JP2011165565A - 溶融塩電池 - Google Patents
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Abstract
【課題】電池を複数組み合わせた場合にもデッドスペースが生じず、且つ安定した充放電が行える溶融塩電池を提供する。
【解決手段】矩形板状の正極１及び負極２間に、矩形板状のガラスクロスからなり溶融塩を含ませたセパレータ３を介装させて発電要素Ｘを構成し、電池容器５の形状を略直方体状とする。電池容器５内の負極２側に配したバネ４ａから与圧される非可撓性の押え板４ｂが、バネ４ａからの押圧力を略均等に分散させて負極２を下方に押圧し、その反作用で電池容器５の底壁５２が正極１を上方に押圧する。
【選択図】図１
【解決手段】矩形板状の正極１及び負極２間に、矩形板状のガラスクロスからなり溶融塩を含ませたセパレータ３を介装させて発電要素Ｘを構成し、電池容器５の形状を略直方体状とする。電池容器５内の負極２側に配したバネ４ａから与圧される非可撓性の押え板４ｂが、バネ４ａからの押圧力を略均等に分散させて負極２を下方に押圧し、その反作用で電池容器５の底壁５２が正極１を上方に押圧する。
【選択図】図１
Description
本発明は、正極、負極及び溶融塩を備える溶融塩電池に関する。
近年、太陽光、風力等の自然エネルギーを利用した発電が盛んに行われている。これらの自然エネルギーによる発電は、気候及び天候に左右される要素が多く、電力需要に合わせた発電量の調整ができないため、負荷に対する電力供給の平準化が不可欠となる。この平準化には電気エネルギーを充放電する必要があり、そのための手段として高エネルギー密度・高効率のナトリウム硫黄電池が用いられることがある。ナトリウム硫黄電池は、運用状態において正極活物質の硫黄及び多硫化ナトリウムと負極活物質のナトリウムとが高温で溶融しており、両活物質の間に介在する固体電解質が破損した場合であっても、これらの活物質が混じり合って急速に反応しないようにする必要がある。ナトリウム硫黄電池は、また、複数の単電池を組み合わせて大容量化されることが多い。
例えば、特許文献１では、ナトリウムイオン透過性の円筒袋状の固体電解質内に設けた安全管の内外に流動抵抗部材を充填することにより、安全管のクラックを通じて溶融ナトリウム極に流入する硫黄の流動速度を低下させ、更に安全管が高温腐食により破損した場合には、安全管の内部に硫黄及び硫化ナトリウムが混入する速度を減少させる技術が開示されている。また、特許文献２では、多数のナトリウム硫黄電池を複数の電池ブロックに区分し、断熱容器内に各電池ブロックを着脱可能に収容することにより、組立時における単電池の組み付け、及び保守点検時における断熱容器内から／への単電池の脱／着を容易にする技術が開示されている。更に、特許文献３では、ナトリウム硫黄電池の単電池を収容する収容容器の底部に活物質の通過溝を設けることにより、単電池から漏れ出た活物質を安全に溜めおく技術が開示されている。
特許文献１から３に開示されたナトリウム硫黄電池では、固体電解質として用いたアルミナセラミックスからなる収容容器に溶融したナトリウムが収容されており、セラミックスを用いることによる機械的な脆さを補うために、収容容器の形状を円筒状にせざるを得ないところがある。このため、複数の単電池を組み合わせた場合は、収容容器の径の大小に関わりなく一定の割合でデッドスペースが生じる結果となり、エネルギー密度がその分だけ小さくなる。
これに対し、特許文献４では、溶融塩を含む電解質をセパレータに含浸させて固定化し、正極及び負極で前記セパレータを挟持することによって、活物質の収容容器を不要にした溶融塩電池が開示されている。
しかしながら、特許文献４に開示された技術では、充放電に伴って正極及び負極が膨脹又は収縮したときに、セパレータに対する正極及び負極からの押圧が変化するため、カチオンが正極及び負極にインターカレート又は析出する量が変動して充放電の安定性に欠ける場合があった。
本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、安定した充放電を行うことができ、且つスペース効率が良好でエネルギー密度が高い溶融塩電池を提供することにある。
本発明に係る溶融塩電池は、溶融塩を含んでなるセパレータを正極及び負極間に介装させた発電要素と、該発電要素を収容する電池容器とを備える溶融塩電池において、前記電池容器内の前記正極及び／又は負極側に押圧部材を備え、該押圧部材で前記発電要素を押圧するようにしてあることを特徴とする。
本発明にあっては、電池容器内に設けた押圧部材で発電要素を正極及び負極側から押圧するため、正極及び負極が充放電によって厚み方向に伸縮した場合であっても、セパレータに対する正極及び負極からの押圧力が略一定に保持される。
また、発電要素の正極及び負極間に溶融塩を含むセパレータを介装させて電池容器に収容してあり、セパレータの形状を正極及び負極の形状に合わせることができるため、発電要素及び電池容器の形状の自由度が高まる。
また、発電要素の正極及び負極間に溶融塩を含むセパレータを介装させて電池容器に収容してあり、セパレータの形状を正極及び負極の形状に合わせることができるため、発電要素及び電池容器の形状の自由度が高まる。
