JPS60163384A - 高温型電池 - Google Patents
高温型電池Info
- Publication number
- JPS60163384A JPS60163384A JP59018705A JP1870584A JPS60163384A JP S60163384 A JPS60163384 A JP S60163384A JP 59018705 A JP59018705 A JP 59018705A JP 1870584 A JP1870584 A JP 1870584A JP S60163384 A JPS60163384 A JP S60163384A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- separator
- battery
- particles
- magnesia
- porosity
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- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
- H01M50/40—Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
- H01M50/409—Separators, membranes or diaphragms characterised by the material
- H01M50/431—Inorganic material
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
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- H01M50/409—Separators, membranes or diaphragms characterised by the material
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- H01M50/434—Ceramics
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M2300/00—Electrolytes
- H01M2300/0017—Non-aqueous electrolytes
- H01M2300/0048—Molten electrolytes used at high temperature
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
- H01M50/40—Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
- H01M50/489—Separators, membranes, diaphragms or spacing elements inside the cells, characterised by their physical properties, e.g. swelling degree, hydrophilicity or shut down properties
- H01M50/491—Porosity
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
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- Chemical & Material Sciences (AREA)
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- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Secondary Cells (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、電気自動車用あるいは電力貯蔵用電源に使用
できる高温型電池に関するものである。
できる高温型電池に関するものである。
高温型電池とは、電池を常温以上に加熱し、例えば、電
解質の融点以上に加熱して作動させる電池で、電極、隔
壁に種々の物質を用いたものが報告されている。現在ま
で開発されている高温型電池で最も期待されているのは
、負極にアルカリ金属−i 11. +t 114−栢
仝開フ【十7ガ^の岳全左沃伽質とL7て用い、正極に
金属酸化物あるいは金属硫化物を活物質として用いる系
である。
解質の融点以上に加熱して作動させる電池で、電極、隔
