JPH0831431A - 熱電池用リチウム負極の製造法 - Google Patents
熱電池用リチウム負極の製造法Info
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- JPH0831431A JPH0831431A JP6169282A JP16928294A JPH0831431A JP H0831431 A JPH0831431 A JP H0831431A JP 6169282 A JP6169282 A JP 6169282A JP 16928294 A JP16928294 A JP 16928294A JP H0831431 A JPH0831431 A JP H0831431A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 溶融させたリチウムを鉄粉の成型体内に含浸
保持させて熱電池用リチウム負極を作製する際に、溶融
リチウムが酸素、窒素および水分と反応することを防止
する。 【構成】 酸素量および水分量がともに２ｐｐｍ以下で
二酸化炭素を１〜１０％含む不活性ガス雰囲気下で、鉄
粉の成型体内にリチウムを溶融して含浸させるものであ
る。
保持させて熱電池用リチウム負極を作製する際に、溶融
リチウムが酸素、窒素および水分と反応することを防止
する。 【構成】 酸素量および水分量がともに２ｐｐｍ以下で
二酸化炭素を１〜１０％含む不活性ガス雰囲気下で、鉄
粉の成型体内にリチウムを溶融して含浸させるものであ
る。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、負極として溶融リチウ
ムが用いられる熱電池に関するものである。
ムが用いられる熱電池に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】熱電池は常温では固体である溶融塩を電
解質として用い、これを高温約４００〜７００℃に加熱
して液体化することによって発電可能とする高温電池の
一種である。従来の熱電池には負極活物質として金属カ
ルシウムや金属マグネシウムなどが用いられていたが、
これらの負極活物質では近年熱電池に求められている大
電流密度放電、例えば５００ｍＡ／ｃｍ3で数分間の放
電寿命という要求や、１０００〜３０００ｍＡ／ｃｍ3
という大電流密度のパルス放電というような要求を満足
することが不可能であった。そこでこの様な問題を解決
するために新しくリチウム系負極の開発がなされてき
た。リチウム系負極にも各種のものがあり、例えば、米
国特許第４２２１８４９号明細書に示されるような溶融
リチウムを用いるものがある。
解質として用い、これを高温約４００〜７００℃に加熱
して液体化することによって発電可能とする高温電池の
一種である。従来の熱電池には負極活物質として金属カ
ルシウムや金属マグネシウムなどが用いられていたが、
これらの負極活物質では近年熱電池に求められている大
電流密度放電、例えば５００ｍＡ／ｃｍ3で数分間の放
電寿命という要求や、１０００〜３０００ｍＡ／ｃｍ3
という大電流密度のパルス放電というような要求を満足
することが不可能であった。そこでこの様な問題を解決
するために新しくリチウム系負極の開発がなされてき
た。リチウム系負極にも各種のものがあり、例えば、米
国特許第４２２１８４９号明細書に示されるような溶融
リチウムを用いるものがある。
【０００３】溶融リチウムを用いた負極を作製する場
合、溶融したリチウムが正極側に流れ込むことを防止す
るため、リチウムを加熱溶融させた後にこの溶融リチウ
ムを、鉄粉を加圧成型した鉄粉成型体に含浸保持させて
いた。
合、溶融したリチウムが正極側に流れ込むことを防止す
るため、リチウムを加熱溶融させた後にこの溶融リチウ
ムを、鉄粉を加圧成型した鉄粉成型体に含浸保持させて
いた。
【０００４】一方、溶融リチウムは非常に反応性が高い
ために、雰囲気中の酸素や窒素および水分と容易に反応
する。そのため、負極作製時には雰囲気をアルゴンガス
等の不活性ガスとしてできるだけ酸素や窒素および水分
を除去する必要があった。
ために、雰囲気中の酸素や窒素および水分と容易に反応
する。そのため、負極作製時には雰囲気をアルゴンガス
等の不活性ガスとしてできるだけ酸素や窒素および水分
を除去する必要があった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、負極作