本発明に係る溶融塩電池は、溶融塩を含んでなるセパレータを正極及び負極間に介装させた発電要素と、該発電要素を収容する電池容器とを備える溶融塩電池において、前記電池容器は、前記正極及び負極が対向する方向を軸方向とする筒体であり、該筒体の周面に、周方向に沿って屈曲しており、前記発電要素の前記軸方向への伸縮に伴って伸縮する屈曲部を形成してあることを特徴とする。
本発明にあっては、正極及び負極が対向する方向を軸方向とする電池容器の周面の周方向沿いにある屈曲部が屈曲しており、前記軸方向に対する発電要素の伸縮に応じて伸縮するため、正極及び負極が充放電によって伸縮した場合であっても、セパレータに対する正極及び負極からの押圧力が略一定に保持される。
また、発電要素の正極及び負極間に溶融塩を含むセパレータを介装させて電池容器に収容してあり、セパレータを任意の形状に形成できるため、発電要素及び電池容器の形状の自由度が高まる。
また、発電要素の正極及び負極間に溶融塩を含むセパレータを介装させて電池容器に収容してあり、セパレータを任意の形状に形成できるため、発電要素及び電池容器の形状の自由度が高まる。
本発明に係る溶融塩電池は、溶融塩を含んでなるセパレータを正極及び負極間に介装させた発電要素と、該発電要素を収容する電池容器とを備える溶融塩電池において、前記電池容器は、前記発電要素を前記正極及び／又は負極側から押圧するようにしてあることを特徴とする。
本発明にあっては、電池容器の正極及び／又は負極側の面が有する弾性力により、発電要素を正極及び負極側から押圧するため、正極及び負極が充放電によって伸縮した場合であっても、セパレータに対する正極及び負極からの押圧力が略一定に保持される。
また、発電要素の正極及び負極間に溶融塩を含むセパレータを介装させて電池容器に収容してあり、セパレータを任意の形状に形成できるため、発電要素及び電池容器の形状の自由度が高まる。
また、発電要素の正極及び負極間に溶融塩を含むセパレータを介装させて電池容器に収容してあり、セパレータを任意の形状に形成できるため、発電要素及び電池容器の形状の自由度が高まる。
本発明に係る溶融塩電池は、前記電池容器は、前記正極及び／又は負極側の内側を凸曲面にしてあることを特徴とする。
本発明にあっては、電池容器の正極及び／又は負極側の内側に形成された凸曲面によって発電要素に対する押し代が確保されるため、発電要素が電池容器から強固に押圧される。
本発明に係る溶融塩電池は、前記電池容器は、前記正極及び／又は負極側の内側に複数の押圧子を突設してあることを特徴とする。
本発明にあっては、電池容器の正極及び／又は負極側の内側に突出するように形成された複数の押圧子によって発電要素に対する押し代が確保されるため、発電要素が電池容器から強固に押圧される。
本発明に係る溶融塩電池は、前記正極及び／又は負極に押圧力を分散伝達する伝達部材を備えることを特徴とする。
本発明にあっては、正極及び／又は負極側の伝達部材によって発電要素に押圧力が分散されるように伝達されるため、発電要素に対する押圧力の分散度が適正に調整される。
本発明に係る溶融塩電池は、前記伝達部材は非可撓性を有し、前記押圧部材、凸曲面又は押圧子から与圧されて前記正極及び／又は負極を押圧するようにしてあることを特徴とする。
本発明にあっては、非可撓性の伝達部材が電池容器側から与圧されて正極及び／又は負極を押圧するため、正極及び負極に対する押圧力が略均等に分散される。このため、正極及び負極に歪み（しわ）が生じ難く、充放電に伴う正極及び負極での反応が略均一に進行する。
本発明に係る溶融塩電池は、前記電池容器を前記正極又は負極と電気的に接続してあることを特徴とする。
本発明にあっては、電池容器を正極（又は負極）と電気的に接続してあるため、電池容器を電池の正極端子（又は負極端子）とすることができる。
本発明に係る溶融塩電池は、前記電池容器は、前記正極又は負極側にリブが形成された第１容器半体に、第２容器半体を結合してなることを特徴とする。
本発明にあっては、電池容器の少なくとも一方の容器半体にリブが形成されているため、容器半体の肉厚を薄くした場合であっても機械的な強度が確保される。
本発明に係る溶融塩電池は、前記リブで前記電池容器内に複数の区画を形成してあり、該複数の区画の夫々に、前記発電要素を配してあることを特徴とする。
本発明にあっては、電池容器の内部がリブによって複数の区画に区切られており、夫々の区画に発電要素が配されている。
これにより、１つの電池容器の内部に複数の発電要素が分離して配置されるため、電池容器内で各発電要素を直列及び／又は並列に接続して電池の電圧及び／又は容量を高めることができる。また、各発電要素のリブに向かう方向への膨脹が、リブによって拘束されるため、複数の発電要素が電池容器内の各区画に安全に収容される。
これにより、１つの電池容器の内部に複数の発電要素が分離して配置されるため、電池容器内で各発電要素を直列及び／又は並列に接続して電池の電圧及び／又は容量を高めることができる。また、各発電要素のリブに向かう方向への膨脹が、リブによって拘束されるため、複数の発電要素が電池容器内の各区画に安全に収容される。
本発明に係る溶融塩電池は、前記第１容器半体及び第２容器半体を電気的に絶縁してあり、前記第１容器半体及び第２容器半体を前記正極及び負極の何れかに各別に、電気的に接続してあることを特徴とする。
本発明にあっては、互いに電気的に絶縁した容器半体の一方を正極に、他方を負極に夫々接続してあるため、２つの容器半体の夫々を電池の正極端子及び負極端子とすることができる。