壁に種々の物質を用いたものが報告されている。現在ま
で開発されている高温型電池で最も期待されているのは
、負極にアルカリ金属−i 11. +t 114−栢
仝開フ【十7ガ^の岳全左沃伽質とL7て用い、正極に
金属酸化物あるいは金属硫化物を活物質として用いる系
である。
これらの溶融塩を用いる高温型の電池においては、電池
の作動温度、電池内の腐蝕環境等の要因から、セパレー
タ材料が限定され、窒化ホウ素。
の作動温度、電池内の腐蝕環境等の要因から、セパレー
タ材料が限定され、窒化ホウ素。
マグネシア、窒化アルミニウム、イツトリア等が使用可
能であることが報告されている。
能であることが報告されている。
電池のセパレータに要求される特性は、電池内での化学
的安定性の他に電池の内部抵抗を小さくし、高いエネル
ギー特性を引き出すため、セパレータの多孔度は大きい
ことが必要である。また、電池の長寿命化をはかるため
、セパレータは長時間運転後の極板の変形等を抑制する
のに充分な圧縮強度を有している必要がある。セパレー
タの価格もまた、セパレータを選択する上での大きな因
子となる。
的安定性の他に電池の内部抵抗を小さくし、高いエネル
ギー特性を引き出すため、セパレータの多孔度は大きい
ことが必要である。また、電池の長寿命化をはかるため
、セパレータは長時間運転後の極板の変形等を抑制する
のに充分な圧縮強度を有している必要がある。セパレー
タの価格もまた、セパレータを選択する上での大きな因
子となる。
従来の電池においては、窒化ホウ素をセパレータ材料と
し、窒化ホウ素を#MIm化した後、フェル、ト状にし
たものが用いられてきた。この窒化ホウ素フェルトセパ
レータは、90%前後の多孔度を右し、セパレータ重量
もきわめて小さいため、電池に用いた場合、高いエネル
ギー特性を示す電池が得られている。しかし、窒化ホウ
素は溶融塩に濡れないためセパレータを電池に組込む前
に、熱分解によりマグネシアを生成する硝酸マグネシウ
ムなどを用いてフェル]へにマグネシアを添加し、濡れ
性を改善づる工程を必要とする。また窒化ホウ素フェル
トセパレータは圧縮力により容易に変形してしまうため
、電池の長寿命化がはかれないという問題を有しており
、さらに、セパレータを多孔質とづるためのフェルト化
の価格が非常に高価であるという欠点がある。そのIこ
め、溶融塩への濡れが良好なマグネシア等を粉末の形で
セパレータに用いる試みがなされている。
し、窒化ホウ素を#MIm化した後、フェル、ト状にし
たものが用いられてきた。この窒化ホウ素フェルトセパ
レータは、90%前後の多孔度を右し、セパレータ重量
もきわめて小さいため、電池に用いた場合、高いエネル
ギー特性を示す電池が得られている。しかし、窒化ホウ
素は溶融塩に濡れないためセパレータを電池に組込む前
に、熱分解によりマグネシアを生成する硝酸マグネシウ
ムなどを用いてフェル]へにマグネシアを添加し、濡れ
性を改善づる工程を必要とする。また窒化ホウ素フェル
トセパレータは圧縮力により容易に変形してしまうため
、電池の長寿命化がはかれないという問題を有しており
、さらに、セパレータを多孔質とづるためのフェルト化
の価格が非常に高価であるという欠点がある。そのIこ
め、溶融塩への濡れが良好なマグネシア等を粉末の形で
セパレータに用いる試みがなされている。
このセパレータに粉末を用いる方法は、量産効果が高く
電池の組立τが容易で、セパレータの価格も繊維化の工
程を要しないため安価である。また、粉末を充填したセ
パレータ層は十分な圧縮強度を持つことが報告されてい
る。そのため、高価な窒化ホウ素フェルトセパレータに
代るセパレータとして期待されているものの、粉末の充
填層をセパレータとして用いるため、多孔度が50%前
後と小さく、電池のエネルギー特性が低い値にとどまり
、用途が電力貯蔵用等の低率放電で使用される電源用に
限定されている。 、。
電池の組立τが容易で、セパレータの価格も繊維化の工
程を要しないため安価である。また、粉末を充填したセ
パレータ層は十分な圧縮強度を持つことが報告されてい
る。そのため、高価な窒化ホウ素フェルトセパレータに
代るセパレータとして期待されているものの、粉末の充
填層をセパレータとして用いるため、多孔度が50%前
後と小さく、電池のエネルギー特性が低い値にとどまり
、用途が電力貯蔵用等の低率放電で使用される電源用に
限定されている。 、。
本発明は、これらの欠点を改良し、安価で溶融塩への濡
れも良く、充分な多孔度を右する上、高い圧縮強度を有
するセパレータを用いた電池を提供するしので、本発明
による電池は、高価な窒化ホウ素フェルトセパレータを
用いてのみ達成できる高いエネルギー特性を、安価なレ
ラミックを原料としたセパレータを用いることで達成し