製時の雰囲気中の酸素や水分はそれぞれの簡易な除去装
置によって取り除くことができるが、窒素は除去が難し
く、さらに、酸素や水分が少ない条件下では溶融リチウ
ムは窒素と反応しやすくなっていた。
製時の雰囲気中の酸素や水分はそれぞれの簡易な除去装
置によって取り除くことができるが、窒素は除去が難し
く、さらに、酸素や水分が少ない条件下では溶融リチウ
ムは窒素と反応しやすくなっていた。
【０００６】そして、リチウムと窒素との反応によって
生成する窒化リチウムは、結晶格子がリチウムに比べて
小さいため、反応の活性点が次々と生まれ、窒化リチウ
ムの生成反応はリチウムの表面から内部まで進行して、
ついにはリチウム全部が窒化されて負極活物質としての
能力を失うという問題が発生していた。
生成する窒化リチウムは、結晶格子がリチウムに比べて
小さいため、反応の活性点が次々と生まれ、窒化リチウ
ムの生成反応はリチウムの表面から内部まで進行して、
ついにはリチウム全部が窒化されて負極活物質としての
能力を失うという問題が発生していた。
【０００７】本発明は、このような課題を解決するもの
であり、溶融リチウムを鉄粉の成型体内に含浸保持させ
て熱電池用リチウム負極を作製する際に、溶融リチウム
が酸素、窒素および水分と反応することを防止するもの
である。
であり、溶融リチウムを鉄粉の成型体内に含浸保持させ
て熱電池用リチウム負極を作製する際に、溶融リチウム
が酸素、窒素および水分と反応することを防止するもの
である。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに、本発明の熱電池用リチウム負極の製造法は、酸素
量および水分量がともに２ｐｐｍ以下で二酸化炭素を１
〜１０％含む不活性ガスの雰囲気下で、鉄粉の成型体内
にリチウムを溶融して含浸させるものである。
めに、本発明の熱電池用リチウム負極の製造法は、酸素
量および水分量がともに２ｐｐｍ以下で二酸化炭素を１
〜１０％含む不活性ガスの雰囲気下で、鉄粉の成型体内
にリチウムを溶融して含浸させるものである。
【０００９】
【作用】本発明では、アルゴンガス等の不活性ガスの雰
囲気下において酸素と水分の量を２ｐｐｍ以下にしてい
るので、溶融リチウムが酸素や水分と反応して変質する
ことはない。
囲気下において酸素と水分の量を２ｐｐｍ以下にしてい
るので、溶融リチウムが酸素や水分と反応して変質する
ことはない。
【００１０】また、不活性ガス雰囲気中に二酸化炭素を
１〜１０％含ませているが、リチウムは二酸化炭素と反
応して炭酸リチウムに変化する。この炭酸リチウムは窒
化リチウムに比べてはるかに安定しており、不活性ガス
雰囲気中に窒素が存在しても、リチウムは窒素と反応す
るよりも二酸化炭素と反応し、リチウムが窒化されるこ
とはない。
１〜１０％含ませているが、リチウムは二酸化炭素と反
応して炭酸リチウムに変化する。この炭酸リチウムは窒
化リチウムに比べてはるかに安定しており、不活性ガス
雰囲気中に窒素が存在しても、リチウムは窒素と反応す
るよりも二酸化炭素と反応し、リチウムが窒化されるこ
とはない。
【００１１】一方、炭酸リチウムはその結晶格子がリチ
ウムの結晶格子より大きいので、反応の活性は低く、炭
酸リチウムの生成反応はリチウムの表面層だけに留ま
る。そして、二酸化炭素が１〜１０％の範囲ではリチウ
ムの電極反応に対して炭酸リチウムが悪影響を及ぼすこ
とはない。
ウムの結晶格子より大きいので、反応の活性は低く、炭
酸リチウムの生成反応はリチウムの表面層だけに留ま
る。そして、二酸化炭素が１〜１０％の範囲ではリチウ
ムの電極反応に対して炭酸リチウムが悪影響を及ぼすこ
とはない。
【００１２】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照にしなが
ら説明する。
ら説明する。
【００１３】図１（Ａ）（Ｂ）を用いて本発明の熱電池
用リチウム負極の製造法を説明する。
用リチウム負極の製造法を説明する。
【００１４】図１（Ａ）はリチウム負極の作製前の様子
を示す図であり、図１（Ｂ）は同負極の作製後の様子を
示す図である。
を示す図であり、図１（Ｂ）は同負極の作製後の様子を
示す図である。
【００１５】図１（Ａ）で１は円形に打ち抜かれた金属
リチウムのシート、２は平均粒径２０μｍ、比表面積２