本発明に係る溶融塩電池は、前記電池容器は、前記正極及び負極が対向する方向を軸方向とする周面の一方が開口する容器本体、及び該容器本体の開口を封口する蓋体を有することを特徴とする。
本発明にあっては、正極及び負極が対向する方向を軸方向とする周面の一方を開口させて容器本体とし、該開口を蓋体で封口してあるため、発電要素を電池容器内に組み込むための開口部の大きさを小さくできる。
これにより、例えば開口部を密閉するためのＯリングを小さくすることができ、電池容器への発電要素の収容効率が上がる。
これにより、例えば開口部を密閉するためのＯリングを小さくすることができ、電池容器への発電要素の収容効率が上がる。
本発明に係る溶融塩電池は、複数の発電要素を積層した発電要素群を収容してあることを特徴とする。
本発明にあっては、セパレータを介して正極及び負極を積層した発電要素群を一の発電要素に置き換えてあるため、高電圧の電池が得られる。また、正極及び負極の夫々が通常備える正極集電体及び負極集電体を同一の金属で構成することによって電触の虞がなくなる。
本発明に係る溶融塩電池は、前記発電要素は、前記正極、セパレータ及び負極を巻回してなることを特徴とする。
本発明にあっては、セパレータを介して正極及び負極を巻回した発電要素群を一の発電要素とするため、大容量の電池が得られる。
本発明によれば、発電要素を正極及び負極側から押圧するため、正極及び負極が充放電によって厚み方向に伸縮した場合であっても、セパレータに対する正極及び負極からの押圧力を略一定に保持して、カチオンが正極及び負極にインターカレート又は析出する量が変動するのを防止する。電池容器内にガスが充満して電池容器が変形したような場合であっても同様である。また、溶融塩を含ませるセパレータを任意の形状に形成できるため、正極及び負極間にセパレータを介装させた発電要素の形状、並びに電池容器の形状の自由度が高まる。
従って、安定した充放電を行うことが可能となる上、セパレータ、正極及び負極の形状を平板状にして電池容器の形状を直方体状にした場合は、スペース効率が良好となって、その分エネルギー密度を高めることが可能となる。
従って、安定した充放電を行うことが可能となる上、セパレータ、正極及び負極の形状を平板状にして電池容器の形状を直方体状にした場合は、スペース効率が良好となって、その分エネルギー密度を高めることが可能となる。
以下、本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて詳述する。但し、以下に示す実施の形態は、本発明を具体化するための溶融塩電池を例示するものであって、本発明は、溶融塩電池を以下の電池には特定しない。更に、この明細書は、特許請求の範囲に示される部材を、実施の形態に記載される部材に特定するものではない。
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係る溶融塩電池の略示縦断面図である。図中５はアルミニウム（以下、単にアルミという）からなる電池容器であり、電池容器５は、中空の略直方体状をなしている。電池容器５の各内面は、フッ素コートによって絶縁処理が施されている。電池容器５内には、矩形平板状の正極１及び負極２間にガラスクロスからなるセパレータ３を介装させた発電要素Ｘが、正極１を下方に向けて収容されている。電池容器５の天壁５３と負極２との間には、波板状の金属からなるバネ（押圧部材）４ａが配されており、該バネ４ａが、アルミ合金からなり非可撓性を有する平板状の押え板（伝達部材）４ｂを付勢して負極２を下方に押圧させることにより、その反作用で、正極１が電池容器５の底壁５２の上面から上方に押圧されるようになっている。バネ４ａ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あってもよい。
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係る溶融塩電池の略示縦断面図である。図中５はアルミニウム（以下、単にアルミという）からなる電池容器であり、電池容器５は、中空の略直方体状をなしている。電池容器５の各内面は、フッ素コートによって絶縁処理が施されている。電池容器５内には、矩形平板状の正極１及び負極２間にガラスクロスからなるセパレータ３を介装させた発電要素Ｘが、正極１を下方に向けて収容されている。電池容器５の天壁５３と負極２との間には、波板状の金属からなるバネ（押圧部材）４ａが配されており、該バネ４ａが、アルミ合金からなり非可撓性を有する平板状の押え板（伝達部材）４ｂを付勢して負極２を下方に押圧させることにより、その反作用で、正極１が電池容器５の底壁５２の上面から上方に押圧されるようになっている。バネ４ａ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あってもよい。
正極１は、アルミからなる矩形板状の正極集電体１１上に、正極活物質であるNaCrO2及びバインダ（結着剤）を含む正極材１２を塗布して形成してある。正極活物質はNaCrO2に限定されない。負極２は、アルミからなる矩形板状の負極集電体２１上に、負極活物質である錫を含む負極材２２をメッキによって形成してある。負極活物質は錫に限定されず、例えば、錫を珪素又はインジウムに置き換えてもよい。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（亜鉛置換処理）として下地に亜鉛をメッキした後に錫メッキを施すようにしてある。負極２は、例えば錫の粉末に結着剤を含ませて負極集電体２１上に塗布するようにしてもよい。正極集電体１１及び負極集電体２１は、アルミに限定されず、例えばステンレス鋼であってもよい。セパレータ３には電解質を含浸させてあり、本実施の形態１では、電解質としてＦＳＩ（ビスフルオロスルフォニルイミド）又はＴＦＳＩ（ビストリフルオロメチルスルフォニルイミド）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溶融塩を用いる。