、また、本発明によるレバレータの耐j土縮性が良好な
ことから窒化ホウ素フェルトゼパレータによる電池より
長寿命化が期待できるきわめて1ぐれた溶融塩二次電池
である。
れも良く、充分な多孔度を右する上、高い圧縮強度を有
するセパレータを用いた電池を提供するしので、本発明
による電池は、高価な窒化ホウ素フェルトセパレータを
用いてのみ達成できる高いエネルギー特性を、安価なレ
ラミックを原料としたセパレータを用いることで達成し
、また、本発明によるレバレータの耐j土縮性が良好な
ことから窒化ホウ素フェルトゼパレータによる電池より
長寿命化が期待できるきわめて1ぐれた溶融塩二次電池
である。
以下セパレータ月料どしてマグネシアを例にとりその実
施例について詳述する。
施例について詳述する。
セパレータ重量料に安価なマグネシアを用いて、平均細
孔径0.1μmの開孔を有する多孔質のマグネシア粒子
を製造し、この粒子の充1iyt層をセパレータとした
。
孔径0.1μmの開孔を有する多孔質のマグネシア粒子
を製造し、この粒子の充1iyt層をセパレータとした
。
多孔質のマグネシア粒子は、平均粒径0.3μmの重質
マグネシアを硝酸マグネシウムをバインダーとして多孔
質に焼結させることにより製造した。
マグネシアを硝酸マグネシウムをバインダーとして多孔
質に焼結させることにより製造した。
まず重質マグネシアに対して、硝酸マグネシウム水溶液
をマグネシアに換紳して2重量%添加し、押し出し造粒
法により約200μmの顆粒状とした後、この顆粒を6
00℃で仮焼し、硝酸マグネシウムを熱分解させ、つい
で1000℃で焼結して、多孔質でかつ充分な強度を有
する粒子を得た。
をマグネシアに換紳して2重量%添加し、押し出し造粒
法により約200μmの顆粒状とした後、この顆粒を6
00℃で仮焼し、硝酸マグネシウムを熱分解させ、つい
で1000℃で焼結して、多孔質でかつ充分な強度を有
する粒子を得た。
次にこの多孔質粒子の100〜150μの粒度のものを
用いて、第1図に示すような本発明になるリヂウムー硫
化鉄電池を組み、放電試験を行った。
用いて、第1図に示すような本発明になるリヂウムー硫
化鉄電池を組み、放電試験を行った。
図において(1)は硫化鉄を活物質どする正極で、硫化
鉄の粉末の50μから300μの粒度のものに、電解質
の塩化リチウム−塩化カリウムの50μから150μの
粒度のものを15重間%添加し、ハニカム形状の集電体
に充填した後、室温にて100MPaでha圧成形し、
板状としたものである。なお、極板表面には活物質保持
のための325メツシユのステンレス鋼製の網を有する
。(2)は本発明による多孔質のマグネシア粒子を極間
に充填することにより形成したセパレータで、(3)は
リチウム−アルミニウム合金を活物質とする負極である
。負極も正極と同様に、ハニカム形状の集電体中に、5
0μから300μまでの粒度のリヂウムーアルミニウム
合金粉末と50μから 100μまでの粒度の電解質粉
末15重量%を充填し、室温にて100M Paで加圧
成形した板状体である。負極においても活物質保持のた
めの325メツシユのステンレス鋼製の網を有する。電
解質には54重量%jn化リチウムー塩化カリウムの溶
融塩を用いた。電池の作動温度は470℃とした。なお
、正極の容量は25Ahとし、負極容量は正極の1.3
倍とした。
鉄の粉末の50μから300μの粒度のものに、電解質
の塩化リチウム−塩化カリウムの50μから150μの
粒度のものを15重間%添加し、ハニカム形状の集電体
に充填した後、室温にて100MPaでha圧成形し、
板状としたものである。なお、極板表面には活物質保持
のための325メツシユのステンレス鋼製の網を有する
。(2)は本発明による多孔質のマグネシア粒子を極間
に充填することにより形成したセパレータで、(3)は
リチウム−アルミニウム合金を活物質とする負極である
。負極も正極と同様に、ハニカム形状の集電体中に、5
0μから300μまでの粒度のリヂウムーアルミニウム
合金粉末と50μから 100μまでの粒度の電解質粉
末15重量%を充填し、室温にて100M Paで加圧
成形した板状体である。負極においても活物質保持のた
めの325メツシユのステンレス鋼製の網を有する。電
解質には54重量%jn化リチウムー塩化カリウムの溶
融塩を用いた。電池の作動温度は470℃とした。なお
、正極の容量は25Ahとし、負極容量は正極の1.3
倍とした。
本発明による多孔質のマグネシア粒子を極間に流し込む
ことにより形成したセパレータの多孔度は84%と、窒
化ホウ素フェルトセパレータの89%と同等の高い値を
示した。本発明による電池で使用するセパ1ノータAの
特徴はその細孔分布にあり、第2図に従来のBNフェル
