(57)【要約】【課題】従来よりも多量の溶融塩を保持することが可能な粒子状保持体を電解質層に用いることにより、優れた低温の放電特性を有する熱電池を提供する。【解決手段】負極層と、正極層と、溶融塩および前記溶融塩を保持する粒子状保持体を含む電解質層とを具備する素電池を複数個積層した熱電池であって、前記保持体が、２５〜８０ｍ２／ｇの平均比表面積を有する。【選択図】　　　　なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
負極層と、正極層と、溶融塩および前記溶融塩を保持する粒子状保持体を含む電解質層とを具備する素電池を複数個積層した熱電池であって、
前記保持体が、２５〜８０ｍ２／ｇの平均比表面積を有することを特徴とする熱電池。
【請求項２】
前記保持体は、ＭｇＯである請求項１記載の熱電池。
【請求項３】
前記電解質層中における溶融塩の含有量は、５０〜７０重量％である請求項１記載の熱電池。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数個の素電池を積層した熱電池、特に前記素電池を構成する電解質層に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の熱電池の構造を図１に示す。図１は、従来の内部加熱型熱電池の一部を切り欠いた構造を示す概略斜視図である。
正極層、負極層および電解質層からなる素電池７と加熱剤５とを交互に積み重ね、さらにその最上部に着火パッド４を配して得られた積層体が金属製の外装ケース１に収納されている。この積層体の上部にはイグナイタ３が設置され、その周囲には導火帯６が配されている。金属製の外装ケース１と積層体の間には断熱材９が充填されている。
【０００３】
このような構造の熱電池では、起動信号が端子２に印加されるとイグナイタ３が燃焼し、着火パッド４や導火帯６へ燃焼が伝播され、加熱剤５が燃焼して素電池７が加熱される。そして、素電池７を構成する溶融塩を含む電解質層が溶融してイオン伝導体となり、放電が可能となる。
【０００４】
前記電解質層は、溶融塩および前記溶融塩を保持する粒子状保持体からなる。従来用いられていた前記保持体は、１０〜２０ｍ２／ｇの平均比表面積を有しており、溶融塩を保持するためには、電解質層中の前記保持体の含量を４５重量％以上とする必要がある。すなわち、電解質層中の溶融塩の含量は、５５重量％以下に制限される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、現在、熱電池の高性能化に対する要望が高まっている。しかし、従来と比較して平均電流密度で２０％以上向上した熱電池では、低温（４５０℃）の放電特性が著しく低下する問題が生じる。
低温の放電特性を向上させる方法として、素電池内の内部抵抗を低減することが挙げられる。その具体的な手段として、電解質層中の溶融塩量を増やすことが考えられるが、上記物性の粒子状保持体では、電解質層中の溶融塩量が５５重量％を超えると、溶融塩を保持できなくなるため、高温時に内部短絡を生じてしまう。
【０００６】
そこで、本発明では、上記従来の問題を解決するため、従来よりも多量の溶融塩を保持することが可能な粒子状保持体を電解質層に用いることにより、優れた低温の放電特性を有する熱電池を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の熱電池は、負極層と、正極層と、溶融塩および前記溶融塩を保持する粒子状保持体を含む電解質層とを具備する素電池を複数個積層した熱電池であって、前記保持体が、２５〜８０ｍ２／ｇの平均比表面積を有することを特徴とする。
前記保持体は、ＭｇＯであることが好ましい。
前記電解質層中における溶融塩の含有量は、５０〜７０重量％であることが好ましい。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明では、従来よりも多量の溶融塩を保持することができる粒子状保持体を電解質層に用いることにより、素電池の内部抵抗を低減し、低温の放電特性を向上させることが可能となる。
【０００９】
従来の熱電池の電解質層に用いられていた粒子状保持体としては、１０〜２０ｍ２／ｇの平均比表面積を有するＭｇＯを用いていた。これに対し、本発明に係る粒子状保持体は、２５〜８０ｍ２／ｇの平均比表面積を有している。
