(57)【要約】【課題】正極及び負極の位置ずれを防止し、溶融塩の使用量を低減することができる溶融塩電池を提供する。【解決手段】正極４、セパレータ３及び負極２を積層した電極積層体１０が容器１内に収容されている溶融塩電池であって、電極積層体１０は複数の正極４、セパレータ３及び負極２を有し、電極積層体１０を包む袋体５を備えている。袋体５は電極積層体１０を積層方向及び該積層方向と略直交する方向に拘束し、正極４及び負極２の端部の一部に対応した開口５ａを有している。袋体５内に溶融塩６が収容され、袋体５を介して電極積層体１０を積層方向に押圧する押圧体（バネ８）を容器１内に備えている。袋体５はフッ素樹脂製である。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
正極、セパレータ及び負極を積層した電極積層体が容器内に収容されている溶融塩電池であって、
前記電極積層体を包む袋体を備えていることを特徴とする溶融塩電池。
【請求項２】
前記袋体は前記電極積層体を積層方向及び該積層方向と略直交する方向に拘束す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】
前記袋体は前記正極及び負極の端部の一部に対応した開口を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の溶融塩電池。
【請求項４】
前記袋体内に溶融塩が収容されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか一つに記載の溶融塩電池。
【請求項５】
前記電極積層体は、複数の正極、セパレータ及び負極を有することを特徴とする請求項１から４のいずれか一つに記載の溶融塩電池。
【請求項６】
前記容器内に、前記袋体を介して前記電極積層体を積層方向に押圧する押圧体を備えていることを特徴とする請求項５に記載の溶融塩電池。
【請求項７】
前記押圧体はバネであることを特徴とする請求項６に記載の溶融塩電池。
【請求項８】
前記袋体はフッ素樹脂製であることを特徴とする請求項１から７のいずれか一つ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、溶融塩を電解質に用いた溶融塩電池に関し、より詳しくは、溶融塩を含むセパレータを正極及び負極間に介装させた溶融塩電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、二酸化炭素の排出を伴わずに電力を発生させる手段として、太陽光、風力等の自然エネルギーを利用した発電が促進されている。自然エネルギーによる発電では、発電量が気候、天候等の自然条件に左右されることが多いのに加えて、電力需要に合わせた発電量の調整が難しいため、負荷に対する電力供給の平準化が不可欠となる。発電された電気エネルギーを充電及び放電させて平準化するには、高エネルギー密度・高効率で大容量の蓄電池が必要とされる。このような条件を満たす蓄電池として、溶融塩電池が着目されている。
【０００３】
常温又は１３０℃以下の比較的低温で融解する溶融塩を電解質に用いる試みがなされている。このような液体の溶融塩を電解質に用いる溶融塩電池では、溶融塩を含む電解質をセパレータと正極及び負極とに含浸させ、正極及び負極でセパレータを挟持する構成が一般的である（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−２７３３６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来の溶融塩電池では、容器内に収容された正極及び負極の位置ずれにより両電極間の短絡が発生しないように、正極、セパレータ及び負極が積層された電極積層体を樹脂コートによって内面が絶縁処理された容器内に収容する必要がある。
一方、電解質として、室温以上の融点を有する溶融塩を使用する場合には、通常、８０℃以上の温度で電池作動させるが、かかる比較的高い温度条件下では、内部短絡等の電池動作の異常により、一部で異常な高温となった時などに、溶融塩が水分などの不純物を多く含有していると、溶融塩が一部で分解することも考えられ、溶融塩の分解生成物によるアルミニウム製等の容器の腐食が起きる可能性もある。尚、容器内壁を耐腐食材料でコーティングした場合、ピンホール部で腐食が起きる可能性がある。