正極集電体１１及び負極集電体２１夫々の一端部は、電池容器５の一側面の外側に突設された正極端子１５及び負極端子２５に、リード線１３，２３で接続されている。前記リード線１３，２３は、電池容器５の前記一側面に穿設された嵌装孔に嵌装されている中空の絶縁部材１４，２４に挿通させて、電池容器５から絶縁してある。
尚、図１では、電池容器５と、発電要素Ｘと、押え板４ｂ及びバネ４ａとが、互いに隙間を隔てて電池容器５内に収容されているかの如く示されているが、実際には、これらが上下方向に隙間なく接するように収容されている（以下同様）。電池要素Ｘ内においても同様に、正極１及びセパレータ３と、セパレータ３及び負極２とが隙間なく接している（以下同様）。
尚、図１では、電池容器５と、発電要素Ｘと、押え板４ｂ及びバネ４ａとが、互いに隙間を隔てて電池容器５内に収容されているかの如く示されているが、実際には、これらが上下方向に隙間なく接するように収容されている（以下同様）。電池要素Ｘ内においても同様に、正極１及びセパレータ３と、セパレータ３及び負極２とが隙間なく接している（以下同様）。
上述した構成において、外部より負極端子２５に対して正極端子１５に正の電圧を印加して充電させた場合、ナトリウムイオンが正極１からセパレータ３を介して負極２に移動し、その結果、正極材１２及び負極材２２が膨脹する。一方、正極端子１５及び負極端子２５間の外部に負荷を接続して放電させた場合、ナトリウムイオンが負極２から正極１に移動して、正極材１２及び負極材２２が収縮する。このため、発電要素Ｘは、充放電に伴って体積が変化し、上下方向について伸縮することになる。
このように、充放電に伴って発電要素Ｘが上下方向に伸縮する場合であっても、負極２が押え板４ｂに及ぼす上下方向の変位が、バネ４ａが上下方向に伸縮することによって吸収されるため、バネ４ａが押え板４ｂを介して負極２を押圧する押圧力が略一定に保持される。
このように、充放電に伴って発電要素Ｘが上下方向に伸縮する場合であっても、負極２が押え板４ｂに及ぼす上下方向の変位が、バネ４ａが上下方向に伸縮することによって吸収されるため、バネ４ａが押え板４ｂを介して負極２を押圧する押圧力が略一定に保持される。
以上のように本実施の形態１によれば、負極側に設けたバネによる押圧力及び電池容器の底壁からの反作用で発電要素を正極及び負極側から押圧するため、正極及び負極が充放電によって厚み方向に伸縮した場合であっても、セパレータに対する正極及び負極からの押圧力が略一定に保持される。また、矩形板状の正極及び負極間に、矩形板状のガラスクロスからなり溶融塩を含ませたセパレータを介装させて発電要素にしてあり、電池容器の形状を発電要素の形状に合わせて略直方体状にしてあるため、スペース効率が良好となる。
従って、安定した充放電を行うことが可能となり、且つエネルギー密度を高めることが可能となる。
従って、安定した充放電を行うことが可能となり、且つエネルギー密度を高めることが可能となる。
また、負極側に設けた押え板によって、バネから発電要素へ押圧力が分散されるように伝達されるため、発電要素に対する押圧力の分散度を適正に調整することが可能となる。
更にまた、非可撓性の押え板が、電池容器の天壁側から与圧されて負極を押圧するため、正極及び負極に対する押圧力が略均等に分散される。従って、正極及び負極に歪み（しわ）が生じ難くなると共に、充放電に伴う正極及び負極での反応を略均一に進行させることが可能となる。
（実施の形態２）
実施の形態１が、バネ４ａの弾性力によって発電要素Ｘを押圧する形態であるのに対し、実施の形態２は、電池容器の周面に形成された屈曲部が屈伸することによって発電要素Ｘを押圧する形態である。
図２は、本発明の実施の形態２に係る溶融塩電池の略示縦断面図である。図中５ａはアルミからなる電池容器であり、電池容器５ａは、短尺で中空の略四角柱状をなしている。電池容器５ａは、稜に丸みを持たせた周面５１に、周方向に沿って外側に屈曲する屈曲部５１０を形成してあり、各内面には、フッ素コートによって絶縁処理が施されている。電池容器５ａ内には、矩形平板状の正極１及び負極２間にガラスクロスからなるセパレータ３を介装させた発電要素Ｘが、正極１を下方に向けて収容されている。発電要素Ｘの正極集電体１１及び負極集電体２１の夫々は、電池容器５ａの底壁５２の上面及び天壁５３ａの下面と接している。電池容器５ａの底壁５２及び天壁５３ａの夫々は、屈曲部５１０の弾性力によって上方及び下方に付勢されているため、正極１及び負極２の夫々は、電池容器５ａの底壁５２及び天壁５３ａから、上方及び下方に押圧されるようになっている。
実施の形態１が、バネ４ａの弾性力によって発電要素Ｘを押圧する形態であるのに対し、実施の形態２は、電池容器の周面に形成された屈曲部が屈伸することによって発電要素Ｘを押圧する形態である。
