(57)【要約】【課題】内部構造の簡素化及び製造工程の簡略化を可能とし、省スペース化を促進することができる溶融塩電池を提供する。【解決手段】溶融塩電池は、複数のシート状の正極１及び負極２を間にセパレータ３を挟んで交互に重ね、導電材製の電池容器（容器）５１内に収納してある。重ねられた複数の正極１及び負極２の両端の位置には、共に負極２が配置されており、負極２は電池容器５１の内壁に接触している。また正極１は、電池容器５１から絶縁した蓋５２に接続されている。このため、蓋５２は正極端子として働き、電池容器５１は負極端子として働く。絶縁させるための内部構造及び両極端子が不必要であるので、溶融塩電池の構造が簡素化され、また溶融塩電池の製造工程が簡略化される。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
シート状の正極及び負極を導電性の容器内に収納してあり、電解質として溶融塩を用いた溶融塩電池であって、
間にセパレータを挟んで複数の正極及び負極を交互に重ね、正極及び負極の内の一方の電極を両端に配置してあり、
両端に配置した前記一方の電極を直接に又は導電体を介して前記容器の内面に接続してあること
を特徴とする溶融塩電池。
【請求項２】
シート状の正極及び負極を導電性の容器内に収納してあり、電解質として溶融塩を用いた溶融塩電池であって、
間にセパレータを挟んだ正極及び負極を多重に巻回し、正極及び負極の内の一方の電極を最外層に配置してあり、
前記一方の電極を直接に又は導電体を介して前記容器に接続してあること
を特徴とする溶融塩電池。
【請求項３】
前記容器には開口部が形成されてあり、
該開口部には、前記容器と絶縁した一部又は全部が導電性の蓋が装着されてあり、
正極及び負極の内の他方の電極を前記蓋に接続してあること
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】
前記一方の電極は負極であることを特徴とする請求項１乃至３の何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、電解質として溶融塩を用いた溶融塩電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
電力の効率的な利用のために、高エネルギー密度・高効率の蓄電池が必要とされている。このような蓄電池として、特許文献１に開示されたナトリウム−硫黄電池が開発されている。他の高エネルギー密度・高効率の蓄電池として、溶融塩電池がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−２７３２９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
溶融塩電池は、電解質に溶融塩を用いた電池であり、溶融塩が溶融した状態で動作する。溶融塩電池の正極及び負極は、シート状に形成した導電体製の集電体上に活物質を塗布して構成されている。シート状の正極及び負極は、絶縁材製のセパレータを間に挟んで重ねられ、電池容器内に収納されている。電解質である溶融塩は、正極、負極及びセパレータに含有されている。正極及び負極と電池容器とは絶縁されており、電池容器の外側に設けられた両極端子の夫々に正極及び負極が接続されている。溶融塩電池の容量を向上させるためには、正極及び負極を多重に重ねることが考えられ、また複数の溶融塩電池を直列又は並列に接続して使用することが考えられる。正極及び負極を多重に重ねた溶融塩電池の場合、構造が複雑になりやすいので、構造の簡素化及び製造工程の簡略化が求められる。また複数の溶融塩電池を接続して使用する場合は、端子のためのスペースを確保する必要があり、省スペース化に限界があるという問題がある。
【０００５】
本発明は、斯かる事情に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、端子の役割を容器で代用することにより、内部構造の簡素化及び製造工程の簡略化を可能とし、省スペース化を促進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】
