溶融塩電池用電極及びそれを用いた溶融塩電池
【課題】金属多孔体からなる集電体を用いながら、活物質の利用率を向上させることができる溶融塩電池用電極及びそれを用いた溶融塩電池を提供する。
【解決手段】溶融塩電池１の正極２は、金属多孔体からなる正極集電体２１ａに正極活物質２１ｂを充填することにより形成され、表面から前記正極集電体２１ａが部分的に露出している電極層２１を備えている。前記電極層２１の表面には、正極集電体２１ａの露出部分２１ａ１を埋没させる厚みｔを有するトップコート層２２が形成されている。
【解決手段】溶融塩電池１の正極２は、金属多孔体からなる正極集電体２１ａに正極活物質２１ｂを充填することにより形成され、表面から前記正極集電体２１ａが部分的に露出している電極層２１を備えている。前記電極層２１の表面には、正極集電体２１ａの露出部分２１ａ１を埋没させる厚みｔを有するトップコート層２２が形成されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、溶融塩電池用電極及びそれを用いた溶融塩電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、二次電池は、ハイブリッド車両や電気自動車用等の電動車両の駆動用電源としてのニーズが高まっている。この目的に対応した二次電池として、高エネルギー密度で大容量の溶融塩電池が着目されている。この溶融塩電池に用いられる電極には、他の二次電池と同様に、金属多孔体からなる集電体に活物質を充填したものが多用されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
図３は、従来の溶融塩電池を示す概略構成図である。この溶融塩電池は、その電極である正極１０１及び負極１０２と、これら両極１０１，１０２間に介在するセパレータ１０３とを備えている。前記正極１０１は、金属多孔体からなる集電体１０４に活物質１０５を充填することにより形成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平９−２３１９８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
前記従来の溶融塩電池にあっては、正極１０１を製作する際に、図３に示すように、集電体１０４が部分的に外部に露出する場合がある。この場合には、図３の矢印Ａで示すように、集電体１０４の露出部分１０４ａに電流が集中するため、活物質１０５の表面側は充電されるが、活物質１０５の内部側はほとんど充電されない状態となる。その結果、活物質１０５の利用率が低下するという問題があった。
【０００６】
本発明は、前記問題点に鑑みてなされたものであり、金属多孔体からなる集電体を用いながら、活物質の利用率を向上させることができる溶融塩電池用電極及びそれを用いた溶融塩電池を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
（１）本発明の溶融塩電池用電極は、金属多孔体からなる集電体に活物質を充填することにより形成され、表面から前記集電体が部分的に露出している電極層と、前記電極層の表面に形成され、前記集電体の露出部分を埋没させる厚みを有するトップコート層と、を備えていることを特徴とする。
【０００８】
本発明によれば、電極層の表面から露出する集電体の露出部分をトップコート層により埋没させているため、前記露出部分に電流が集中するのを防止することができる。これにより、電極層の活物質は層全体に亘って均一に充電されるため、活物質の利用率を向上させることができる。
【０００９】
（２）前記溶融塩電池用電極は、前記トップコート層が、前記活物質を含有しているのが好ましい。この場合、活物質量が増加するため、溶融塩電池の容量を大きくすることができる。
【００１０】
（３）本発明の溶融塩電池は、上記溶融塩電池用電極を用いていることを特徴とする。
本発明によれば、電極層の表面から露出する集電体の露出部分をトップコート層により埋没させているため、前記露出部分に電流が集中するのを防止することができる。これにより、電極層の活物質は層全体に亘って均一に充電されるため、活物質の利用率を向上させることができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、電極層の活物質は層全体に亘って均一に充電されるため、活物質の利用率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の一実施の形態に係る溶融塩電池の概略構成図である。
