JP2017515764A - ガルバーニ電池を輸送するための装置および方法 - Google Patents

Abstract

電気化学電池、特にリチウムイオンベースの電池および／またはリチウムイオンポリマー電池の安全性に関わる状態を防止および制御しながら、使用済みの、損傷した、または欠陥のある電気化学電池を輸送するための装置であって、外周壁、基部および閉じることができるカバーを有し、周壁、基部およびカバーはそれらの間にチャンバを画定し、その中間チャンバには、不活性、非伝導性かつ不燃性で吸収性の中空ガラス粒子のみから構成されている耐火性材料がバルク材として充填されており、耐火性材料に対して浸透性であるバスケットが、少なくとも１つの電気化学電池を受け入れるためのチャンバ内に配置されている、装置。

Description

本発明は、空間を画定する容器を有する、ガルバーニ電池、特にリチウムイオンベースの電池および／またはリチウムイオンポリマー電池の安全性に関わる危機的な状態を防止および制御しながら、使用済みの、損傷したまたは欠陥のあるガルバーニ電池を輸送するための装置に関し、空間には、不活性、非伝導性かつ不燃性で吸収性の中空ガラス粒子のみから成る難燃剤が、余裕のある充填物の形態で充填される。本発明はまた、使用済みの、損傷したまたは欠陥のあるガルバーニ電池の貯蔵および輸送方法にも関する。

本事例において、本発明の範囲内で、ガルバーニ電池は、以下の３つのグループに分けられる、化学エネルギーを電気エネルギーに自発的に変換するための装置であると理解される。

ａ）一次電池（口語的にバッテリとも称される）。これは、電池が充電され、１回のみ放電され得ることを特徴とする。放電は不可逆的であり、一次電池は二度と充電することはできない。

ｂ）二次電池（口語的に充電式バッテリとも称される）。放電後、二次電池は、放電と反対方向の電流によって再充電することができる。特に、リチウムイオンベースの電池が、本発明の範囲内で考慮されることとなる。

ｃ）燃料電池（三次電池とも称される）。これらのガルバーニ電池の場合、化学エネルギー担体が、外部から連続的に与えられる。これによって、原則的に時間に関して無制限に、連続的に動作することが可能である。

原則的に、本発明は、３つすべてのタイプのガルバーニ電池に適用することができるが、特に、金属イオンベースの電池、より詳細には、リチウムイオンベースの電池および／またはリチウムイオンポリマー電池を対象とする。

単純にするために、たとえすべてのタイプのガルバーニ電池が参照される場合であっても、「バッテリ」という用語のみを以下で使用する。

今日、リチウムイオンベースの電池は、重量と比較してそれらの容量が有利であるため、様々な分野においてますます広い範囲に使用されている。特に、充電式バッテリによって動作される乗用車または二輪車両のような、電気自動車およびハイブリッド自動車にそれらを使用することが、将来において相当に増大することが予測される。

バッテリ、特にリチウムイオンバッテリが機能しなくなると、化学物質（電解質）および粒子がバッテリの内部から漏出する可能性がある。この放出された物質は、粉塵、薄い膜、エアロゾル、液体、液滴霧といったように、固体、液体または気体であるか、その複合物という形態で存在する。その上、化学反応および／または電気的反応の結果として、相当量の熱が発生する可能性がある。

この物質は、部分的に反応性が高く、健康にとって有害である。放出された物質が発火し、火災および／または爆発を引き起こす可能性もある。

それゆえ、ほぼすべてのリチウムイオンバッテリにおいて、たとえば、バッテリが損傷を受けた場合に漏出し、反応性の高い毒性化合物（フッ化水素酸など）に分解する可能性があるヘキサフルオロリン酸リチウムが、電解質として使用される。

すべての安全対策を施したにもかかわらず、安全性に関わる危機的状態が生じる場合、対抗手段がとられなければならない。たとえば、火災が発生した場合、消防対策、および、環境の汚染を回避するための対策が必要とされる。

本発明の事例において、安全性に関わる危機的状態は、
− 侵食的で毒性のある化合物（たとえば、リチウム電池中のフッ化水素酸）が時間的に遅れて形成される可能性がある電解質の漏出、
− 電解質の沸点を超えた電池の加熱、
− ガスの発生、
− 安全弁の解放および／または筐体の断裂、
− ガスの漏出、
− 酸素の流入を伴う引火性気体混合物の発生、
− 電池の内部または外部の発火源での発火後の気体混合物の爆発、
− 煙ガスの発生によるガルバーニ電池の構成要素の燃焼、
− 周囲の物質およびデバイスへの炎の拡散、を含む。

ガルバーニ電池、特に金属イオンベースの電池、および、より特に好ましいリチウムイオンベースの電池の事例におけるこれらの安全性に関わる危機的状態は、防止されるか、または、少なくとも広範囲にわたり阻止されるべきである。