トセパレータB、マグネシアセパレータCの測定結果と
共に示寸。高い多孔度を示づ窒化ホ・り素フェルトしパ
レータBは、その細孔のほとんどが25μm前後にあり
、窒化ホウ素フェルトの代換えとしで考え出されたマグ
ネシア粉末セパレータCの細孔分布も25μm前後のみ
だが、その多孔度は54%ときわめて低い値にとどまっ
ている。本実施例による多孔質マグネシアセパレータA
では、多孔質な粒子の粒子間の空隙に対応する20μm
と、粒子内部の空隙に対応プる0、1μmにそれぞれピ
ークを持つ細孔分布となっている。ところで電池のセパ
レータの役割として、正・負極活物質の極板からの離散
を防ぐことがあげられる。極板1.s +ら電気伝導性
の粒子等がセパレータ層内部にまで拡散してしまうと、
電池の充放電効率が低下づるからである。この活物質の
保持性に関して本発明による電池のセパレータと従来の
セパレータを比較すると、本発明による電池の〔パレー
タは0.1μmと20μmにそれぞれピークを持つ細孔
分布を示すため活物質の保持で問題となる大ぎな径の細
孔の割合は、同等の多孔度を右するBNNフェル−に比
べてはるかに少ない。Li −△l / Fe S電池
では活物質を保持する1、−めにはセパレータの開孔径
は20μm以下でないとならないことが報告されでいる
が、窒化ホウ素フェルトは、その開孔の70%が20μ
m以上であるのに対し、本実施例の、多孔質のマグネシ
ア粒子を用いたセパレータは同等の多孔度を右するにも
かかわらず、20μm以上の開孔は[3Nフェルトの1
/2以下と少なく、以上の結果より本発明による電池は
、従来の窒化ホウ素フェルトセパレータを用いた電池よ
り高い充放電効率で、かつ多孔度の小さい粉末レバレー
タでは達成できなかった高エネルギー特性で運転できる
ことが期待される。
ことにより形成したセパレータの多孔度は84%と、窒
化ホウ素フェルトセパレータの89%と同等の高い値を
示した。本発明による電池で使用するセパ1ノータAの
特徴はその細孔分布にあり、第2図に従来のBNフェル
トセパレータB、マグネシアセパレータCの測定結果と
共に示寸。高い多孔度を示づ窒化ホ・り素フェルトしパ
レータBは、その細孔のほとんどが25μm前後にあり
、窒化ホウ素フェルトの代換えとしで考え出されたマグ
ネシア粉末セパレータCの細孔分布も25μm前後のみ
だが、その多孔度は54%ときわめて低い値にとどまっ
ている。本実施例による多孔質マグネシアセパレータA
では、多孔質な粒子の粒子間の空隙に対応する20μm
と、粒子内部の空隙に対応プる0、1μmにそれぞれピ
ークを持つ細孔分布となっている。ところで電池のセパ
レータの役割として、正・負極活物質の極板からの離散
を防ぐことがあげられる。極板1.s +ら電気伝導性
の粒子等がセパレータ層内部にまで拡散してしまうと、
電池の充放電効率が低下づるからである。この活物質の
保持性に関して本発明による電池のセパレータと従来の
セパレータを比較すると、本発明による電池の〔パレー
タは0.1μmと20μmにそれぞれピークを持つ細孔
分布を示すため活物質の保持で問題となる大ぎな径の細
孔の割合は、同等の多孔度を右するBNNフェル−に比
べてはるかに少ない。Li −△l / Fe S電池
では活物質を保持する1、−めにはセパレータの開孔径
は20μm以下でないとならないことが報告されでいる
が、窒化ホウ素フェルトは、その開孔の70%が20μ
m以上であるのに対し、本実施例の、多孔質のマグネシ
ア粒子を用いたセパレータは同等の多孔度を右するにも
かかわらず、20μm以上の開孔は[3Nフェルトの1
/2以下と少なく、以上の結果より本発明による電池は
、従来の窒化ホウ素フェルトセパレータを用いた電池よ
り高い充放電効率で、かつ多孔度の小さい粉末レバレー
タでは達成できなかった高エネルギー特性で運転できる
ことが期待される。
電池試験においては、本発明による電池は、2.5Δ充
放電時の正極活物質利用率が83%と高い値を示した。
放電時の正極活物質利用率が83%と高い値を示した。
同様の椙成で多孔度54%のマグネシア粉末セパレータ
を用いた電池では、活物質利用率は70%にとどまり、
多孔度89%の窒化ホウ素フェルトセパレータを用いた
ものも85%と、本発明によるセパレータと同等の値と
なった。
を用いた電池では、活物質利用率は70%にとどまり、
多孔度89%の窒化ホウ素フェルトセパレータを用いた
ものも85%と、本発明によるセパレータと同等の値と
なった。
本実施例ではセパレータ原料にマグネシアを用いたが、
マグネシア以外にイツトリアや窒化アルミニウム等の電
池内の腐蝕環境に耐える物質を原料として、これらの物
質を多孔質に凝集させた二次粒子を作り、この二次粒子