図２は、本発明の実施の形態２に係る溶融塩電池の略示縦断面図である。図中５ａはアルミからなる電池容器であり、電池容器５ａは、短尺で中空の略四角柱状をなしている。電池容器５ａは、稜に丸みを持たせた周面５１に、周方向に沿って外側に屈曲する屈曲部５１０を形成してあり、各内面には、フッ素コートによって絶縁処理が施されている。電池容器５ａ内には、矩形平板状の正極１及び負極２間にガラスクロスからなるセパレータ３を介装させた発電要素Ｘが、正極１を下方に向けて収容されている。発電要素Ｘの正極集電体１１及び負極集電体２１の夫々は、電池容器５ａの底壁５２の上面及び天壁５３ａの下面と接している。電池容器５ａの底壁５２及び天壁５３ａの夫々は、屈曲部５１０の弾性力によって上方及び下方に付勢されているため、正極１及び負極２の夫々は、電池容器５ａの底壁５２及び天壁５３ａから、上方及び下方に押圧されるようになっている。
上述した構成において、充放電に伴って発電要素Ｘが上下方向に伸縮する場合であっても、正極１及び負極２間の距離の変動、即ち電池容器５ａの底壁５２及び天壁５３ａ間の距離の変動が、屈曲部５１０が上下方向に伸縮することによって吸収されるため、電池容器５ａの底壁５２及び天壁５３ａの夫々が正極１及び負極２を押圧する押圧力が略一定に保持される。
その他、実施の形態１に対応する箇所には同様の符号を付して、その詳細な説明を省略する。
その他、実施の形態１に対応する箇所には同様の符号を付して、その詳細な説明を省略する。
以上のように本実施の形態２によれば、電池容器の周面の周方向沿いに外側へ屈曲している屈曲部が、発電要素の上下方向への伸縮に応じて伸縮するため、正極及び負極が充放電によって厚み方向に伸縮した場合であっても、セパレータに対する正極及び負極からの押圧力を略一定に保持される。また、矩形板状の正極及び負極間に、同形状のガラスクロスからなるセパレータを介装させて発電要素にしてあり、電池容器の形状を発電要素の形状に合わせて略直方体状にしてあるため、スペース効率が良好となる。
従って、安定した充放電を行うことが可能となり、且つエネルギー密度を高めることが可能となる。
従って、安定した充放電を行うことが可能となり、且つエネルギー密度を高めることが可能となる。
尚、実施の形態２にあっては、周面５１に、周方向に沿って１つ（１つながり）の屈曲部５１０を備える例を示したが、周面５１に、周方向に沿って２つ以上の屈曲部５１０を備えるようにしてもよい。また、単なる屈曲部ではなく、山折り部と谷折り部が周面５１の周方向に沿って交互に現れる蛇腹を備えるようにしてもよい。屈曲部５１０は、発電要素への当接を避けるために外側に屈曲していることが好ましい。
（実施の形態３）
実施の形態１が、バネ４ａの弾性力によって発電要素Ｘを押圧する形態であるのに対し、実施の形態３は、電池容器の天壁が有する弾性力によって発電要素Ｘを押圧する形態である。
図３，４は、本発明の実施の形態３に係る溶融塩電池の略示縦断面図である。図中５ｂ，５ｃはアルミからなる電池容器であり、電池容器５ｂ，５ｃは、中空の略直方体状をなしている。電池容器５ｂは、天壁５３ｂの下面に凸曲面５３０を形成してある。また、電池容器５ｃは、天壁５３ｃの下面に複数の押圧子５３１を突設してある。電池容器５ｂ，５ｃの各内面は、フッ素コートによって絶縁処理が施されている。電池容器５ｂ，５ｃ内には、矩形平板状の正極１及び負極２間にガラスクロスからなるセパレータ３を介装させた発電要素Ｘが、正極１を下方に向けて収容されている。発電要素Ｘの正極集電体１１は、電池容器５ｂ，５ｃの底壁５２の上面と接しており、負極集電体２１と、電池容器５ｂ，５ｃの天壁５３ｂ，５３ｃとの間には、押え板４ｂが介装されている。電池容器５ｂ，５ｃの天壁５３ｂ，５３ｃが有する弾性力によって付勢された押え板４ｂが負極２を下方に押圧することにより、その反作用で、正極１が電池容器５ｂ，５ｃの底壁５２の上面から上方に押圧されるようになっている。
実施の形態１が、バネ４ａの弾性力によって発電要素Ｘを押圧する形態であるのに対し、実施の形態３は、電池容器の天壁が有する弾性力によって発電要素Ｘを押圧する形態である。
図３，４は、本発明の実施の形態３に係る溶融塩電池の略示縦断面図である。図中５ｂ，５ｃはアルミからなる電池容器であり、電池容器５ｂ，５ｃは、中空の略直方体状をなしている。電池容器５ｂは、天壁５３ｂの下面に凸曲面５３０を形成してある。また、電池容器５ｃは、天壁５３ｃの下面に複数の押圧子５３１を突設してある。電池容器５ｂ，５ｃの各内面は、フッ素コートによって絶縁処理が施されている。電池容器５ｂ，５ｃ内には、矩形平板状の正極１及び負極２間にガラスクロスからなるセパレータ３を介装させた発電要素Ｘが、正極１を下方に向けて収容されている。発電要素Ｘの正極集電体１１は、電池容器５ｂ，５ｃの底壁５２の上面と接しており、負極集電体２１と、電池容器５ｂ，５ｃの天壁５３ｂ，５３ｃとの間には、押え板４ｂが介装されている。電池容器５ｂ，５ｃの天壁５３ｂ，５３ｃが有する弾性力によって付勢された押え板４ｂが負極２を下方に押圧することにより、その反作用で、正極１が電池容器５ｂ，５ｃの底壁５２の上面から上方に押圧されるようになっている。
上述した構成において、充放電に伴って発電要素Ｘが上下方向に伸縮する場合であっても、負極２が押え板４ｂに及ぼす上下方向の変位が、天壁５３ｂ，５３ｃが上下方向に撓むことによって吸収されるため、天壁５３ｂ，５３ｃが押え板４ｂを介して負極２を押圧する押圧力が略一定に保持される。また、天壁５３ｂ，５３ｃの上方への撓みと相まって、天壁５３ｂ，５３ｃ夫々の下面に形成された凸曲面５３０及び押圧子５３１が、押え板４ｂに対する押し代となるため、凸曲面５３０の曲率及び押圧子５３１の高さを適当に設定することにより、負極２が押え板４ｂを介して下方に強固に押圧される。