【０００６】
本発明に係る溶融塩電池は、シート状の正極及び負極を導電性の容器内に収納してあり、電解質として溶融塩を用いた溶融塩電池であって、間にセパレータを挟んで複数の正極及び負極を交互に重ね、正極及び負極の内の一方の電極を両端に配置してあり、両端に配置した前記一方の電極を直接に又は導電体を介して前記容器の内面に接続してあることを特徴とする。
【０００７】
本発明においては、溶融塩電池は、複数のシート状の正極及び負極を間にセパレータを挟んで交互に重ね、導電材製の容器内に収納してある。重ねられた複数の正極及び負極の両端の位置には、正極及び負極の内の一方の電極が共に配置されており、この一方の電極は溶融塩電池の容器の内壁に接続されている。このため、容器は溶融塩電池の一方の電極端子として働く。
【０００８】
本発明に係る溶融塩電池は、シート状の正極及び負極を導電性の容器内に収納してあり、電解質として溶融塩を用いた溶融塩電池であって、間にセパレータを挟んだ正極及び負極を多重に巻回し、正極及び負極の内の一方の電極を最外層に配置してあり、前記一方の電極を直接に又は導電体を介して前記容器に接続してあることを特徴とする。
【０００９】
また本発明においては、溶融塩電池は、シート状の正極及び負極を間にセパレータを挟んで多重に巻回し、導電材製の容器内に収納してある。巻回された正極、負極及びセパレータの最外層には、正極及び負極の内の一方の電極が配置されており、この一方の電極は溶融塩電池の容器の内壁に接続されている。このため、容器は溶融塩電池の一方の電極端子として働く。
【００１０】
本発明に係る溶融塩電池は、前記容器には開口部が形成されてあり、該開口部には、前記容器と絶縁した一部又は全部が導電性の蓋が装着されてあり、正極及び負極の内の他方の電極を前記蓋に接続してあることを特徴とする。
【００１１】
また本発明においては、正極及び負極の内の他方の電極は、容器と絶縁した導電材製の蓋に接続されている。このため、蓋は溶融塩電池の他方の電極端子として働く。
【００１２】
本発明に係る溶融塩電池は、前記一方の電極は負極であることを特徴とする。
【００１３】
また本発明においては、容器の内壁に接続されている電極は負極である。正極を両側から負極で挟むことにより、正極にかかる電位が均一となり、電位が不均一となることに起因する部分的な過放電及び過充電の発生が防止される。
【発明の効果】
【００１４】
本発明にあっては、電極を容器から絶縁させるための構造及び両極端子が不必要であるので、溶融塩電池の構造が簡素化され、また溶融塩電池の製造工程が簡略化される。また絶縁のための構造及び両極端子が不必要である分、溶融塩電池の容量が向上する。更に、複数の溶融塩電池を接続して使用する場合においても、端子のためのスペースを確保する必要が無く、省スペース化を促進することが可能となる等、本発明は優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】実施の形態１に係る溶融塩電池の構成例を示す模式的分解斜視図である。
【図２】実施の形態１に係る溶融塩電池の内部構成例を示す模式的断面図である。
【図３】実施の形態２に係る溶融塩電池の内部構成例を示す模式的断面図である。
【図４】実施の形態３に係る溶融塩電池の内部構成例を示す模式的断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下本発明をその実施の形態を示す図面に基づき具体的に説明する。
（実施の形態１）