平均比表面積が２５ｍ２／ｇ未満となると、溶融塩が保持体に吸着しなくなり、電解質層を形成できなくなる。一方、平均比表面積が８０ｍ２／ｇを超えると保持体表面の凹凸が小さくなり、近似的に比表面積が小さい状態となるため、溶融塩が保持体に吸着しにくくなり、電解質層が形成されにくくなる。
【００１０】
本発明に係る前記保持体としては、絶縁性に優れ、かつ溶融塩との吸着反応量が多いという理由からＭｇＯを用いる。
前記電解質中における溶融塩の含有量は、５０〜７０重量％であることが好ましい。その中で、高温での内部短絡の抑制という点では、５０〜６５重量％が好ましい。また、低温での利用率の向上を図るという点では、６０〜７０重量％が好ましい。
上記物性を有するＭｇＯを用いて、電解質層中の溶融塩を最大の７０重量％まで増量した場合、素電池の内部抵抗を６０％以上低下させ、低温放電時の利用率を２０％以上向上させることが可能となる。
【００１１】
前記溶融塩としては、例えば、ＬｉＣｌ−ＬｉＢｒ−ＫＢｒ、ＬｉＢｒ−ＣｓＢｒ、ＬｉＩ−ＫＩ、ＬｉＢｒ−ＬｉＣｌ−ＬｉＦ、ＬｉＣｌ−ＬｉＩ、ＬｉＣｌ−ＫＣｌなどが用いられる。なかでも、イオン伝導性に優れ、かつ比較的低温領域で作動するという理由からＬｉＣｌ−ＫＣｌが好ましい。
【００１２】
本発明に係る素電池は、上記の電解質層を介して正極層および負極層を積層して構成されている。
前記負極層としては、例えば、Ｌｉ、Ｃａ、Ｌｉ−Ａｌ合金、Ｌｉ−Ｓｉ合金、Ｌｉ−Ｂ合金などが用いられる。なかでも、放電特性に優れ、漏出がないという理由からＬｉが好ましい。
前記正極層としては、例えば、ＦｅＳ２、ＣａＣｒＯ４、ＴｉＳ２、Ｖ２Ｏ５、Ｖ６Ｏ１３などが用いられる。なかでも、安定した放電特性が得られるという理由からＦｅＳ２が好ましい。
【００１３】
【実施例】
以下に、本発明の実施例を説明する。
【００１４】
《実施例１》
粒子状保持体として２５〜８０ｍ２／ｇの平均比表面積を有するＭｇＯを３０重量％と、溶融塩としてＬｉＣｌ−ＫＣｌを７０重量％とを混合し、４００℃以上で反応させることにより電解質層を得た。この電解質層、ＦｅＳ２からなる正極層およびＬｉからなる負極層を用いて素電池を１００個作製した。
【００１５】
《比較例１》
粒子状保持体として１０〜２０ｍ２／ｇの平均比表面積を有するＭｇＯを３０重量％および溶融塩としてＬｉＣｌ−ＫＣｌを７０重量％含む電解質層を実施例１と同様の方法により得た。この電解質層を用いた以外は実施例１と同様の方法で素電池を１００個作製した。
【００１６】
《比較例２》
粒子状保持体として９０〜１００ｍ２／ｇの平均比表面積を有するＭｇＯを３０重量％および溶融塩としてＬｉＣｌ−ＫＣｌを７０重量％含む電解質層を実施例１と同様の方法により得た。この電解質層を用いた以外は実施例１と同様の方法で素電池を１００個作製した。
【００１７】
実施例１および比較例１〜２の各１００個の電池について６００℃の高温環境下、平均電流密度１．０〜１．２Ａ／ｃｍ２で放電し、内部短絡の発生状況を調べた。その評価結果を表１に示す。
【００１８】
【表１】
2004079279.tif 000002
【００１９】
比較例１の電池は放電ができず、比較例２の電池の７５％は、内部短絡を生じることがわかった。一方、実施例１では、全ての電池で内部短絡を生じなかった。このように、実施例１では、本発明に係る粒子状保持体を用いているため、電解質層中の溶融塩の含量が７０重量％と従来より多くなっても、溶融塩を保持することが可能となり、内部短絡を生じないことがわかった。
【００２０】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、従来よりも多量の溶融塩を保持することが可能な粒子状保持体を電解質層に用いることにより、優れた低温の放電特性を有する熱電池を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】内部加熱型熱電池の一部を切り欠いた概略斜視図である。
【符号の説明】
１　外装ケース
２　端子
３　イグナイタ
４　着火パッド
５　加熱剤
６　導火帯
７　素電池
８　リード板
９　断熱材
【図１】
2004079279.tif 000003