【０００６】
本発明は、上述したような事情に鑑みてなされたものであり、正極及び負極の位置ずれを防止することができ、加えて、例え、電池動作に異常が起きても、容器の腐食が発生しない安定性の高い溶融塩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】
【０００７】
本発明に係る溶融塩電池は、正極、セパレータ及び負極を積層した電極積層体が容器内に収容されている溶融塩電池であって、前記電極積層体を包む袋体を備えていることを特徴とする。
本発明にあっては、正極、セパレータ及び負極を積層した電極積層体が袋体に包まれて容器内に収容されているので、正極及び負極の動きが袋体によって規制される。
【０００８】
本発明に係る溶融塩電池は、前記袋体は前記電極積層体を積層方向及び該積層方向と略直交する方向に拘束することを特徴とする。
本発明にあっては、電極積層体が袋体によって積層方向及び積層方向と略直交する方向に拘束されるので、正極及び負極の動きを確実に規制することができる。
【０００９】
本発明に係る溶融塩電池は、前記袋体は前記正極及び負極の端部の一部に対応した開口を有することを特徴とする。
本発明にあっては、正極及び負極とセパレータとを積層した電極積層体は、正極及び負極の端部の一部に対応した袋体の開口を通して正極及び負極の端部に外部から充放電用の配線が接続され、該開口以外の箇所では袋体によって覆われる。
【００１０】
本発明に係る溶融塩電池は、前記袋体内に溶融塩が収容されていることを特徴とする。
本発明にあっては、正極、セパレータ及び負極を積層した電極積層体を包む袋体内に溶融塩が収容されており、従来、容器と電極積層体との隙間部分に収容されていた溶融塩が存在しないので、溶融塩の使用量を低減することができる。
さらに、袋体内に収容された溶融塩に由来する分解生成物は容器内壁に接触しないので、容器内壁の腐食が発生しない。ここで、溶融塩電池の組み立て時等に、少量の溶融塩が袋体と容器の隙間部分に混入する場合もあるが、容器内壁の腐食には大きな影響を与えない。
【００１１】
本発明に係る溶融塩電池は、前記電極積層体は、複数の正極、セパレータ及び負極を有することを特徴とする。
本発明にあっては、１つの正極、セパレータ及び負極を積層した積層物が発電要素となり、かかる発電要素を並列に接続して電池容量の大きい溶融塩電池、又は直列に接続して電池電圧の高い溶融塩電池を得る場合に、複数の正極、セパレータ及び負極が袋体に包まれているので、複数の正極及び負極を取り扱う際のハンドリング性が向上するとともに、複数の正極及び負極の動きを袋体によって規制することができる。
【００１２】
本発明に係る溶融塩電池は、前記容器内に、前記袋体を介して前記電極積層体を積層方向に押圧する押圧体を備えていることを特徴とする。
本発明にあっては、押圧体によって電極積層体が積層方向に押圧され、隣り合う正極、セパレータ及び負極が密に接触し合い、正極及び負極の動きを更に規制する。
【００１３】
本発明に係る溶融塩電池は、前記押圧体はバネであることを特徴とする。
本発明にあっては、充放電により正極又は負極が膨脹又は収縮した場合は、バネの伸縮により正極又は負極の体積変化が吸収される。
【００１４】
本発明に係る溶融塩電池は、前記袋体はフッ素樹脂製であることを特徴とする。
本発明にあっては、溶融塩に対する耐性を有するフッ素樹脂製の袋体によって電極積層体を包む袋体の信頼性が確保される。特に袋体内に溶融塩を収容している場合、容器材料の耐腐食性が弱い場合であっても容器内壁の腐食を確実に防止することができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、正極、セパレータ及び負極を積層した電極積層体を袋体に収容して正極及び負極の動きを規制し、正極及び負極の位置ずれを防止することができる溶融塩電池が提供される。その結果、正極、セパレータ及び負極を積層した電極積層体が収容される容器の内面を絶縁処理する必要がなくなる。加えて、袋体内に溶融塩を収容することにより、容器の腐食が発生しない安定性の高い溶融塩電池が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施の形態に係る溶融塩電池の電極積層体を示す斜視図である。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線位置における横断面図である。