【図２】トップコート層無しの溶融塩電池用電極とトップコート層有りの溶融塩電池用電極とを比較した表である。
【図３】従来の溶融塩電池の概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の一実施の形態に係る溶融塩電池の概略構成図である。図１において、溶融塩電池１は、電池容器（図示省略）の内部に溶融塩電池用電極である正極２と、負極３と、これら正極２と負極３との間に介在するセパレータ４とを収容して構成されている。また、前記電池容器の内部には溶融塩（図示省略）が充填されており、溶融塩電池１を図示しないヒータ等により加熱することにより、溶融塩が融解して充電及び放電が可能となる。
【００１４】
負極３は、図示しない負極集電体と負極活物質とを有しており、負極活物質としては例えばＳｎ−Ｎａ合金が用いられている。セパレータ４は、溶融塩電池１が動作する温度で溶融塩に対する耐性を有する多孔質膜として、例えばガラスペーパーにより構成されている。
【００１５】
正極２は、電極層２１と、この電極層２１の表面に形成されたトップコート層２２とを備えている。電極層２１は、金属多孔体からなる正極集電体２１ａに正極活物質２１ｂと図示しない結着剤（バインダー）を含有するスラリーを充填した後、プレスにより調厚することによって形成される。
【００１６】
正極集電体２１ａは、金属多孔体として、例えばアルミニウム合金からなる住友電気工業株式会社製のセルメット（商標登録）により構成されている。本実施の形態のセルメットは、平均孔径が５６４μｍ、厚みが１ｍｍに設定されており、電極層２１の上下両表面からそれぞれ部分的に露出する露出部分２１ａ１を有している。なお、セルメットに形成される無数の孔は、それぞれ大きさが異なる不規則な形状をしているが、図１では説明の便宜上、同一の大きさで菱形状に形成している。
正極活物質２１ｂとしては、例えば亜クロム酸ナトリウム（ＮａＣｒＯ２）が用いられている。
【００１７】
トップコート層２２は、電極層２１の図１の上下両表面に形成されている。具体的には、トップコート層２２は、正極活物質２１ｂを含有する前記スラリーを、電極層２１の上下両表面のそれぞれに５０μｍの厚みで上塗りした後、プレスにより正極２全体の厚みＴを０．８５ｍｍに調厚することによって形成されている。
【００１８】
また、トップコート層２２は、正極集電体２１ａの露出部分２１ａ１を埋没させる厚みｔを有している。この厚みｔは、薄すぎると正極集電体２１ａがトップコート層２２の表面から露出する可能性があり、厚すぎるとトップコート層２２の表面から正極集電体２１ａまでの距離が長くなるため、抵抗が大きくなり高出力化を阻害することになる。このため、電極層２１の上下両表面のそれぞれにおけるトップコート層２２の上塗り時の厚みを、好ましくは１〜５００μｍ、より好ましくは１０〜２００μｍに設定するのが望ましい。
【００１９】
図２は、トップコート層無しの溶融塩電池用電極と、トップコート層有りの溶融塩電池用電極との評価試験を行った結果を示す表である。この評価試験では、トップコート層無しの溶融塩電池は、本実施の形態のセルメットに前記スラリーを充填した後、プレスにより０．７５ｍｍに調厚された正極と、本実施の形態と同一の負極及びセパレータを使用している。また、トップコート層有りの溶融塩電池は、本実施の形態と同一の正極、負極及びセパレータを使用している。評価試験の評価方法は、前記各溶融塩電池のそれぞれの電極について、０．１Ｃにより２．５〜３．５Ｖの範囲で充放電評価をすることにより行った。
【００２０】
図２において、トップコート層無しの溶融塩電池とトップコート層有りの溶融塩電池とを比較すると、正極活物質量は、トップコート層有りの溶融塩電池のほうがトップコート層無しの溶融塩電池よりも増加していることが分かる。そして、これに伴って、設計容量及び実測容量は、トップコート層有りの溶融塩電池のほうがトップコート層無しの溶融塩電池よりも増加していることが分かる。さらに、利用率は、トップコート層有りの溶融塩電池のほうがトップコート層無しの溶融塩電池よりも高いことが分かる。
【００２１】
以上、本実施の形態の溶融塩電池用電極及び溶融塩電池によれば、電極層２１の表面から露出する正極集電体２１ａの露出部分２１ａ１をトップコート層２２により埋没させているため、前記露出部分２１ａ１に電流が集中するのを防止することができる。これにより、電極層２１の正極活物質２１ｂは層全体に亘って均一に充電されるため、正極活物質２１ｂの利用率を向上させることができる。