図１は、実施の形態１に係る溶融塩電池の構成例を示す模式的分解斜視図であり、図２は、実施の形態１に係る溶融塩電池の内部構成例を示す模式的断面図である。図２には、溶融塩電池を縦に切断した模式的断面図を示している。上面が開口した直方体の箱状の電池容器（容器）５１内に、矩形板状に形成された複数の正極１及び負極２が交互に重ねて配置され、夫々の正極１と負極２との間にはシート状のセパレータ３が配置されている。電池容器５１の開口部には、絶縁部材５３を間に挟んで蓋５２が装着されている。電池容器５１及び蓋５２はＡｌ（アルミニウム）等の導電材で形成されている。重ねられた複数の正極１、負極２及びセパレータ３は、電池容器５１の底面に対して縦に配置されている。
【００１７】
正極１は、Ａｌからなる矩形板状の正極集電体１１上に、ＮａＣｒＯ2 等の正極活物質とバインダとを含む正極材１２を塗布して形成してある。なお、正極活物質はＮａＣｒＯ2 に限定されない。負極２は、Ａｌからなる矩形板状の負極集電体２１上に、Ｓｎ（錫）等の負極活物質を含む負極材２２をメッキによって形成してある。負極集電体２１上に負極材２２をメッキする際には、ジンケート処理として下地に亜鉛をメッキした後にＳｎメッキを施すようにしてある。負極活物質はＳｎに限定されず、例えば、Ｓｎを金属ナトリウム、炭素、珪素又はインジウムに置き換えてもよい。負極材２２は、例えば負極活物質の粉末に結着剤を含ませて負極集電体２１上に塗布することによって形成してもよい。正極集電体１１及び負極集電体２１の材料はＡｌに限定されず、ステンレス鋼等の他の導電材であってもよい。
【００１８】
セパレータ３は、ケイ酸ガラス又は樹脂等の絶縁性の材料で、内部に電解質を保持でき、また電荷のキャリアとなるイオンが通過できるような多孔質に形成されている。セパレータ３は、例えばガラスクロス又は多孔質の樹脂シートである。セパレータ３は正極１と負極２との間を離隔すべく配置されており、正極１、負極２及びセパレータ３には、溶融塩からなる電解質が含浸されている。
【００１９】
電解質は、溶融状態で導電性液体となる溶融塩である。溶融塩の融点以上の温度で、溶融塩は溶融して電解液となり、溶融塩電池は二次電池として動作する。融点を低下させるために、電解質は、複数種類の溶融塩が混合していることが望ましい。例えば、電解質は、ナトリウムイオンをカチオンとしＦＳＡ（ビスフルオロスルフォニルアミド；（ＦＳＯ2 ）2 Ｎ−）をアニオンとしたＮａＦＳＡと、カリウムイオンをカチオンとしＦＳＡをアニオンとしたＫＦＳＡとの混合塩である。なお、電解質である溶融塩は、ＴＦＳＡ（ビストリフルオロメチルスルフォニルアミド；（ＣＦ3 ＳＯ2 ）2 Ｎ−）又はＦＴＡ（フルオロトリフルオロメチルスルフォニルアミド；（ＦＳＯ2 ）（ＣＦ3 ＳＯ2 ）Ｎ−）等の他のアニオンを含んでいてもよく、有機イオン等の他のカチオンを含んでいてもよい。また溶融塩として、室温で溶融しているイオン液体を含んでいてもよい。
【００２０】
溶融塩電池内には、正極１よりも負極２が一枚多く備えられており、複数の正極１及び負極２が重なった方向の両端に負極２が位置するように、複数の正極１及び負極２が配置されている。図１及び図２には、正極１が三枚、負極２が四枚備えられた形態を示したが、負極２の数が一枚多い数であれば、正極１及び負極２の数はその他の数であってもよい。正極１は正極集電体１１の両面に正極材１２を設けてある。複数の負極２の内、両端以外の負極２も、負極集電体２１の両面に負極材２２を設けている。両端の負極２は、負極集電体２１の片面に負極材２２を設けてあり、負極材２２を正極１側に向け、負極集電体２１を電池容器５１の内面に向けて配置されている。なお、両端の負極２も、負極集電体２１の両面に負極材２２を設けてある形態であってもよい。
【００２１】
複数の正極１は、導電材製の接続部材４１によって互いに接続されている。接続部材４１は、リード線であってもよく、また、各正極１に連結した導電材製のタブ状の部材を溶接等によって互いに接合したものであってもよい。接続部材４１は、蓋５２に接続されている。接続部材４１と蓋５２とは、リード線で接続されていてもよく、また直接に接触することで接続されていてもよい。
【００２２】
複数の負極２は、導電材製の接続部材４２によって互いに接続されている。接続部材４２は、蓋５２に接触しない位置に配置されている。図１及び図２に示した例では、接続部材４２は負極２の外側に配置されているが、接続部材４２は、蓋５２に接触しないように、負極２の横側又は下側に配置されていてもよい。また両端の負極２は、電池容器５１の内面に接触している。電池容器５１の内面は絶縁処理がされておらず、接触により負極２は電池容器５１に電気的に接続されている。また正極１は、端部を絶縁材でコーティングする等の方法で、電池容器５１から絶縁されている。
【００２３】
電池容器５１の開口部には、環状の絶縁部材５３を間に挟んで蓋５２が装着されている。電池容器５１と蓋５２との間は、絶縁部材５３によって絶縁されている。蓋５２は、蓋５２及び絶縁部材５３を貫通する図示しない絶縁材製のボルトによって電池容器５１にねじ止めされている。なお、蓋５２は、絶縁部材５３を間に挟んで電池容器５１の開口部にかしめ止めする等の他の方法で電池容器５１に装着されていてもよい。なお、図１及び図２に示した溶融塩電池の構成は模式的な構成であり、溶融塩電池内には、内部を加熱するヒータ、又は温度センサ等、図示しないその他の構成物が含まれていてもよい。
【００２４】
以上のように、本実施の形態に係る溶融塩電池では、複数の正極１は蓋５２に接続され、複数の負極２は電池容器５１に接続され、電池容器５１と蓋５２とは絶縁されている。このため、蓋５２は溶融塩電池の正極端子の代わりとなり、電池容器５１は溶融塩電池の負極端子の代わりとなる。電池容器５１及び蓋５２を外部回路に接続した場合に、溶融塩電池は電池として動作する。また複数の溶融塩電池を横方向に並べて電池容器５１同士を接触させ、リード線等で蓋５２同士を互いに接続することによって、複数の溶融塩電池は並列接続される。また複数の溶融塩電池を縦方向に並べて互いの電池容器５１と蓋５２とを接触させることにより、複数の溶融塩電池は直列接続される。
【００２５】
本実施の形態では、正極１及び負極２を電池容器５１から絶縁させるための構造及び両極端子が不必要であるので、溶融塩電池の構造が簡素化される。また、絶縁のための構造及び両極端子が不必要である分、溶融塩電池内で正極１及び負極２が占める割合が大きくなるので、溶融塩電池の容量が向上する。また、溶融塩電池を製造する際に、正極１及び負極２を電池容器５１から絶縁させるための工程及び両極端子を設けるための工程が不必要となるので、溶融塩電池の製造工程が簡略化される。更に、複数の溶融塩電池を接続して使用する場合においても、端子のためのスペースを確保する必要が無いので、省スペース化を促進することが可能となる。
【００２６】
また本実施の形態では、重ねられた複数の正極１及び負極２の両端には、負極２を配置してある。負極材２２は、正極材１２に比べて薄く形成することが可能であるので、負極２を両側に配置することにより、電池容器５１内のスペースを有効に利用することができる。このため、溶融塩電池の容量を可及的に向上させることができる。また正極１を両側から負極２で挟んでいるので、正極１から負極２までの距離が均一となり、各正極１にかかる電位が均一となる。このため、各正極１にかかる電位が不均一となることに起因する部分的な過放電及び過充電が発生すること無く、溶融塩電池の劣化が防止される。また負極２は、正極１に比べて、導電材に対する接触電位が低いので、負極２が電池容器５１に接触していることで、溶融塩電池の内部抵抗が低くなり、充放電レートが向上する。
【００２７】
なお、図１及び図２に示した例では、複数のシート状のセパレータ３を備えた形態を示しているが、セパレータ３の形状はその他の形状であってもよい。例えば、セパレータ３は、シートを折り曲げた形状をなし、正極１又は負極２を挟むように配置されていてもよい。また例えば、セパレータ３は、長尺のシートを多重に折り曲げて夫々の正極１と負極２との間に配置した形態であってもよい。また例えば、セパレータ３は、上面が開口した袋状に形成されてあり、内部に正極１を包んでいる形態であってもよい。袋状のセパレータ３で正極１を包んだ形態では、容易に正極１が電池容器５１から絶縁される。
【００２８】