【図３】本発明の実施の形態に係る溶融塩電池の上面図である。
【図４】本発明の実施の形態に係る溶融塩電池の縦断面図である。
【図５】図４のＶ−Ｖ線位置における縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明に係る溶融塩電池の実施の形態を図面に基づいて詳述する。
図１は本発明の実施の形態に係る溶融塩電池の電極積層体を示す斜視図、図２は図１のＩＩ−ＩＩ線位置における横断面図、図３は本発明の実施の形態に係る溶融塩電池の上面図、図４は本発明の実施の形態に係る溶融塩電池の縦断面図、図５は図４のＶ−Ｖ線位置における縦断面図である。
【００１８】
本発明の溶融塩電池では、複数（図では６つ）の矩形平板状の負極２，２，・・２と、複数（図では５つ）の矩形平板状の正極４，４，・・４とが、上下方向に沿い、交互に対向した状態で横方向に並設されている。並設方向の両端に負極２，２が位置している。隣り合う負極２，２，・・２と正極４，４，・・４との間には、複数（図では１０枚）のシート状のセパレータ３，３，・・３が介装されている。これにより、複数の正極４、セパレータ３及び負極２を積層した電極積層体１０が形成される。尚、図１ではセパレータ３の図示を省略している。各１つの正極４、セパレータ３及び負極２が発電要素を構成する。
【００１９】
電極積層体１０は上部に開口５ａを有する袋体５に包まれ、袋体５は直方体状の容器１内に配置されている。電極積層体１０を袋体５に包むことにより、電池組み立て時の正極４及び負極２の位置ずれを防止し、また、電極積層体１０のハンドリング性も向上する。
【００２０】
袋体５は、溶融塩電池が動作する温度（８５℃〜９５℃）で溶融塩６に対する耐性を有する樹脂シートである。例えば、１９０℃以上の耐熱性を有するフッ素樹脂製のシートが好ましい。フッ素樹脂は、具体的には、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、パーフルオロアルコキシ（ＰＦＡ）、フッ化エチレンプロピレン（ＦＥＰ）、エチレン−テトラフルオロエチレン（ＥＴＦＥ）、ポリクロロトリフルオロエチレン（ＰＣＴＦＥ）、エチレン−クロロトリフルオロエチレン（ＥＣＴＦＥ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）などである。また、袋体５は、１３０℃以上の耐熱性を有するポリプロピレン樹脂製でもよい。
【００２１】
袋体５の厚さは、薄すぎると破れ易く、厚いと電池全体のエネルギー密度が低下するので、２０μｍ〜１ｍｍの範囲が適当である。袋体５は、長方形の樹脂シートの縁部同士を熱封止する方法、筒状の樹脂シートを切断して一方の縁部を熱封止する方法などによって製作することができる。
【００２２】
容器１は、平面視で短辺側に位置する２つの側壁１Ａ，１Ｂと、長辺側に位置する２つの側壁１Ｃ，１Ｄと、上面の開口部１Ｅと、底壁１Ｆとを有している。容器１は、開口部１Ｅに内嵌されて開口部１Ｅを塞ぐ蓋体７を備えている。容器１はアルミニウム（以下、単にアルミという）合金製である。尚、図３は蓋体７を外した状態を示している。
【００２３】
容器１の側壁１Ｄと電極積層体１０の一方端に位置する負極２側の袋体５との間に、波板状の金属からなるバネ８が配されている。バネ８は、アルミニウム合金からなり非可撓性を有する平板状の押え板９を付勢し、袋体５を介して負極２をセパレータ３及び正極４側へ押圧する。反作用により、バネ８とは逆側の容器１の側壁１Ｃが袋体５を介して電極積層体１０の他方端に位置する負極２をセパレータ３及び正極４側へ押圧する。バネ８は、金属製のスプリング等に限定されず、例えばゴム等の弾性体でもよい。充放電により正極４又は負極２が膨脹又は収縮した場合は、バネ８の伸縮により正極４又は負極２の体積変化が吸収される。
【００２４】