【００２２】
また、トップコート層２２は正極活物質２１ｂを含有しているため、正極２全体の正極活物質２１ｂの量を増加させることができる。これにより、溶融塩電池１の容量を大きくすることができる。
【００２３】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものでないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した意味ではなく、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、及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【００２４】
例えば、上記実施の形態における正極集電体は、金属多孔体としてセルメットを用いているが、アルミニウム合金等の金属製の不織布を用いることも可能である。
また、上記実施の形態におけるトップコート層は、正極集電体に正極活物質を充填して電極層を形成した後に、当該電極層の表面に上塗りすることによって形成されているが、電極層とともに１工程で形成するようにしてもよい。
さらに、上記実施の形態では、溶融塩電池用電極を正極に適用した場合について説明したが、負極に適用することも可能である。
【符号の説明】
【００２５】
１ 溶融塩電池
２ 正極（溶融塩電池用電極）
２１ 電極層
２１ａ 正極集電体（集電体）
２１ａ１ 露出部分
２１ｂ 正極活物質（活物質）
２２ トップコート層
ｔ 厚み
【技術分野】
【０００１】
本発明は、溶融塩電池用電極及びそれを用いた溶融塩電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、二次電池は、ハイブリッド車両や電気自動車用等の電動車両の駆動用電源としてのニーズが高まっている。この目的に対応した二次電池として、高エネルギー密度で大容量の溶融塩電池が着目されている。この溶融塩電池に用いられる電極には、他の二次電池と同様に、金属多孔体からなる集電体に活物質を充填したものが多用されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
図３は、従来の溶融塩電池を示す概略構成図である。この溶融塩電池は、その電極である正極１０１及び負極１０２と、これら両極１０１，１０２間に介在するセパレータ１０３とを備えている。前記正極１０１は、金属多孔体からなる集電体１０４に活物質１０５を充填することにより形成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平９−２３１９８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
前記従来の溶融塩電池にあっては、正極１０１を製作する際に、図３に示すように、集電体１０４が部分的に外部に露出する場合がある。この場合には、図３の矢印Ａで示すように、集電体１０４の露出部分１０４ａに電流が集中するため、活物質１０５の表面側は充電されるが、活物質１０５の内部側はほとんど充電されない状態となる。その結果、活物質１０５の利用率が低下するという問題があった。
【０００６】
本発明は、前記問題点に鑑みてなされたものであり、金属多孔体からなる集電体を用いながら、活物質の利用率を向上させることができる溶融塩電池用電極及びそれを用いた溶融塩電池を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
（１）本発明の溶融塩電池用電極は、金属多孔体からなる集電体に活物質を充填することにより形成され、表面から前記集電体が部分的に露出している電極層と、前記電極層の表面に形成され、前記集電体の露出部分を埋没させる厚みを有するトップコート層と、を備えていることを特徴とする。
【０００８】
本発明によれば、電極層の表面から露出する集電体の露出部分をトップコート層により埋没させているため、前記露出部分に電流が集中するのを防止することができる。これにより、電極層の活物質は層全体に亘って均一に充電されるため、活物質の利用率を向上させることができる。
【０００９】
（２）前記溶融塩電池用電極は、前記トップコート層が、前記活物質を含有しているのが好ましい。この場合、活物質量が増加するため、溶融塩電池の容量を大きくすることができる。
【００１０】
（３）本発明の溶融塩電池は、上記溶融塩電池用電極を用いていることを特徴とする。