〜５ｍ2／ｇの海綿状鉄粉からなる成型体であり、前記
鉄粉をリチウムシート１の上に均一に分散した後１０ｔ
ｏｎ／ｃｍ2で加圧成型したものである。３はリチウム
シート１を内側に収納した金属製カップである。
リチウムのシート、２は平均粒径２０μｍ、比表面積２
〜５ｍ2／ｇの海綿状鉄粉からなる成型体であり、前記
鉄粉をリチウムシート１の上に均一に分散した後１０ｔ
ｏｎ／ｃｍ2で加圧成型したものである。３はリチウム
シート１を内側に収納した金属製カップである。
【００１６】そして、図１（Ｂ）に示したように、鉄粉
成型体２の上面と、金属カップ３の下面を５５０℃に加
熱した熱板４で挟み、リチウムシート１を溶融した後、
溶融リチウムを鉄粉成型体２内にある隙間に含浸保持さ
せて負極５を得た。このとき、ガス雰囲気はアルゴンガ
スと二酸化炭素を９５：５の割合で混合した混合ガスと
し、この混合ガス中の酸素と水分の量を２ｐｐｍ以下と
した。このようにして作製したリチウム負極を本発明の
負極とした。
成型体２の上面と、金属カップ３の下面を５５０℃に加
熱した熱板４で挟み、リチウムシート１を溶融した後、
溶融リチウムを鉄粉成型体２内にある隙間に含浸保持さ
せて負極５を得た。このとき、ガス雰囲気はアルゴンガ
スと二酸化炭素を９５：５の割合で混合した混合ガスと
し、この混合ガス中の酸素と水分の量を２ｐｐｍ以下と
した。このようにして作製したリチウム負極を本発明の
負極とした。
【００１７】また、二酸化炭素を含まない以外は本発明
と同様にしてリチウム負極を作製し、これを比較の負極
とした。
と同様にしてリチウム負極を作製し、これを比較の負極
とした。
【００１８】そして、本発明と比較の負極の各雰囲気内
に窒素を１、５、１０、１５％導入し、同雰囲気中で負
極を保存した際の各負極の窒化の進行状況を観察した。
に窒素を１、５、１０、１５％導入し、同雰囲気中で負
極を保存した際の各負極の窒化の進行状況を観察した。
【００１９】この結果を（表１）に示す。
【００２０】
【表１】
【００２１】（表１）に示したように、酸素量と水分量
が２ｐｐｍ以下の状態では窒素の量が１、５、１０、１
５％と少ない場合でもリチウムの窒化が進行しやすく、
比較の負極ではリチウムすべてが窒化されるまでの時間
は窒素量の増加にともなって短かくなった。
が２ｐｐｍ以下の状態では窒素の量が１、５、１０、１
５％と少ない場合でもリチウムの窒化が進行しやすく、
比較の負極ではリチウムすべてが窒化されるまでの時間
は窒素量の増加にともなって短かくなった。
【００２２】一方、本発明の負極ではリチウムが窒素と
反応する前に二酸化炭素と反応するために、リチウムの
窒化は全く発生しなかった。
反応する前に二酸化炭素と反応するために、リチウムの
窒化は全く発生しなかった。
【００２３】また、本発明のガス雰囲気下においてアル
ゴンガスを窒素に置き換え、窒素の量が多くなった状態
を想定して窒素と二酸化炭素の比を９５：５および９
９：１とした場合でも、二酸化炭素の存在によってリチ
ウムの窒化を防止することができた。
ゴンガスを窒素に置き換え、窒素の量が多くなった状態
を想定して窒素と二酸化炭素の比を９５：５および９
９：１とした場合でも、二酸化炭素の存在によってリチ
ウムの窒化を防止することができた。
【００２４】
【発明の効果】以上のように、本発明の熱電池用リチウ
ム負極の製造法では、酸素と水分の量をともに２ｐｐｍ
以下とし、二酸化炭素を１〜１０％含む不活性ガスの雰
囲気下で、リチウムを溶融して鉄粉の成型体内に含浸保
持させているので、雰囲気内に窒素が存在してもリチウ
ムは窒素と反応するより二酸化炭素と反応するためリチ
ウムの窒化を防止することができる。
ム負極の製造法では、酸素と水分の量をともに２ｐｐｍ
以下とし、二酸化炭素を１〜１０％含む不活性ガスの雰
囲気下で、リチウムを溶融して鉄粉の成型体内に含浸保
持させているので、雰囲気内に窒素が存在してもリチウ
ムは窒素と反応するより二酸化炭素と反応するためリチ
ウムの窒化を防止することができる。
【００２５】また、酸素と水分の量を２ｐｐｍ以下にす
ることによりリチウムが酸素や水分と反応して変質する
ことを防止できる。
ることによりリチウムが酸素や水分と反応して変質する
ことを防止できる。
【図１】（Ａ） リチウム負極の作製前の様子を示す図 （Ｂ） 同負極の作製後の様子を示す図
１ 金属リチウムシート ２ 鉄粉成型体 ３ 金属製カップ ４ 熱板 ５ 負極
