263A (ja) | 1985-04-03 | 1985-04-03 | 熱電池 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61230263A true JPS61230263A (ja) | 1986-10-14 |
| JPH056793B2 JPH056793B2 (ja) | 1993-01-27 |
Family
ID=13426288
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60070256A Granted JPS61230263A (ja) | 1985-04-03 | 1985-04-03 | 熱電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS61230263A (ja) |
-
1985
- 1985-04-03 JP JP60070256A patent/JPS61230263A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH056793B2 (ja) | 1993-01-27 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |