(57)【要約】【課題】セパレータの十分な強度を確保しつつ、過電流に起因する温度上昇に対処することができる溶融塩電池を提供する。【解決手段】セパレータ３は、ガラス織布である多孔質基材３１と、ＰＰ製の多数の粒状体３２１，３２１，…で構成された閉塞部材３２とを備える。溶融塩電池が所定の温度未満である場合には、粒状体３２１，３２１，…の隙間を縫ってナトリウムイオンが多孔質基材３１を透過する（図３Ａ）。従って、正極１及び負極２間で電流が流れる。溶融塩電池が所定の温度以上である場合には、粒状体３２１，３２１，…が溶融して膜状と化し、多孔質基材３１の孔が閉塞される。この結果、ナトリウムイオンが多孔質基材３１を透過することができなくなる（図３Ｂ）。従って、正極１及び負極２間で電流が遮断される。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
正極及び負極間に介在しているセパレータが、溶融塩を用いた電解質を含んでなる溶融塩電池において、
前記セパレータは、
イオンを透過させる多孔質基材と、
該多孔質基材に配され、所定の温度以上で溶融することによって前記多孔質基材の孔を閉塞する閉塞部材と
を備えることを特徴とする溶融塩電池。
【請求項２】
溶融する前の前記閉塞部材は、多数の粒状体で構成されており、該粒状体は、前記多孔質基材に付着していることを特徴とする請求項１に記載の溶融塩電池。
【請求項３】
溶融する前の前記閉塞部材は、多孔質膜を用いてなり、該多孔質膜は、前記多孔質基材に積層されていることを特徴とする請求項１に記載の溶融塩電池。
【請求項４】
前記多孔質基材は、ポリテトラフルオロエチレンを用いてなることを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項に記載の溶融塩電池。
【請求項５】
前記閉塞部材の融点が、前記溶融塩の融点よりも60℃以上高いことを特徴とする請求項１乃至４の何れか一項に記載の溶融塩電池。
【請求項６】
前記閉塞部材は、ポリプロピレンを用いてなることを特徴とする請求項１乃至５の何れか一項に記載の溶融塩電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、溶融塩を用いた電解質を有する溶融塩電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
溶融塩電池は、正極と、負極と、正極及び負極間に介在し、溶融塩を用いた電解質が含浸してあるセパレータと、これらを収容する電池容器とを備えている。溶融塩は、加熱されることによって溶融し、イオン導電性を生じるため、溶融塩電池は、溶融塩の融点よりも適宜に高い高温環境下で使用される。
溶融塩電池が備えるセパレータは、溶融塩によって腐食し難い合成樹脂製又はガラス繊維製の多孔質体を用いてなる。このセパレータをイオンが透過することによって、正極と負極との間で電流が流れる。
ただし、正極及び負極間を過電流が流れた場合には、溶融塩電池が異常に発熱する虞があるため、危険である。
【０００３】
そこで、溶融塩電池の安全性を向上させるべく、従来、セパレータがシャットダウン機能を有する溶融塩電池が提案されている（特許文献１参照）。
シャットダウン機能を有するセパレータは、ＰＰ（ポリプロピレン）又はＰＥ（ポリエチレン）等を用いてなり、溶融塩電池の温度が過度に上昇すると溶融して、自ずと多孔質性を失う。このとき、イオンがセパレータを透過することができなくなるため、電流が遮断される。この結果、過電流に起因する溶融塩電池の温度上昇を抑制することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第４１８９９６１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、溶融塩電池が備える正極及び負極は、充放電の際に膨張又は収縮する。従って、セパレータは、両者の変形による外力の印加に耐え得る機械的強度を有していなければならない。仮に、セパレータの強度が弱すぎる場合、セパレータに無用な変形又は損傷等が生じる虞があり、この結果、例えば正極及び負極間の内部短絡が生じる虞がある。
しかしながら、シャットダウン機能を有するセパレータは、熱によって軟化し易い分、耐熱性が高いセパレータに比べて強度が低い。かといって、耐熱性が高いセパレータはシャットダウン機能を有していないため、過電流に起因する溶融塩電池の温度上昇に対処することができない。
【０００６】
本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、その主たる目的は、正極及び負極間に介在するセパレータが、多孔質基材と、該多孔質基材に配され、所定の温度以上で溶融する閉塞部材とを備えることにより、セパレータの十分な強度を確保しつつ、過電流に起因する温度上昇に対処することができる溶融塩電池を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
第１発明に係る溶融塩電池は、正極及び負極間に介在しているセパレータが、溶融塩を用いた電解質を含んでなる溶融塩電池において、前記セパレータは、イオンを透過させる多孔質基材と、該多孔質基材に配され、所定の温度以上で溶融することによって前記多孔質基材の孔を閉塞する閉塞部材とを備えることを特徴とする。
【０００８】
第２発明に係る溶融塩電池は、溶融する前の前記閉塞部材は、多数の粒状体で構成されており、該粒状体は、前記多孔質基材に付着していることを特徴とする。
【０００９】
第３発明に係る溶融塩電池は、溶融する前の前記閉塞部材は、多孔質膜を用いてなり、該多孔質膜は、前記多孔質基材に積層されていることを特徴とする。
【００１０】
第４発明に係る溶融塩電池は、前記多孔質基材は、ポリテトラフルオロエチレンを用いてなることを特徴とする。
【００１１】
第５発明に係る溶融塩電池は、前記閉塞部材の融点が、前記溶融塩の融点よりも60℃以上高いことを特徴とする。
【００１２】
第６発明に係る溶融塩電池は、前記閉塞部材は、ポリプロピレンを用いてなることを特徴とする。
【００１３】
第１発明にあっては、正極及び負極間に介在するセパレータが、多孔質基材と閉塞部材とを備える。
また、セパレータは、溶融塩を用いた電解質を含んでなる。このため、溶融塩電池が所定の温度未満である場合、多孔質基材をイオンが透過する。従って、正極及び負極間で電流が流れる。
ところが、溶融塩電池が所定の温度以上である場合には、多孔質基材に配された閉塞部材が溶融するため、多孔質基材の孔が自動的に閉塞される。この結果、多孔質基材をイオンが透過することができなくなる。従って、正極及び負極間で電流が遮断される。
【００１４】
一方、多孔質基材は、閉塞部材に比べて高融点且つ高強度であることが望ましい。逆に、多孔質基材が十分な強度を有している場合、閉塞部材が十分な強度を有している必要はない。
【００１５】
第２発明にあっては、溶融する前の閉塞部材は、多数の粒状体で構成されており、各粒状体は、多孔質基材に付着している。溶融した粒状体は、互いに結合することによって例えば膜状となり、多孔質基材の孔を閉塞する。
このような閉塞部材は、例えば、閉塞部材となすべき粒状体そのものが混入されているバインダ、若しくは粒状体の材料が溶解している揮発性の溶媒等を多孔質基材に塗布するか、又は含浸させることによって、多孔質基材に簡便に配することができる。
【００１６】
第３発明にあっては、溶融する前の閉塞部材は、多孔質膜を用いてなり、多孔質膜は、多孔質基材に積層されている。溶融した多孔質膜は、多孔質膜自身の孔が閉塞されることによって、多孔質基材の孔をも閉塞する。
このような閉塞部材として、シャットダウン機能を有する従来のセパレータを流用することができる。
【００１７】
第４発明にあっては、溶融塩電池のセパレータが、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）を用いてなる多孔質基材を備える。このような多孔質基材は、十分な強度を有し、しかも、加工性、及び溶融塩に対する耐食性等が高いため、特に好適である。
【００１８】
第５発明にあっては、溶融塩電池に用いられている閉塞部材は、溶融塩の融点を大幅に（具体的には60℃以上）上回る温度で溶融する。従って、過電流に起因する溶融塩電池の温度上昇が生じていない場合に、閉塞部材が無用に溶融してしまう不都合の発生を抑制することができる。
【００１９】
第６発明にあっては、溶融塩電池のセパレータが、ポリプロピレン（ＰＰ）を用いてなる閉塞部材を備える。ＰＰは加工性が高く、しかも入手が容易であるため、閉塞部材を簡易且つ安価に形成することができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の溶融塩電池による場合、溶融塩電池の温度が所定の温度以上まで上昇したときに、セパレータを構成する閉塞部材が溶融する。この結果、セパレータにおけるイオンの透過を阻害することができるため、正極及び負極間を過電流が流れることによる溶融塩電池の温度上昇を抑制することができる。
【００２１】
しかも、セパレータ全体が溶融する必要がないため、温度上昇の抑制とは無関係に、十分な強度を有する多孔質基材を用いてセパレータを構成することができる。換言すれば、溶融塩電池が、十分な強度を有するセパレータを備えることができる。このため、正極及び負極夫々の収縮又は膨張によってセパレータが変形したり損傷したりすること、延いては、セパレータの変形又は損傷等によって内部短絡が発生することを抑制することができる。
以上の結果、溶融塩電池の安全性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の実施の形態１に係る溶融塩電池の要部構成を略示する縦断面図である。
【図２】本発明の実施の形態１に係る溶融塩電池が備えるセパレータの一部分を模式的に示す下面図である。
【図３】本発明の実施の形態１に係る溶融塩電池が充電されている場合のナトリウムイオンの移動を示す模式図である。
【図４】本発明の実施の形態２に係る溶融塩電池が充電されている場合のナトリウムイオンの移動を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明を、その実施の形態を示す図面に基づいて詳述する。
【００２４】
実施の形態  １．
図１は、本発明の実施の形態１に係る溶融塩電池６の要部構成を略示する縦断面図である。
図１では、各後述する電池容器５０、発電要素５３、及び押圧部５４が、互いに離隔配置されているように図示してあるが、実際には、少なくとも天壁５０ａと押圧部５４と発電要素５３と底壁５０ｂとが上下方向に密着配置されている。
【００２５】
電池容器５０はアルミニウム製であって、中空の直方体状になしてあり、各１枚の天壁５０ａ及び底壁５０ｂと、４枚の側壁５０ｃ，５０ｃ，…とを有する。特定の１枚の側壁５０ｃには、側壁５０ｃを貫通する２個の貫通孔５０１，５０２が、上下方向に適長離隔して開設されており、貫通孔５０１及び貫通孔５０２に対応して、正極端子部５１及び負極端子部５２が配設されている。ここで、本明細書中のアルミニウムとは、純アルミニウム又はアルミニウム合金を含む概念である。
【００２６】
電池容器５０には、底壁５０ｂ側に配された発電要素５３と、天壁５０ａ側に配された押圧部５４と、各アルミニウム製のリード線５５，５６とが収容されている。電池容器５０の内面には、フッ素コートによる絶縁処理が全面的に施されている。
発電要素５３は、底壁５０ｂ側に配された矩形平板状の正極１と、押圧部５４側に配された矩形平板状の負極２との間に、矩形平板状のセパレータ３を介装させてなる。図１（及び後述する図３）では、正極１、負極２、及びセパレータ３間に空隙が存在するかのように図示されているが、実際にはセパレータ３は、正極１と負極２とに密着して挟持されている。
【００２７】
押圧部５４は、弾性体５４１及び押え板５４２を有する。弾性体５４１は、後述するような溶融塩に対する耐性を有する金属製の波板状のバネである。また、弾性体５４１は、天壁５０ａの内面及び押え板５４２の上面に密着配置されている。押え板５４２はアルミニウム製であり、非可撓性を有する平板状になしてある。また、押え板５４２の下面は、負極２に密着して対面配置されている。このような押圧部５４は、弾性体５４１が押え板５４２を付勢することによって、負極２を下方へ押圧する。このとき、底壁５０ｂに係る反作用によって、正極１が上方へ押圧される。
【００２８】
正極端子部５１は、アルミニウム製の正極端子本体５１１と、絶縁体５１２，５１３とを有する。正極端子本体５１１は、絶縁体５１２を介在して側壁５０ｃの外面に取り付けられており、貫通孔５０１に挿通してあるリード線５５の一端部に電気的に接続されている。ただし、貫通孔５０１の内面とリード線５５の周面との間には、絶縁体５１３が介在している。以上の結果、正極端子本体５１１又はリード線５５が側壁５０ｃに接触して内部短絡を生じる虞はない。
【００２９】
負極端子部５２は、アルミニウム製の負極端子本体５２１と、絶縁体５２２，５２３とを有する。負極端子本体５２１は、絶縁体５２２を介在して側壁５０ｃの外面に取り付けられており、貫通孔５０２に挿通してあるリード線５６の一端部に電気的に接続されている。ただし、貫通孔５０２の内面とリード線５６の周面との間には、絶縁体５２３が介在している。以上の結果、負極端子本体５２１又はリード線５６が側壁５０ｃに接触して内部短絡を生じる虞はない。
【００３０】
正極１は、アルミニウム製の矩形板状の正極集電体１１の上面に、正極活物質であるNaCrO2及びバインダ（結着剤）を含む正極材１２を塗布することによって、形成されている。正極集電体１１の下面は、底壁５０ｂの内面に密着配置されており、正極集電体１１の端部には、リード線５５の他端部が電気的に接続されている。正極活物質の粒径は、0.5 μｍ〜500 μｍである。
負極２は、アルミニウム製の矩形板状の負極集電体２１の下面に、負極活物質である錫を含む負極材２２をメッキすることによって、形成されている。負極集電体２１の上面は、押え板５４２の下面に密着配置されており、負極集電体２１の端部には、リード線５６の他端部が電気的に接続されている。
【００３１】
なお、正極活物質はNaCrO2に限定されるものではない。また、負極活物質は錫に限定されず、珪素又はインジウムでもよい。更に、正極集電体１１及び負極集電体２１夫々は、アルミニウム製に限定されず、例えばステンレス鋼製であってもよい。
セパレータ３は絶縁性を有し、正極１及び負極２間に介在することによって、正極１と負極２との直接的な接触による内部短絡の発生を抑制する。
また、発電素子５３における発電を可能とすべく、セパレータ３には、電解質が含浸させてある。
【００３２】
本実施の形態においては、電解質として、ビスフルオロスルフォニルイミド又はビストリフルオロメチルスルフォニルイミド系アニオンと、ナトリウム（又はナトリウム及びカリウム）のカチオンとを含む溶融塩が用いられている。
このような溶融塩の融点は57℃であるため、溶融塩電池６は、溶融塩の融点以上の高温環境下で使用される。何故ならば、溶融塩の融点未満の低温環境下における溶融塩は非導電性を有するが、高温環境下における溶融塩は、溶融によってイオン導電性を生じるからである。具体的には、溶融塩電池６は、溶融塩電池６の出力が安定し易い80℃〜100 ℃程度の高温環境下で使用される。
【００３３】
溶融塩電池６を充電する場合には、負極端子本体５２１に対して正極端子本体５１１に、正の電圧が印加される。一方、正極端子本体５１１及び負極端子本体５２１間に、例えば被覆電線を介して電気機器を電気的に接続すれば、溶融塩電池６が放電する。
溶融塩電池６の使用中に、例えば溶融塩電池６の充電時にデンドライト状の析出が生じることによって、正極１及び負極２間が内部短絡した場合、溶融塩電池６に過電流が流れる。このとき、溶融塩電池６の温度が上昇し、そのまま放置すれば異常発熱につながるため、危険である。そこで、本実施の形態の溶融塩電池６は、溶融塩電池６の温度が120 ℃〜180 ℃に達した場合に、シャットダウン機能が作動するように構成されている。
【００３４】
図２は、セパレータ３の一部分を模式的に示す下面図である。
図１及び図２に示すように、セパレータ３は、セパレータ３の形状を安定させるための多孔質基材３１と、セパレータ３のシャットダウン機能を実現するための閉塞部材３２とを備えている。
多孔質基材３１は、気孔率60％、且つ厚さ25μｍの矩形状のガラス織布であり、多孔質基材３１の融点は、閉塞部材３２の融点よりも100 ℃以上高いことが好ましい。このような多孔質基材３１は、例えばポリプロピレン（ＰＰ）又はポリエチレン（ＰＥ）等を用いてなる同程度の気孔率且つ厚さの多孔質体に比べて、耐熱性に優れ、しかも高強度であるため、高温環境下においても保形性が高い。
【００３５】
多孔質基材３１には多数のガラス繊維３１１，３１１，…が含まれており、ガラス繊維３１１，３１１，…間にはナトリウムイオンが容易に通過可能な空隙（以下、孔という）が適度に存在する。このような多孔質基材３１の孔径は、正極活物質の粒径よりも１桁小さい0.05μｍ〜50μｍであり、好ましくは0.05μｍ〜10μｍである。このため、正極集電体１１から脱落した正極活物質が、セパレータ３を透過する虞はない。
【００３６】
なお、多孔質基材３１は、ガラス織布に限定されず、ガラス不織布でもよい。また、適切な耐熱性及び強度を有しているのであれば、ガラスを用いてなる織布又は不織布に限定されず、合成樹脂（例えばＰＴＦＥ）を用いてなる織布又は不織布でもよい。更に、ＰＴＦＥのような合成樹脂を用いる場合には、織布又は不織布に限定されず、多孔質膜であってもよい。
【００３７】
閉塞部材３２は合成樹脂を用いてなり、低温環境下は勿論、高温環境下でも溶融しないが、過電流に起因する溶融塩電池６の温度上昇時には溶融する。このような閉塞部材３２を構成すべき合成樹脂は、融点が120 ℃〜180 ℃の範囲に含まれている合成樹脂である。更に好ましくは、閉塞部材３２の融点は、溶融塩の融点より60℃以上高く、且つ、170 ℃以下であればよい。具体的には、閉塞部材３２を構成すべき合成樹脂としては、融点が160 ℃〜170 ℃のＰＰ、又は、融点が127 ℃〜134 ℃の高密度ＰＥ等が好ましい。
以下では、ＰＰを用いてなる閉塞部材３２を例示する。
閉塞部材３２は、多孔質基材３１の下面側に配されている。
【００３８】
更に詳細には、閉塞部材３２は、多数個のＰＰ製の粒状体３２１，３２１，…で構成されており、粒状体３２１，３２１，…は、多孔質基材３１のガラス繊維３１１，３１１，…に、例えば静電接着によって付着している。多孔質基材３１の面内方向に関し、粒状体３２１，３２１，…の付着範囲は、多孔質基材３１の下面全体である。また、多孔質基材３１の厚さ方向に関し、粒状体３２１，３２１，…の付着範囲は、多孔質基材３１の下面から５μｍの厚さまでである。
多孔質基材３１自体の気孔率は60％であるが、セパレータ３の気孔率は40％である。何故ならば、粒状体３２１，３２１，…が付着することによって、多孔質基材３１の気孔率が低下するからである。
【００３９】
しかしながら、粒状体３２１，３２１，…間にはナトリウムイオンが容易に通過可能な空隙が存在するため、セパレータ３におけるナトリウムイオンの透過を、粒状体３２１，３２１，…が無用に阻害する虞はない。つまり、セパレータ３におけるナトリウムイオンの透過とは、ナトリウムイオンが、粒状体３２１，３２１，…の隙間を縫って、多孔質基材３１の孔を通過することである。
また、セパレータ３の気孔率が40％であれば、セパレータ３は、十分な量の電解質を含むことができる。
【００４０】
以上のような閉塞部材３２を形成する場合、作業者は、まず、エタノール、酢酸ブチル、キシレン、又はブタノール等の有機溶媒に、ＰＰを溶解させ、次に、ＰＰが溶解している有機溶媒を、多孔質基材３１の下面側５μｍの厚さの範囲に含浸させる。最後に、作業者は、多孔質基材３１に含浸されている有機溶媒を揮発させることによって除去する。この結果、多孔質基材３１にＰＰ製の粒状体３２１，３２１，…が残留し、静電接着によって、ガラス繊維３１１，３１１，…に付着する。
【００４１】
含浸によって閉塞部材３２を形成した場合、ＰＥの比重は約0.91g/cm3 であるため、粒状体３２１，３２１，…の付着量は、4.55g/m2となる。ここで、粒状体３２１，３２１，…が高密度ＰＥ製であるときには、比重が約0.95g/cm3 であるため、付着量は4.75g/m2となる。
なお、閉塞部材３２は、多孔質基材３１の上面側又は両面側に配されていてもよく、多孔質基材３１に全体的に配されていてもよい。
【００４２】
また、閉塞部材３２の形成手法は含浸に限定されるものはない。例えば、作業者は、ＰＰが溶解している有機溶媒を多孔質基材３１の下面に塗布してもよい。ただし、塗布によって閉塞部材３２を形成した場合、多孔質基材３１の下面側10μｍの厚さの範囲に塗布したとしても、ＰＥ製の粒状体３２１，３２１，…の付着量は3.80g/m2となり、高密度ＰＥ製の粒状体３２１，３２１，…の付着量は3.64g/m2となる。このように、粒状体３２１，３２１，…の付着量が少ないため、セパレータ３の気孔率は60％である。
【００４３】
図３Ａ及び図３Ｂ夫々は、溶融塩電池６が充電されている場合のナトリウムイオンの移動を示す模式図である。
ただし、図３Ａに示す溶融塩電池６の温度は80℃〜100 ℃である（高温環境下）。
一方、図３Ｂに示す溶融塩電池６の温度は120 ℃〜180 ℃である（過電流に起因する温度上昇時）。
図３Ａに示すように、溶融塩電池６の充電時には、正極１の正極材１２から放出されたナトリウムイオンが、セパレータ３を透過して負極２へ移動し、負極材２２にて錫と共に合金を形成する。この結果、正極１及び負極２間で電流が流れる。このとき、正極材１２及び負極材２２が膨脹する。
【００４４】
また、図示はしないが、溶融塩電池６の放電時には、負極２の負極材２２から放出されたナトリウムイオンが、セパレータ３を透過して正極１へ移動し、正極材１２にてNaCrO2を生ずる。この結果、正極１及び負極２間で電流が流れる。このとき、正極材１２及び負極材２２が収縮する。
セパレータ３は、保形性が高い多孔質基材３１を備えている。しかも、多孔質基材３１に比べて保形性が低い閉塞部材３２は、粒状体３２１，３２１，…がガラス繊維３１１，３１１，…に付着することによって、いわば多孔質基材３１に内蔵されている。従って、正極材１２及び負極材２２の膨張又は収縮によってセパレータ３に外力が印加されても、セパレータ３が無用に変形したり損傷したりする虞はない。
【００４５】
ここで、溶融塩電池６の温度が、80℃〜100 ℃から120 ℃〜180 ℃へ上昇した場合、セパレータ３の閉塞部材３２が溶融する。このとき、個々の粒状体３２１，３２１，…が溶融して互いに結合し、膜状となる。この結果、多孔質基材３１の孔が、閉塞部材３２によって閉塞される。
従って、図３Ｂに示すように、溶融塩電池６の充電時には、正極１から放出されたナトリウムイオンが、膜状の閉塞部材３２によってセパレータ３における透過を阻害されるため、負極２へ移動することができない。この結果、正極１及び負極２間で電流が遮断される。
【００４６】
また、図示はしないが、溶融塩電池６の放電時には、負極２から放出されたナトリウムイオンが、膜状の閉塞部材３２によってセパレータ３における透過を阻害されるため、正極１へ移動することができない。この結果、正極１及び負極２間で電流が遮断される。
以上のような溶融塩電池６は、過電流に起因する温度上昇時に正極１及び負極２間の電流を遮断することができる。このため、溶融塩電池６が異常に発熱することを抑制することができる。過電流が遮断されれば、溶融塩電池６は自然冷却されるため、溶融塩電池６の安全性が向上される。
【００４７】
また、溶融塩電池６が備えるセパレータ３においては、閉塞部材３２を構成する粒状体３２１，３２１，…が、多孔質基材３１の下面に位置するガラス繊維３１１，３１１，…のみならず、多孔質基材３１の内部に位置するガラス繊維３１１，３１１，…にも付着している。従って、粒状体３２１，３２１，…を十分に付着させても、セパレータ３の厚みは、多孔質基材３１の厚みとほとんど変わらない。つまり、セパレータ３を無用に大型化することなく、セパレータ３の保形性とシャットダウン機能とを両立させることができる。