Claims (2)
- 【請求項１】酸素量および水分量がともに２ｐｐｍ以下
で二酸化炭素を１〜１０％含む不活性ガスの雰囲気下
で、鉄粉の成型体内にリチウムを溶融して含浸させる熱
電池用リチウム負極の製造法。 - 【請求項２】不活性ガスはアルゴンガスである請求項１
記載の熱電池用リチウム負極の製造法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16928294A JP3180567B2 (ja) | 1994-07-21 | 1994-07-21 | 熱電池用リチウム負極の製造法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16928294A JP3180567B2 (ja) | 1994-07-21 | 1994-07-21 | 熱電池用リチウム負極の製造法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0831431A true JPH0831431A (ja) | 1996-02-02 |
| JP3180567B2 JP3180567B2 (ja) | 2001-06-25 |
Family
ID=15883631
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP16928294A Expired - Fee Related JP3180567B2 (ja) | 1994-07-21 | 1994-07-21 | 熱電池用リチウム負極の製造法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3180567B2 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006143565A (ja) * | 2004-11-25 | 2006-06-08 | Jfe Chemical Corp | 水素発生媒体およびその製造方法 |
| JP2012087404A (ja) * | 2010-09-23 | 2012-05-10 | Semiconductor Energy Lab Co Ltd | 金属リチウムの回収方法 |
| US9647260B2 (en) | 2014-07-23 | 2017-05-09 | Agency For Defense Development | Method of manufacturing anode for thermally activated reserve battery using thin metal foam and cup |
-
1994
- 1994-07-21 JP JP16928294A patent/JP3180567B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006143565A (ja) * | 2004-11-25 | 2006-06-08 | Jfe Chemical Corp | 水素発生媒体およびその製造方法 |
| JP2012087404A (ja) * | 2010-09-23 | 2012-05-10 | Semiconductor Energy Lab Co Ltd | 金属リチウムの回収方法 |
| US9085813B2 (en) | 2010-09-23 | 2015-07-21 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Method for recovering metallic lithium |
| US9647260B2 (en) | 2014-07-23 | 2017-05-09 | Agency For Defense Development | Method of manufacturing anode for thermally activated reserve battery using thin metal foam and cup |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3180567B2 (ja) | 2001-06-25 |
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