(57)【要約】【課題】  従来よりも保持能力に優れた保持体を電解質層に用いることにより、高信頼性の熱電池を提供する。【解決手段】  熱電池が、負極層と、正極層と、保持体を含む電解質層とを具備する素電池複数個を有し、保持体がセラミック多孔体からなる。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
負極層と、正極層と、溶融塩を保持する保持体を含み、前記負極層と正極層との間に配される電解質層とを具備する素電池複数個を積層した熱電池であって、
前記保持体がセラミック多孔体からなることを特徴とする熱電池。
【請求項２】
前記セラミック多孔体が８０〜９０％の空孔率を有する請求項１記載の熱電池。
【請求項３】
前記セラミック多孔体が、アルミナおよびコージェライトからなる群より選ばれる少なくとも１種からなる請求項１記載の熱電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、素電池複数個を積層した熱電池、特に素電池を構成する電解質層に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、高温条件下や高負荷条件下に耐えうる熱電池の開発が要求されている。また、複数回の使用条件下に耐えうる（再加熱型）熱電池の開発が要求されている。
従来より、素電池の電解質層には、ＬｉＣｌ−ＫＣｌの溶融塩および前記溶融塩を保持するＭｇＯ粉末が用いられる（例えば、特許文献１）。
【０００３】
しかし、さらなる高性能化を伴った熱電池の需要が高まる中、従来と比較して高温・高負荷条件下あるいは複数回の使用条件下において、電解質層中の溶融塩を保持するＭｇＯは粉末であるため、ＭｇＯの一部が崩れだして内部短絡を生じる可能性がある。
【特許文献１】特開平２−６１９６２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
そこで、本発明では、上記従来の問題を解決するため、従来よりも保持能力に優れた保持体を電解質層に用いることにより、高温条件下、高負荷条件下、または複数回の使用条件下において内部短絡を起こさない高信頼性の熱電池を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の熱電池は、負極層と、正極層と、溶融塩を保持する保持体を含み、前記負極層と正極層との間に配される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、前記保持体がセラミック多孔体からなることを特徴とする。
前記セラミック多孔体が８０〜９０％の空孔率を有するのが好ましい。
前記セラミック多孔体が、アルミナおよびコージェライトからなる群より選ばれる少なくとも１種からなるのが好ましい。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、従来よりも溶融塩の保持能力に優れた保持体を電解質層に用いるため、高温条件下、高負荷条件下、または複数回の使用条件下における内部短絡を防止することができ、高信頼性の熱電池が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
本発明は、負極層と、正極層と、溶融塩を保持する保持体を含み、前記負極層と正極層との間に配される電解質層とを具備する素電池を複数個積層した熱電池に関する。そして、電解質層で使用される保持体として、従来より使用されているＭｇＯ粉末よりも保持能力に優れたセラミック多孔体を用いた点に特徴を有する。
これにより、高温条件下、高負荷条件下、または複数回使用条件下においてＭｇＯの一部が崩れることにより生じる内部短絡を防止することができ、高信頼性の熱電池が得られる。また、電解質層自体も型崩れしない。
【０００８】
セラミック多孔体の空孔率は、８０〜９０％であるのが好ましい。空孔率が９０％を超えると、溶融塩の保持性が不充分となる。一方、空孔率が８０％未満では、セラミック多孔体に充填される溶融塩の量が少なくなり、放電性能が低下する。
セラミック多孔体の材質としては、アルミナ（Ａｌ2Ｏ3）、コージェライト（２ＭｇＯ・２Ａｌ2Ｏ3・５ＳｉＯ2）、またはこれらの混合物が好ましい。
【０００９】
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。
【００１０】
前記素電池は、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。
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。
【実施例】
【００１１】
以下に、本発明の実施例を詳細に説明する。
《実施例１》
（１）電解質層の作製
溶融状態にあるＬｉＣｌ−ＫＣｌが収容された槽内にアルミナからなるセラミック多孔体を投入し、約３０分間放置し、溶融塩を含浸させる。３０分後、槽内よりセラミック多孔体を取り出し、水にて約６０分間急冷する。急冷後のＬｉＣｌ−ＫＣ溶融塩を充填したセラミック多孔体を所定の大きさに打ち抜き加工し、電解質層の成形体を得た。なお、このときのセラミック多孔体の空孔率は７５％であった。なお、空孔率は、以下の式により算出した。
空孔率（％）＝（１−見掛比重／骨格比重）×１００
見掛け比重は、多孔体の重量を、セラミック多孔体の空孔部と骨格部とが占める体積で割った値を示す。また、骨格比重は、骨格を形成する材質そのものの比重を示す。
【００１２】
（２）単セルの作製
上述で得られた電解質層を二硫化鉄からなる正極層とリチウム金属からなる負極層との間に配して単セル（素電池）を得た。
【００１３】
《実施例２》
空孔率が８０％のアルミナからなるセラミック多孔体を用いた以外は、実施例１と同様の方法により単セルを作製した。
【００１４】
《実施例３》
空孔率が９０％のアルミナからなるセラミック多孔体を用いた以外は、実施例１と同様の方法により単セルを作製した。
【００１５】
《実施例４》
空孔率が９３％のアルミナからなるセラミック多孔体を用いた以外は、実施例１と同様の方法により単セルを作製した。
【００１６】
《実施例５》
空孔率が８０％のコージェライトからなるセラミック多孔体を用いた以外は、実施例１と同様の方法により単セルを作製した。
【００１７】
《実施例６》
空孔率が８０％のコージェライトとアルミナの混合物（Ａｌ2Ｏ3、ＳｉＯ2、およびＭｇＯが重量比５４：３７：６の割合となるように混合）からなるセラミック多孔体を用いた以外は、実施例１と同様の方法により単セルを作製した。
【００１８】
《比較例１》
粒子状保持体としてＭｇＯと、溶融塩としてＬｉＣｌ−ＫＣｌとを重量比３０：７０の割合で混合し、４００℃以上で反応させることにより電解質層を得た。この電解質層を用いた以外は、実施例１と同様の方法により単セルを作製した。
【００１９】
［評価］
上記で得られた実施例１〜６および比較例１の各単セルを１０個ずつ作製した。そして、保持体から溶融塩が抜け落ちた単セルの数、および内部短絡が発生した単セルの数を調べた。
また、各単セルを、６００℃の環境下、放電電流１Ａ／ｃｍ2および終止電圧１Ｖで定電流放電し、この時の利用率を調べた。なお、利用率は単セルの理論容量に対する、得られた放電容量の割合を示す。
これらの結果を表１に示す。
【００２０】
【表１】
2005347028.tif 000002
【００２１】
保持体にＭｇＯを用いた比較例１では、ＭｇＯの一部が崩れたため、内部短絡を生じた単セルがみられた。これに対して、保持体にセラミック多孔体を用いた実施例１〜６では、内部短絡は生じなかった。実施例１では、充填可能な溶融塩の量が少ないため、放電性能が低下した。また、実施例４では、空孔部分が多くなりすぎて、溶融塩がセラミック多孔体から脱落したものがみられた。セラミック多孔体の空孔率が８０〜９０％の実施例２、３、５および６では、いずれも溶融塩が確実に保持体に保持され、良好な放電性能が得られた。
【産業上の利用可能性】
【００２２】
以上のように本発明の熱電池は高信頼性を有するため、誘導機器用電源や緊急用電源として適用することができる。