【００４８】
しかも、多孔質基材３１は繊維質であるため、ＰＰが溶解している有機溶媒が含浸可能な空間が大きく、粒状体３２１，３２１，…が付着可能な表面積が広い。従って、過電流に起因する溶融塩電池の温度上昇を抑制するために十分な閉塞部材３２を容易に形成することができる。
ところで、本実施の形態においては、粒状体３２１，３２１，…は、何らかのバインダを介在してガラス繊維３１１，３１１，…に付着しているわけではない。即ち、バインダを使用しない分、閉塞部材３２を簡易且つ安価に形成することができる。
【００４９】
ただし、粒状体３２１，３２１，…は、ガラス繊維３１１，３１１，…から脱落し易い。とはいえ、粒状体３２１，３２１，…からガラス繊維３１１，３１１，…から脱落したとしても、特段の問題は生じない。何故ならば、粒状体３２１，３２１，…は絶縁体であるため、内部短絡に寄与することがないからである。しかも、セパレータ３が、正極１及び負極２によって挟持されているため、粒状体３２１，３２１，…が、セパレータ３の外部へ移動する可能性が低いからである。更に、ガラス繊維３１１，３１１，…に付着していなくても、溶融した粒状体３２１，３２１，…は、他の粒状体３２１，３２１，…と結合して膜状と化し、この結果、閉塞部材３２が多孔質基材３１の孔を閉塞するからである。
【００５０】
実施の形態  ２．
図４Ａ及び図４Ｂ夫々は、本発明の実施の形態２に係る溶融塩電池６が充電されている場合のナトリウムイオンの移動を示す模式図である。
本発明の実施の形態における溶融塩電池６の構成は、実施の形態１の溶融塩電池６の構成に類似しているが、実施の形態１のセパレータ３に替えて、セパレータ４を備えている点が異なる。その他、実施の形態１に対応する部分には同一符号を付してそれらの説明を省略する。
セパレータ４は、矩形平板状になしてある。図４では、正極１、負極２、及びセパレータ４間に空隙が存在するかのように図示されているが、実際にはセパレータ４は、正極１と負極２とに密着して挟持されている。
【００５１】
セパレータ４は絶縁性を有し、正極１及び負極２間に介在することによって、正極１と負極２との直接的な接触による内部短絡の発生を抑制する。また、セパレータ４には、電解質が含浸させてある。
更に、セパレータ４は、セパレータ４の形状を安定させるための多孔質基材４１と、セパレータ４のシャットダウン機能を実現するための閉塞部材４２，４２とを備えている。
【００５２】
多孔質基材４１は、ＰＴＦＥ製の多孔質膜を用いてなり、気孔率60％、且つ厚さ25μｍの矩形状になしてある。多孔質基材４１の融点は、閉塞部材４２，４２の融点よりも100 ℃以上高い。このような多孔質基材４１は、例えばＰＰ又はＰＥ等を用いてなる同程度の気孔率且つ厚さの多孔質体に比べて、耐熱性に優れ、しかも高強度であるため、高温環境下においても保形性が高い。また、多孔質基材４１には、ナトリウムイオンが容易に通過可能な孔が適度に存在する。
閉塞部材４２，４２は、ＰＰ製（又は高密度ＰＥ製）の多孔質膜を用いてなり、気孔率60％、且つ厚さ2.5 μｍの矩形状になしてある。このような閉塞部材４２，４２は、ラミネート加工によって多孔質基材４１の両面に貼着されている。
【００５３】
閉塞部材４２，４２を配することによって多孔質基材４１の気孔率が変化することはない。つまり、所要の気孔率を有するセパレータ４を容易に製造することができる。
各閉塞部材４２には、ナトリウムイオンが容易に通過可能な孔が適度に存在する。従って、セパレータ４におけるナトリウムイオンの透過とは、ナトリウムイオンが、多孔質基材４１及び閉塞部材４２，４２夫々を通過することである。
ただし、閉塞部材４２は、160 ℃〜170 ℃（又は127 ℃〜134 ℃）の温度で溶融する。このとき、閉塞部材４２の孔は自動的に閉塞される。
【００５４】
なお、セパレータ４は、織布又は不織布である多孔質基材に閉塞部材４２，４２を積層する構成でもよい。また、セパレータ４は、多孔質基材４１の片面に閉塞部材４２が添着されている構成でもよい。