独国特許第１０ ２００６ ０１９ ７３９号公報は、消火剤のための少なくとも１つの貯蔵容器を有し、消火剤を貯蔵容器から炎へと輸送するための配管系統を有し、消火剤を貯蔵容器から配管系統を通じて炎へと搬送するための搬送手段を有する、消火剤を使用して危険物の炎を消すためのシステムを開示している。使用される消火剤は、少なくとも１０００度までの温度に耐え、その直径が０．１ｍｍから５ｍｍの間である中空の粒子である。このシステムはすでに上手く機能していることが証明されているが、迅速な搬送手段、センサなどを必要とし、したがって、産業設備向けに考慮される可能性がより高い。

欧州特許第２ １６７ ４３９号明細書は、危険物に難燃剤を持続的に施与し続けることによって、および／または、危険物に難燃剤を持続的に充填し続けることによって予防的に防火するための、少なくとも１０００℃までの温度に耐える、中空ガラス球から成る粒子から構成されている難燃剤であって、丸い粒子の直径は０．１ｍｍから５ｍｍの間である、難燃剤の使用を開示している。この着想も上首尾であることが証明されているが、燃料貯蔵所における浮遊施与またはケーブル管路の充填に特化している。

国際公開第２０１１／０１５４１１号パンフレットは、１つまたは複数の電池、好ましくはリチウムイオンバッテリにおける消防および／または火災の防止の方法を開示しており、カルシウム塩およびゲル消火剤の水性溶液が使用される。

国際公開第２０１０／１４９６１１号パンフレットは、ａ）粉砕されるべき１つまたは複数のバッテリを提供するステップと、ｂ）提供されたバッテリを機械的に粉砕するステップとを含むバッテリを安全に粉砕する方法を開示しており、粉砕過程は、ｉ）バッテリ内の炎を抑制または低減するのに適している少なくとも１つの金属難燃剤、およびｉｉ）酸および／または塩基を結合するのに適している少なくとも１つの結合剤の存在下で行われる。

独国特許出願公開第１０ ２０１０ ０３５ ９５９号公報は、安全装置と、充填剤を充填されている、危険物品のための容器とを有することができる、危険物品、特に電気化学エネルギー貯蔵デバイスの輸送装置を開示している。

独国特許第１０ ２００６ ０１９ ７３９号公報 欧州特許第２ １６７ ４３９号明細書 国際公開第２０１１／０１５４１１号パンフレット 国際公開第２０１０／１４９６１１号パンフレット 独国特許出願公開第１０ ２０１０ ０３５ ９５９号公報

それらとは対照的に、本発明の目的は、処理を容易にする、ガルバーニ電池の安全性に関わる危機的な状態を防止および制御しながら、使用済みの、損傷したまたは欠陥のあるガルバーニ電池を輸送および貯蔵するための代替物を提供することである。

この目的は、請求項１に記載の装置および請求項９に記載の方法によって達成される。

本発明によれば、少なくとも１つのガルバーニ電池を受け入れるように構成されている、難燃剤にとって浸透性であるバスケットが空間内に配置された場合、難燃剤の中にバッテリを導入し、また特に、それらのバッテリを取り出す過程が単純化されることが認められている。

事実、このようにして、問題のバッテリを容器の外側からバスケット内に装填し、バスケットを全体として、難燃剤を充填された容器内に引き降ろすことが可能になる。同様に、容器を空にすることも単純であり、そのためには、バスケットを取り出すだけでよい。両方の事例において、浸透性によって、難燃剤はバスケットに貫入（またはバスケットから流出）してバッテリを包囲し、それによって、バッテリが埋め込まれる（または露出される）。

バスケットは、任意選択的に粉体塗装ワイヤから構成されているワイヤバスケットであることが好ましい。

バスケットは、非伝導性材料から構成されることが好ましい。

容器壁からの距離が維持されることを保証するために、バスケットには、スペーサを設けることができる。それゆえ、バスケットは、難燃剤を充填された容器内にのみ導入される必要がある。したがって、距離は、たとえ輸送中であっても、揺動およびジャークの動きに関わらず「自動的に」維持される。

さらに、バスケットは、個々のバッテリのための区画を形成するために内部に隔壁を設けることができ、それによって、バッテリは互いから必要とされる距離を常に維持する。

最も単純な事例において、スペーサは、たとえば、バスケットの一部として形成され、外向きに突出する、ブラケット構造によって構成することができる。

スペーサは、基部および／または側壁からの距離が維持され、それらが難燃剤を充填されるように、バスケットの基部および／または側壁上に配置することができる。

開口部のメッシュ幅またはサイズは、難燃剤のサイズに適合することができる。

バスケットには、手動または機械的処理、たとえば引き抜きを単純化するためのホルダを設けることができる。それらは、たとえば、ブラケットハンドル、小孔などとすることができる。