その他、実施の形態１に対応する箇所には同様の符号を付して、その詳細な説明を省略する。
その他、実施の形態１に対応する箇所には同様の符号を付して、その詳細な説明を省略する。
以上のように本実施の形態３によれば、電池容器の天壁が有する弾性力及び電池容器の底壁からの反作用で発電要素を正極及び負極側から押圧するため、正極及び負極が充放電によって厚み方向に伸縮した場合であっても、セパレータに対する正極及び負極からの押圧力が略一定に保持される。また、矩形板状の正極及び負極間に、同形状のガラスクロスからなるセパレータを介装させて発電要素にしてあり、電池容器の形状を発電要素の形状に合わせて略直方体状にしてあるため、スペース効率が良好となる。
従って、安定した充放電を行うことが可能となり、且つエネルギー密度を高めることが可能となる。
従って、安定した充放電を行うことが可能となり、且つエネルギー密度を高めることが可能となる。
また、電池容器の負極側の内側に形成された凸曲面、或いは電池容器の負極側の内側に突出するように形成された複数の押圧子によって発電要素に対する押し代が確保されるため、発電要素を電池容器から強固に押圧することが可能となる。
尚、実施の形態３にあっては、天壁５３ｂ，５３ｃの弾性力で付勢された押え板４ｂが負極２を下方に押圧しているが、底壁５２の弾性力によって正極１を上方に押圧するようにしてもよい。その場合は、底壁５２の上面側に凸曲面又は押圧子を形成するようにしてもよい。
また、実施の形態２における電池容器５の天壁５３及び／又は底壁５２を実施の形態３の天壁５３ｂ，５３ｃのように形成し、天壁５３及び／又は底壁５２が、押し板４ｂを介して負極２及び／又は正極１を更に押圧するようにしてもよい。
（実施の形態４）
実施の形態１が、電池容器５内へ発電要素Ｘを収容する際の開口部の位置を明示しない形態であるのに対し、実施の形態４は、電池容器の周面の一側方に開口を設けてあり、該開口から、負極２及び正極１を上下方向に向けた発電要素Ｘを収容する形態である。
図５は、本発明の実施の形態４に係る溶融塩電池の電池容器７の略示分解斜視図である。電池容器７は、中空の略直方体状をなすアルミからなり、一側面（周面の一方）に開口７０を有する容器本体７ａと、アルミからなり、前記開口７０を封口する蓋体７ｂとを備える。容器本体７ａ及び蓋体７ｂの内側は、フッ素コートによって絶縁処理が施されている。容器本体７ａ及び蓋体７ｂ夫々の嵌合面には、図示しないＯリングを挟装するためのリング溝７１ａ及び７１ｂが周設されている。
実施の形態１が、電池容器５内へ発電要素Ｘを収容する際の開口部の位置を明示しない形態であるのに対し、実施の形態４は、電池容器の周面の一側方に開口を設けてあり、該開口から、負極２及び正極１を上下方向に向けた発電要素Ｘを収容する形態である。
図５は、本発明の実施の形態４に係る溶融塩電池の電池容器７の略示分解斜視図である。電池容器７は、中空の略直方体状をなすアルミからなり、一側面（周面の一方）に開口７０を有する容器本体７ａと、アルミからなり、前記開口７０を封口する蓋体７ｂとを備える。容器本体７ａ及び蓋体７ｂの内側は、フッ素コートによって絶縁処理が施されている。容器本体７ａ及び蓋体７ｂ夫々の嵌合面には、図示しないＯリングを挟装するためのリング溝７１ａ及び７１ｂが周設されている。
上述した電池容器７には、実施の形態１の図１に示す発電要素Ｘと、該発電要素Ｘを上方から押圧すべきバネ４ａ及び押え板４ｂとが、正極１を下方に向けて収容される。電池容器７に発電要素Ｘが収容された場合、正極集電体１１及び負極集電体２１夫々の一端部はリード線１３，２３によって、蓋体７ｂの表側に突設された正極端子１５及び負極端子２５と接続されるようになっている。図５では、絶縁部材１４，２４は省略してある。
尚、容器本体７ａの天壁及び／又は底壁を実施の形態３の天壁５３ｂ，５３ｃのように形成し、天壁及び／又は底壁が、押し板４ｂを介して負極２及び／又は正極１を押圧するようにしてもよい。また、電池容器７の周面の一部を、実施の形態２に示した屈曲部５１０のように屈曲させてもよい。
以上のように本実施の形態４によれば、電池容器の周面の一方を開口させて容器本体とし、該開口を蓋体で封口してあるため、発電要素を電池容器内に組み込むための開口部の大きさを小さくできる。
従って、例えば開口部を密閉するためのＯリングを小さくすることができ、電池容器への発電要素の収容効率を上げることが可能となる。
従って、例えば開口部を密閉するためのＯリングを小さくすることができ、電池容器への発電要素の収容効率を上げることが可能となる。
（実施の形態５）
実施の形態４が、電池容器７の周面の一側方に設けた開口７０から発電要素Ｘを収容する形態であるのに対し、実施の形態５は、２つの容器半体からなる電池容器に複数の発電要素Ｘを収容する形態である。
図６（ａ）は、本発明の実施の形態５に係る溶融塩電池の容器半体の略示平面図、（ｂ）は、容器半体の略示正面断面図である。また、図７（ａ）は、他の容器半体の略示平面図、（ｂ）は、他の容器半体の略示正面断面図である。図中８は電池容器であり、電池容器８は、平面視が矩形状で底板部８２に側板部８３を周設してなる容器半体８ａと、平面視が矩形板状で前記容器半体８ａとＯリング９１を介して嵌合せしめられる他の容器半体８ｂとを備える。容器半体８ａ，８ｂは、何れもアルミからなる。容器半体８ａ及び８ｂ夫々の嵌合面には、Ｏリング９１を挟装するためのリング溝８１ａ及び８１ｂが周設されている。