本発明によれば、電極層の表面から露出する集電体の露出部分をトップコート層により埋没させているため、前記露出部分に電流が集中するのを防止することができる。これにより、電極層の活物質は層全体に亘って均一に充電されるため、活物質の利用率を向上させることができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、電極層の活物質は層全体に亘って均一に充電されるため、活物質の利用率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の一実施の形態に係る溶融塩電池の概略構成図である。
【図２】トップコート層無しの溶融塩電池用電極とトップコート層有りの溶融塩電池用電極とを比較した表である。
【図３】従来の溶融塩電池の概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の一実施の形態に係る溶融塩電池の概略構成図である。図１において、溶融塩電池１は、電池容器（図示省略）の内部に溶融塩電池用電極である正極２と、負極３と、これら正極２と負極３との間に介在するセパレータ４とを収容して構成されている。また、前記電池容器の内部には溶融塩（図示省略）が充填されており、溶融塩電池１を図示しないヒータ等により加熱することにより、溶融塩が融解して充電及び放電が可能となる。
【００１４】
負極３は、図示しない負極集電体と負極活物質とを有しており、負極活物質としては例えばＳｎ−Ｎａ合金が用いられている。セパレータ４は、溶融塩電池１が動作する温度で溶融塩に対する耐性を有する多孔質膜として、例えばガラスペーパーにより構成されている。
【００１５】
正極２は、電極層２１と、この電極層２１の表面に形成されたトップコート層２２とを備えている。電極層２１は、金属多孔体からなる正極集電体２１ａに正極活物質２１ｂと図示しない結着剤（バインダー）を含有するスラリーを充填した後、プレスにより調厚することによって形成される。
【００１６】
正極集電体２１ａは、金属多孔体として、例えばアルミニウム合金からなる住友電気工業株式会社製のセルメット（商標登録）により構成されている。本実施の形態のセルメットは、平均孔径が５６４μｍ、厚みが１ｍｍに設定されており、電極層２１の上下両表面からそれぞれ部分的に露出する露出部分２１ａ１を有している。なお、セルメットに形成される無数の孔は、それぞれ大きさが異なる不規則な形状をしているが、図１では説明の便宜上、同一の大きさで菱形状に形成している。
正極活物質２１ｂとしては、例えば亜クロム酸ナトリウム（ＮａＣｒＯ２）が用いられている。
【００１７】
トップコート層２２は、電極層２１の図１の上下両表面に形成されている。具体的には、トップコート層２２は、正極活物質２１ｂを含有する前記スラリーを、電極層２１の上下両表面のそれぞれに５０μｍの厚みで上塗りした後、プレスにより正極２全体の厚みＴを０．８５ｍｍに調厚することによって形成されている。
【００１８】
また、トップコート層２２は、正極集電体２１ａの露出部分２１ａ１を埋没させる厚みｔを有している。この厚みｔは、薄すぎると正極集電体２１ａがトップコート層２２の表面から露出する可能性があり、厚すぎるとトップコート層２２の表面から正極集電体２１ａまでの距離が長くなるため、抵抗が大きくなり高出力化を阻害することになる。このため、電極層２１の上下両表面のそれぞれにおけるトップコート層２２の上塗り時の厚みを、好ましくは１〜５００μｍ、より好ましくは１０〜２００μｍに設定するのが望ましい。
【００１９】
図２は、トップコート層無しの溶融塩電池用電極と、トップコート層有りの溶融塩電池用電極との評価試験を行った結果を示す表である。この評価試験では、トップコート層無しの溶融塩電池は、本実施の形態のセルメットに前記スラリーを充填した後、プレスにより０．７５ｍｍに調厚された正極と、本実施の形態と同一の負極及びセパレータを使用している。また、トップコート層有りの溶融塩電池は、本実施の形態と同一の正極、負極及びセパレータを使用している。評価試験の評価方法は、前記各溶融塩電池のそれぞれの電極について、０．１Ｃにより２．５〜３．５Ｖの範囲で充放電評価をすることにより行った。
【００２０】
図２において、トップコート層無しの溶融塩電池とトップコート層有りの溶融塩電池とを比較すると、正極活物質量は、トップコート層有りの溶融塩電池のほうがトップコート層無しの溶融塩電池よりも増加していることが分かる。そして、これに伴って、設計容量及び実測容量は、トップコート層有りの溶融塩電池のほうがトップコート層無しの溶融塩電池よりも増加していることが分かる。さらに、利用率は、トップコート層有りの溶融塩電池のほうがトップコート層無しの溶融塩電池よりも高いことが分かる。