ここで、図４Ａに示す溶融塩電池６の温度は80℃〜100 ℃である（高温環境下）。一方、図４Ｂに示す溶融塩電池６の温度は120 ℃〜180 ℃である（過電流に起因する温度上昇時）。
図４Ａに示すように、溶融塩電池６の充電時には、正極１の正極材１２から放出されたナトリウムイオンが、セパレータ４を透過して負極２へ移動し、負極材２２にて錫と共に合金を形成する。この結果、正極１及び負極２間で電流が流れる。このとき、正極材１２及び負極材２２が膨脹する。
【００５５】
また、図示はしないが、溶融塩電池６の放電時には、負極２の負極材２２から放出されたナトリウムイオンが、セパレータ４を透過して正極１へ移動し、正極材１２にてNaCrO2を生ずる。この結果、正極１及び負極２間で電流が流れる。このとき、正極材１２及び負極材２２が収縮する。
セパレータ４は、保形性が高い多孔質基材４１を備えている。従って、正極材１２及び負極材２２の膨張又は収縮によってセパレータ４に外力が印加されても、セパレータ４が無用に変形したり損傷したりする虞はない。たとえ、多孔質基材４１に比べて保形性が低い閉塞部材４２，４２に変形又は損傷等が生じたとしても、電解質の含浸、並びに正極１及び負極２間の絶縁等の機能は多孔質基材４１によって実現されるため、問題はない。
【００５６】
次に、溶融塩電池６の温度が、80℃〜100 ℃から120 ℃〜180 ℃へ上昇した場合を説明する。この場合、セパレータ４の閉塞部材４２，４２が溶融する。このとき、閉塞部材４２，４２が溶融して閉塞部材４２，４２の孔が閉塞され、延いては、多孔質基材４１の孔が、溶融した閉塞部材４２，４２によって閉塞される。
従って、図４Ｂに示すように、溶融塩電池６の充電時には、正極１から放出されたナトリウムイオンが、閉塞部材４２，４２によってセパレータ４における透過を阻害されるため、負極２へ移動することができない。この結果、正極１及び負極２間で電流が遮断される。
【００５７】
また、図示はしないが、溶融塩電池６の放電時には、負極２から放出されたナトリウムイオンが、閉塞部材４２，４２によってセパレータ４における透過を阻害されるため、正極１へ移動することができない。この結果、正極１及び負極２間で電流が遮断される。
以上のような溶融塩電池６は、過電流に起因する温度上昇時に正極１及び負極２間の電流を遮断することができる。このため、溶融塩電池６が異常に発熱することを抑制することができる。過電流が遮断されれば、溶融塩電池６は自然冷却されるため、溶融塩電池６の安全性が向上される。
【００５８】
なお、実施の形態１，２の溶融塩電池６は、複数個の発電要素５３，５３，…を備えていてもよい。この場合、発電要素５３毎に１組の正極１及び負極２が備えられていてもよく、隣り合う発電要素５３，５３間で正極１（又は負極２）が共用される構成でもよい。後者の場合、共用される正極１（又は負極２）においては、正極集電体１１の両面に正極材１２（又は負極集電体２１の両面に負極材２２）が形成される。
【００５９】
今回開示された実施の形態は、全ての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上述した意味ではなく、特許請求の範囲と均等の意味及び特許請求の範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。
また、本発明の効果がある限りにおいて、溶融塩電池６に、実施の形態１，２に開示されていない構成要素が含まれていてもよい。
【符号の説明】
【００６０】
１    正極
２    負極
３，４  セパレータ
３１，４１  多孔質基材
３２  閉塞部材
３２１  粒状体
４２  閉塞部材（多孔質膜）
６    溶融塩電池
【図１】
2012022811.tif 000003
【図２】
2012022811.tif 000004
【図３】
2012022811.tif 000005
【図４】
2012022811.tif 000006