実施の形態４が、電池容器７の周面の一側方に設けた開口７０から発電要素Ｘを収容する形態であるのに対し、実施の形態５は、２つの容器半体からなる電池容器に複数の発電要素Ｘを収容する形態である。
図６（ａ）は、本発明の実施の形態５に係る溶融塩電池の容器半体の略示平面図、（ｂ）は、容器半体の略示正面断面図である。また、図７（ａ）は、他の容器半体の略示平面図、（ｂ）は、他の容器半体の略示正面断面図である。図中８は電池容器であり、電池容器８は、平面視が矩形状で底板部８２に側板部８３を周設してなる容器半体８ａと、平面視が矩形板状で前記容器半体８ａとＯリング９１を介して嵌合せしめられる他の容器半体８ｂとを備える。容器半体８ａ，８ｂは、何れもアルミからなる。容器半体８ａ及び８ｂ夫々の嵌合面には、Ｏリング９１を挟装するためのリング溝８１ａ及び８１ｂが周設されている。
容器半体８ａの底板部８２には、前面側の側板部８３から背面側の側板部８３にかけて底板部８２を横方向に等間隔で区切るように、リブ８４，８４，８４が立設されている。底板部８２には、また、一側方の側板部８３から他側方の側板部８３にかけて底板部８２を前後方向に等間隔で区切るように、リブ８５が立設されている。リブ８４，８４，８４、８５の上面には、リブ８４，８４，８４、８５と同一幅の絶縁部材９２が配されており、リブ８４，８４，８４、８５の高さに絶縁部材９２の厚さを加えた高さが、側板部８３の高さと略等しくなるようにしてある。
上述した容器半体８ａに容器半体８ｂを嵌合させることにより、電池容器８は、大きさが等しい８つの区画に区切られる。容器半体８ａと容器半体８ｂとは、Ｏリング９１及び絶縁部材９２によって絶縁されている。各区画には、実施の形態１の図１に示す発電要素Ｘと、該発電要素Ｘを上方から押圧すべきバネ４ａ及び押え板４ｂとが、正極１を下方に向けて収容される。この場合、バネ４ａ及び押え板４ｂを導電性の材料で構成することにより、上記各区画に収容された発電要素Ｘの正極１同士及び負極２同士が、夫々容器半体８ａ及び容器半体８ｂによって相互に接続される。
以上のように本実施の形態５によれば、電池容器の一方の容器半体にリブが形成されているため、容器半体の肉厚を薄くした場合であっても機械的な強度を確保することが可能となる。
また、電池容器の内部がリブによって８つの区画に区切られており、各区画に配した夫々の発電要素の正極同士及び負極同士が相互に接続されるため、薄型で大容量の電池を得ることが可能となる。更に、各発電要素のリブに向かう方向への膨脹が、リブによって拘束されるため、８つの発電要素を電池容器内の各区画に安全に収容することが可能となる。
更にまた、２つの容器半体同士をＯリング及び絶縁部材で絶縁してあり、一方の容器半体を正極に、他方の容器半体を負極に、夫々電気的に接続してあるため、２つの容器半体の夫々を電池の負極端子及び正極端子として利用することが可能となる。
尚、実施の形態５にあっては、容器半体８ａにのみリブ８４，８４，８４，８５を備えたが、容器半体８ｂにもリブを備えるようにしてもよい。
また、８つの区画に夫々配した発電要素Ｘの正極１同士及び負極２同士が、夫々容器半体８ａ及び容器半体８ｂによって相互に接続されるようにしたが、これに限定されるものではなく、電池容器８内で各発電要素Ｘが直列に接続されるようにしてもよい。この場合は、電池の電圧を高めることが可能となる。
（実施の形態６）
実施の形態１が、矩形平板状の正極１及び負極２を有する発電要素Ｘを電池容器５内に収容する形態であるのに対し、実施の形態６は、正極、セパレータ及び負極を巻回してなる発電要素を電池容器５内に収容する形態である。
図８は、本発明の実施の形態６に係る溶融塩電池の略示縦断面図である。電池容器５内には、シート状の正極１ａ及び負極２ａ間にガラスクロスからなるセパレータ３ａを介装させて巻回した発電要素Ｘａが、正極１ａを下方に向けて収容されている。電池容器５内の負極２ａの上方には、バネ４ａが配されており、該バネ４ａが、押え板４ｂを付勢して負極２ａを下方に押圧させることにより、その反作用で、正極１ａが電池容器５の底壁５２の上面から上方に押圧されるようになっている。
実施の形態１が、矩形平板状の正極１及び負極２を有する発電要素Ｘを電池容器５内に収容する形態であるのに対し、実施の形態６は、正極、セパレータ及び負極を巻回してなる発電要素を電池容器５内に収容する形態である。
図８は、本発明の実施の形態６に係る溶融塩電池の略示縦断面図である。電池容器５内には、シート状の正極１ａ及び負極２ａ間にガラスクロスからなるセパレータ３ａを介装させて巻回した発電要素Ｘａが、正極１ａを下方に向けて収容されている。電池容器５内の負極２ａの上方には、バネ４ａが配されており、該バネ４ａが、押え板４ｂを付勢して負極２ａを下方に押圧させることにより、その反作用で、正極１ａが電池容器５の底壁５２の上面から上方に押圧されるようになっている。
以上のように本実施の形態６によれば、セパレータを介してシート状の正極及び負極を巻回した発電要素群を一の発電要素とするため、大容量の電池を得ることが可能となる。
尚、実施の形態６にあっては、発電要素を巻回する回数が１回に満たないものであるが、巻回回数が１回より大きくなるようにしてもよい。