【００２１】
以上、本実施の形態の溶融塩電池用電極及び溶融塩電池によれば、電極層２１の表面から露出する正極集電体２１ａの露出部分２１ａ１をトップコート層２２により埋没させているため、前記露出部分２１ａ１に電流が集中するのを防止することができる。これにより、電極層２１の正極活物質２１ｂは層全体に亘って均一に充電されるため、正極活物質２１ｂの利用率を向上させることができる。
【００２２】
また、トップコート層２２は正極活物質２１ｂを含有しているため、正極２全体の正極活物質２１ｂの量を増加させることができる。これにより、溶融塩電池１の容量を大きくすることができる。
【００２３】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものでないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した意味ではなく、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、及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【００２４】
例えば、上記実施の形態における正極集電体は、金属多孔体としてセルメットを用いているが、アルミニウム合金等の金属製の不織布を用いることも可能である。
また、上記実施の形態におけるトップコート層は、正極集電体に正極活物質を充填して電極層を形成した後に、当該電極層の表面に上塗りすることによって形成されているが、電極層とともに１工程で形成するようにしてもよい。
さらに、上記実施の形態では、溶融塩電池用電極を正極に適用した場合について説明したが、負極に適用することも可能である。
【符号の説明】
【００２５】
１ 溶融塩電池
２ 正極（溶融塩電池用電極）
２１ 電極層
２１ａ 正極集電体（集電体）
２１ａ１ 露出部分
２１ｂ 正極活物質（活物質）
２２ トップコート層
ｔ 厚み
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属多孔体からなる集電体に活物質を充填することにより形成され、表面から前記集電体が部分的に露出している電極層と、
前記電極層の表面に形成され、前記集電体の露出部分を埋没させる厚みを有するトップコート層と、を備えていることを特徴とする溶融塩電池用電極。
【請求項２】
前記トップコート層が、前記活物質を含有している請求項１に記載の溶融塩電池用電極。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の溶融塩電池用電極を用いていることを特徴とする溶融塩電池。
【請求項１】
金属多孔体からなる集電体に活物質を充填することにより形成され、表面から前記集電体が部分的に露出している電極層と、
前記電極層の表面に形成され、前記集電体の露出部分を埋没させる厚みを有するトップコート層と、を備えていることを特徴とする溶融塩電池用電極。
【請求項２】
前記トップコート層が、前記活物質を含有している請求項１に記載の溶融塩電池用電極。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の溶融塩電池用電極を用いていることを特徴とする溶融塩電池。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２０１２−２３４７１９（Ｐ２０１２−２３４７１９Ａ）
【公開日】平成２４年１１月２９日（２０１２．１１．２９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１０２８３１（Ｐ２０１１−１０２８３１）
【出願日】平成２３年５月２日（２０１１．５．２）
【出願人】（０００００２１３０）住友電気工業株式会社 (12,747)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１１月２９日（２０１２．１１．２９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年５月２日（２０１１．５．２）
【出願人】（０００００２１３０）住友電気工業株式会社 (12,747)
【Ｆターム（参考）】
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