負極２，２，・・・２の上端部には、容器１の短辺側に位置する一方の側壁１Ａに近い側に、電流を取り出すための矩形のタブ（導線）２１，２１，・・・２１の下端部が接合されている。タブ２１，２１，・・・２１の上端部は、平面視でＵ字状に屈曲したタブリード２２の相対向する内側面に接合されている。正極４，４，・・４の上端部には、容器１の短辺側に位置する他方の側壁１Ｂに近い側に、電流を取り出すための矩形のタブ４１，４１，・・４１の下端部が接合されている。タブ４１，４１，・・４１の上端部は、平面視でＵ字状に屈曲したタブリード４２の相対向する内側面に接合されている。これにより、前記した発電要素が、電気的に並列接続され、電池容量が大きい溶融塩電池が得られる。各タブリード２２，４２は、電極積層体１０と外部の電気回路とを接続するための外部接続電極の役割を果たすものであり、外部配線との接続用の孔２２ａ，４２ａが設けてある。
【００２５】
負極２，２，・・・２は、負極活物質である錫がメッキされたアルミの合金板からなる。アルミは、正／負各電極に適した材料であり、且つ溶融塩に対して耐腐食性を有する。正極４，４，・・４は、アルミ合金の多孔質体に、バインダと導電助剤と正極活物質であるＮａＣｒＯ2 とを含む合剤を充填して形成してある。負極２，２，・・・２の縦方向及び横方向夫々の寸法は、正極４，４，・・４の縦方向及び横方向の寸法の略１．２倍としてあり、正極４，４，・・４の外縁が、セパレータ３，３，・・３を介して負極２，２，・・・２の周縁部に対向している。尚、上記倍率は１．２倍に限定されない。
【００２６】
溶融塩６は袋体５の内部に収容され、バネ８及び押え板９が配置された空間には充填されない。これにより、従来の溶融塩電池で溶融塩６を容器内全体に充填する場合に比べて溶融塩６の使用量が少なくなる。
【００２７】
セパレータ３，３，・・３は、溶融塩電池が動作する温度で溶融塩６に対する耐性を有するフッ素樹脂の膜からなり、多孔質のシートをなしている。セパレータ３，３，・・３は、負極２，２，・・・２及び正極４，４，・・４と共に、直方体状の容器１内に満たされた溶融塩６の液面下約１０ｍｍの位置から下側に浸漬されている。これにより、多少の液面低下が許容される。タブリード２２，４２は、上側部分が溶融塩６の液面より上側に位置している。袋体５の上縁はタブリード２３，４３の上端よりも上側に位置し、負極２，２，・・・２及び正極４，４，・・４が位置ずれしても容器１の内壁に接触して短絡することを防止している。
【００２８】
溶融塩６は、ＦＳＡ（ビスフルオロスルフォニルアミド； -Ｎ（ＳＯ2 Ｆ2 ））又はＴＦＳＡ（ビストリフルオロメチルスルフォニルアミド； -Ｎ（ＳＯ2 ＣＦ3 ）2 ）系アニオンと、ナトリウム及び／又はカリウムのカチオンとからなるが、これに限定されるものではない。
【００２９】
容器１の４つの側壁１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄの上端部の内側には、全周に亘って上下寸法が蓋体７の板厚に等しい段部１Ｇが形成してある。蓋体７は直方体状の板体であり、平面視での外形寸法が容器本体１の段部１Ｇの内周寸法と略同一又は少し小さくしてある。蓋体７を上方から容器１の段部１Ｇに嵌め込むことにより、蓋体７が容器１の開口部１Ｅに内嵌される。
【００３０】
上述した構成において、図示しない外部の加熱手段により、容器１全体が８５℃〜９５℃に加熱され、溶融塩６が融解して充電及び放電が可能となる。
【００３１】
上記実施の形態では、電極積層体１０を包む袋体５を介して電極積層体１０を積層方向に押圧するバネ８（押圧体）を容器１内に設けたが、バネ８（押圧体）を設けず、電極積層体１０を包む袋体５を容器１内に収容してもよい。
【００３２】
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、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００３３】
１    容器
２    負極
３    セパレータ
４    正極
５    袋体
５ａ  開口
６    溶融塩
８    バネ（押圧体）
１０  電極積層体
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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