また、実施の形態１及び６にあっては、バネ４ａと押え板４ｂとを負極２，２ａ側に備えているが、これらを正極１，１ａ側に備えてもよいし、両極側に備えるようにしてもよい。
更にまた、実施の形態２から５にあっては、矩形平板状の正極１及び負極２を有する発電要素Ｘを電池容器内に収容したが、実施の形態６に示した発電要素Ｘａを電池容器に収容するようにしてもよい。
更にまた、実施の形態１から５にあっては、１組の正極１、セパレータ３及び負極２からなる発電要素Ｘを電池容器に収容したが、セパレータ３を介して正極１及び負極２を積層することによって発電要素群を構成し、これを電池容器に収容するようにしてもよい。
その場合、各発電要素Ｘが直列に接続されることから、高電圧の電池を得ることが可能となる。また、この場合は、互いに接触する正極集電体１１及び負極集電体２１の何れもがアルミからなるため、電触の虞をなくすことができる。
その場合、各発電要素Ｘが直列に接続されることから、高電圧の電池を得ることが可能となる。また、この場合は、互いに接触する正極集電体１１及び負極集電体２１の何れもがアルミからなるため、電触の虞をなくすことができる。
更にまた、実施の形態１から５にあっては、電池容器の内面に絶縁処理を施したが、これに限定されず、例えば、電池容器を正極１（又は負極２）と電気的に接続してもよい。これにより、電池容器を電池の正極端子（又は負極端子）とすることが可能となる。
更にまた、実施の形態１から６にあっては、正極１又は正極集電体１１ａを下方に向けて発電要素Ｘ又はＸａを電池容器に収容したが、発電要素Ｘ又はＸａの天地を逆にして電池容器収容してもよい。
１、１ａ 正極
１１、１１ａ 正極集電体
２、２ａ 負極
２１、２１ａ 負極集電体
３ セパレータ
４ａ バネ（押圧部材）
４ｂ 押え板（伝達部材）
５、５ａ、５ｂ、５ｃ 電池容器
５１ 周面
５１０ 屈曲部
５３０ 凸曲面
５３１ 押圧子
７ 電池容器
７ａ 容器本体
７ｂ 蓋体
７０ 開口
８ 電池容器
８ａ、８ｂ 容器半体
８４、８５ リブ
９１ Ｏリング
Ｘ、Ｘａ 発電要素
１１、１１ａ 正極集電体
２、２ａ 負極
２１、２１ａ 負極集電体
３ セパレータ
４ａ バネ（押圧部材）
４ｂ 押え板（伝達部材）
５、５ａ、５ｂ、５ｃ 電池容器
５１ 周面
５１０ 屈曲部
５３０ 凸曲面
５３１ 押圧子
７ 電池容器
７ａ 容器本体
７ｂ 蓋体
７０ 開口
８ 電池容器
８ａ、８ｂ 容器半体
８４、８５ リブ
９１ Ｏリング
Ｘ、Ｘａ 発電要素
Claims (14)
- 溶融塩を含んでなるセパレータを正極及び負極間に介装させた発電要素と、該発電要素を収容する電池容器とを備える溶融塩電池において、
前記電池容器内の前記正極及び／又は負極側に押圧部材を備え、
該押圧部材で前記発電要素を押圧するようにしてあること
を特徴とする溶融塩電池。 - 溶融塩を含んでなるセパレータを正極及び負極間に介装させた発電要素と、該発電要素を収容する電池容器とを備える溶融塩電池において、
前記電池容器は、前記正極及び負極が対向する方向を軸方向とする筒体であり、
該筒体の周面に、周方向に沿って屈曲しており、前記発電要素の前記軸方向への伸縮に伴って伸縮する屈曲部を形成してあること
を特徴とする溶融塩電池。 - 溶融塩を含んでなるセパレータを正極及び負極間に介装させた発電要素と、該発電要素を収容する電池容器とを備える溶融塩電池において、
前記電池容器は、前記発電要素を前記正極及び／又は負極側から押圧するようにしてあることを特徴とする溶融塩電池。 - 前記電池容器は、前記正極及び／又は負極側の内側を凸曲面にしてあることを特徴とする請求項２又は３に記載の溶融塩電池。
- 前記電池容器は、前記正極及び／又は負極側の内側に複数の押圧子を突設してあることを特徴とする請求項２又は３に記載の溶融塩電池。
- 前記正極及び／又は負極に押圧力を分散伝達する伝達部材を備えることを特徴とする請求項１、４又は５の何れか１項に記載の溶融塩電池。
- 前記伝達部材は非可撓性を有し、前記押圧部材、凸曲面又は押圧子から与圧されて前記正極及び／又は負極を押圧するようにしてあることを特徴とする請求項６に記載の溶融塩電池。
- 前記電池容器を前記正極又は負極と電気的に接続してあることを特徴とする請求項１から７の何れか１項に記載の溶融塩電池。
- 前記電池容器は、前記正極又は負極側にリブが形成された第１容器半体に、第２容器半体を結合してなることを特徴とする請求項１から８の何れか１項に記載の溶融塩電池。
- 前記リブで前記電池容器内に複数の区画を形成してあり、
該複数の区画の夫々に、前記発電要素を配してあること
を特徴とする請求項９に記載の溶融塩電池。 - 前記第１容器半体及び第２容器半体を電気的に絶縁してあり、
前記第１容器半体及び第２容器半体を前記正極及び負極の何れかに各別に、電気的に接続してあること
を特徴とする請求項９又は１０に記載の溶融塩電池。 - 前記電池容器は、前記正極及び負極が対向する方向を軸方向とする周面の一方が開口する容器本体、及び該容器本体の開口を封口する蓋体を有することを特徴とする請求項１から８の何れか１項に記載の溶融塩電池。
- 複数の発電要素を積層した発電要素群を収容してあることを特徴とする請求項１から１２の何れか１項に記載の溶融塩電池。
- 前記発電要素は、前記正極、セパレータ及び負極を巻回してなることを特徴とする請求項１から１２の何れか１項に記載の溶融塩電池。
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