（実施の形態２）
図３は、実施の形態２に係る溶融塩電池の内部構成例を示す模式的断面図である。図３には、溶融塩電池を縦に切断した模式的断面図を示している。重ねられた複数の正極１及び負極２の内で一方の端に位置する負極２と電池容器５１の内側壁との間には、導電材製の波板状のバネ４３が配されている。バネ４３は、重ねられた正極１、負極２及びセパレータ３を端から押圧する。溶融塩電池の充放電により正極１又は負極２が膨脹又は収縮した場合、バネ４３の伸縮によって正極１又は負極２の体積変化が吸収される。導電材製のバネ４３は、負極２と電池容器５１の内壁とに接触しており、負極２はバネ４３を介して電池容器５１に接続されている。溶融塩電池のその他の構成は実施の形態１と同様であり、対応する部分に同符号を付してその説明を省略する。
【００２９】
本実施の形態においても、複数の正極１は蓋５２に接続され、複数の負極２は電池容器５１に接続され、蓋５２は溶融塩電池の正極端子として働き、電池容器５１は溶融塩電池の負極端子として働く。このため、本実施の形態に係る溶融塩電池は、実施の形態１と同様の効果を奏する。なお、溶融塩電池は、リード線等のバネ４３以外の導電体で負極２が電池容器５１に接続されている形態でもよい。
【００３０】
（実施の形態３）
図４は、実施の形態３に係る溶融塩電池の内部構成例を示す模式的断面図である。図４には、溶融塩電池を水平に切断した模式的断面図を示している。長尺状の正極１、負極２及びセパレータ３は、正極１と負極２との間にセパレータ３が配置されるように重ねられた上で、角柱状に多重に巻回されてある。正極１、負極２及びセパレータ３の材質は実施の形態１と同様である。また正極１、負極２及びセパレータ３は、負極２が外側に位置するように巻回されている。巻回された正極１、負極２及びセパレータ３は、一端が開口した角筒状に形成された導電材製の電池容器５１内に収納されている。巻回された正極１、負極２及びセパレータ３は、最外層が負極２になるように配置されている。負極２の最も外側の部分は、電池容器５１の内面に接触している。電池容器５１の内面は絶縁処理がされておらず、接触により負極２は電池容器５１に電気的に接続されている。また正極１は、端部を絶縁材でコーティングする等の方法で、電池容器５１から絶縁されている。電池容器５１の開口部には、図４には図示しない蓋５２が絶縁部材５３を間に挟んで装着されており、正極１はリード線等の導電体で蓋５２に接続されている。溶融塩電池のその他の構成は実施の形態１と同様である。
【００３１】
本実施の形態においても、複数の正極１は蓋５２に接続され、複数の負極２は電池容器５１に接続され、蓋５２は溶融塩電池の正極端子として働き、電池容器５１は溶融塩電池の負極端子として働く。このため、本実施の形態に係る溶融塩電池は、実施の形態１と同様の効果を奏する。なお、溶融塩電池は、電池容器５１が円筒状に形成され、正極１、負極２及びセパレータ３が円柱状に巻回された形態であってもよい。
【００３２】
なお、以上の実施の形態１〜３には、蓋５２が正極端子として働く形態を示しているが、本発明の溶融塩電値は、蓋５２に正極端子を備え、正極１が正極端子に接続されている形態であってもよい。また蓋５２は、全体が導電材で形成されているのではなく、一部が絶縁材で形成されており、絶縁性の部分が電池容器５１に接触するように装着され、導電性の部分に正極１が接続されていてもよい。この形態の場合は、絶縁部材５３が不必要となる。
【符号の説明】
【００３３】
１  正極
１１  正極集電体
１２  正極材
２  負極
２１  負極集電体
２２  負極材
３  セパレータ
４１、４２  接続部材
５１  電池容器（容器）
５２  蓋
５３  絶縁部材
【図１】
2012221850.tif 000003
【図２】
2012221850.tif 000004
【図３】
2012221850.tif 000005
【図４】
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