層をセパレータに用いることで、本実施例の第2図に示
すごとく、粒子間の空隙に対応する大きな径の気孔と、
粒子内部の空隙に対応づる前者J:り小さな細孔をそれ
ぞれ有づるセパレータを作ることが可能である。
マグネシア以外にイツトリアや窒化アルミニウム等の電
池内の腐蝕環境に耐える物質を原料として、これらの物
質を多孔質に凝集させた二次粒子を作り、この二次粒子
層をセパレータに用いることで、本実施例の第2図に示
すごとく、粒子間の空隙に対応する大きな径の気孔と、
粒子内部の空隙に対応づる前者J:り小さな細孔をそれ
ぞれ有づるセパレータを作ることが可能である。
本発明は、廿パレータに二つのピークを右する細孔分布
を取ら1!′ることにより、セパレータの多孔性と耐圧
縮性という相反する因子を同時に満足させることで、従
来の電池の欠点を改良し、高い電池特性でかつ長寿命の
電池を提供づるものである。
を取ら1!′ることにより、セパレータの多孔性と耐圧
縮性という相反する因子を同時に満足させることで、従
来の電池の欠点を改良し、高い電池特性でかつ長寿命の
電池を提供づるものである。
本発明による電池の組立ては、電槽内に正、負極板を挿
入した後、極間に多孔質の粒子を流し込むという簡単な
工程で行えるという利点も併せて有する。
入した後、極間に多孔質の粒子を流し込むという簡単な
工程で行えるという利点も併せて有する。
第1図は本発明になる電池の一実施例を示す断面図、第
2図は水銀圧入法により測定した本発明による多孔質の
マグネシア粒子を用いたセパレータA及び従来の窒化小
つ累フェルトセパレータB、マグネシア粉末セパレータ
Cの細孔分布図である。 1・・・・・・正極、2・・・・・・多孔質のマグネシ
ア粒子を用いたセパレータ、3・・・・・・負極 オ 1 因 w続歳哄葦繋 似)
2図は水銀圧入法により測定した本発明による多孔質の
マグネシア粒子を用いたセパレータA及び従来の窒化小
つ累フェルトセパレータB、マグネシア粉末セパレータ
Cの細孔分布図である。 1・・・・・・正極、2・・・・・・多孔質のマグネシ
ア粒子を用いたセパレータ、3・・・・・・負極 オ 1 因 w続歳哄葦繋 似)
Claims (1)
- 1、負極にアルカリ金属、アルカリ土類金属又はこれら
の合金を、正極に金属酸化物又は金属硫化物を用い、電
解質としてアルカリ金属やアルカリ土類金属のイオンを
含む溶融塩を用いる高温型電池において、粒子を多孔質
に凝集させてなる無機物の二次粒子を極間に介在させる
ことを特徴とする高温型電池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59018705A JPS60163384A (ja) | 1984-02-03 | 1984-02-03 | 高温型電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59018705A JPS60163384A (ja) | 1984-02-03 | 1984-02-03 | 高温型電池 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60163384A true JPS60163384A (ja) | 1985-08-26 |
Family
ID=11979057
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59018705A Pending JPS60163384A (ja) | 1984-02-03 | 1984-02-03 | 高温型電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS60163384A (ja) |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS57210574A (en) * | 1981-03-05 | 1982-12-24 | Us Government | Electrochemical battery |
-
1984
- 1984-02-03 JP JP59018705A patent/JPS60163384A/ja active Pending
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS57210574A (en) * | 1981-03-05 | 1982-12-24 | Us Government | Electrochemical battery |
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