好ましい難燃剤は、中空ガラス粒子のみから構成される、すなわち、難燃剤は、中空ガラス粒子しか含まず、それ以外にさらなる成分を含まない。中空ガラス粒子は中空の丸い粒子であるか、または、中空領域を設けられている丸い粒子であることが好ましく、これは、少なくとも１０００℃までの温度に耐え、０．１ｍｍから１０ｍｍの間の平均直径を有することが好ましい。０．１ｍｍから５ｍｍの間の平均直径がより好ましい。

使用される中空ガラス粒子は、安全性リスクに従って計算される粒径と、冷却による発火を回避し、酸素欠乏および／または酸素排除によって火災を防止し、可燃性ガスの混合物の発生を防止するための空洞部分と、爆発、すなわち、爆発性雰囲気を防止し、酸素を排除し、発火源を防止するために、安全性リスクに従って計算される粒径とを有する。さらに、中空ガラス粒子は、いかなる導電性も有しない。その上、中空ガラス粒子は吸収性であり、したがって、電池から漏出した電解質を吸収することができる。

システムは、何の問題もなく粒子を再使用することを可能にし、実質的に損耗しない。難燃剤は、使い切ったときまたは汚染されてしまったときにのみ交換されさえすればよい。

本発明はまた、請求項９に記載の貯蔵および輸送方法にも関する。

本方法によれば、問題のガルバーニ電池は、上述した装置の安全性に関わる危機的な状態を防止するために、貯蔵／輸送のための難燃剤としての役割を果たす中空ガラス粒子の中に直接的に個々に埋め込まれる。

消火剤の放出および／または施与をトリガするためにいかなるアクティブな監視も必要とされない。

貯蔵および／または輸送は、適切な種類の危険物品容器内で実施することができ、ガルバーニ電池が、高さ、幅および深さに関して互いから一定の距離をおいて埋め込まれる。

中空ガラス粒子の特定の難燃剤が、使用済みの、損傷したまたは欠陥のあるバッテリまたはガルバーニ電池、特にリチウムイオンベースの電池を貯蔵および輸送するのに適していることが実証されている。

使用される中空ガラス粒子の特性は上記に記述されており、埋め込み手順においても使用される。難燃剤は、特定の層厚のからの球の密集によって空気が排除および密封されるように、丸い粒子がガルバーニ電池上に堆積されるために、可能性のある炎を「窒息」させることによって機能する。

丸い粒子は、不活性ガラス材料から構成される。これによって、特に有効な充填、流動およびクリープ機能が可能になり、したがって、たとえ間隙のような狭く他の様態でアクセスしにくい領域においても、信頼可能な輸送特性および火災領域のカバーが可能になる。それゆえ、これによってまた、可能性のある炎に酸素が供給されることも防止される。

貯蔵および／または輸送は、耐火性材料、たとえば、危険物品または安全容器から構成される容器（外周壁）内で行われることが好ましく、バッテリは中空ガラス粒子の中に埋め込まれ、任意選択的に、高さ、幅および深さに関して互いから一定の距離をおいて埋め込まれる。複数のリチウムイオンベースの電池が挿入される場合に、互いから約１０ｍｍの電池高さの関係において、各事例（高さ、幅、深さ）において、少なくとも約３０ｍｍの距離を維持することが特に好ましいことが証明されている。

外側パッキングの側壁（周壁）とリチウムイオン電池との間で、少なくとも２ｃｍ、好ましくは５〜２０ｃｍ、特に１０ｃｍの距離が維持されるべきである。

外側パッキングは、たとえば適切なサイズの金属から構成することができ、その基部は、少なくとも３０ｍｍ、好ましくは５〜２０ｃｍ、特に１０ｃｍの層厚を有する特定の中空ガラス粒子の層によって被覆される。しかしながら、合成材料から構成されている容器も適切である。

複数のガルバーニ電池が輸送されるべきである場合、ガルバーニ電池は、少なくとも１００ｍｍの空き空間がガルバーニ電池感に残るように、この基部に対して配置されるべきである。空き空間には、同じ特定の中空ガラス粒子が充填されることになる。このガルバーニ電池の第１の層は、その上に同じように配置されるさらなる電池層を有することができる。これらの電池は、その上部を、少なくとも１００ｍｍの層厚を有する特定の中空ガラス粒子の層で被覆されることになる。それゆえ、すべてのガルバーニ電池が、少なくとも１００ｍｍの層厚を有する特定の中空ガラス粒子の層によって、すべての側面を包囲される。

電池が発火した場合、閉じられた（安全）容器が、炎の拡散および汚染を防止する。中空ガラス粒子が、短期間内で発生した炎の酸素を欠乏させるか、または、上記炎が成長することもさえも阻止する。

電池は、安全性リスクに従って計算される量の中空ガラス粒子の中に直接的に埋め込まれる。

本発明のさらなる特徴および詳細が、以下の図面の説明から明らかになる。

図１は、リチウムイオン電池を収集、貯蔵および輸送するための、本発明による容器の概略側断面図である。 図２は、線Ａ−Ａに沿って見た断面における図１の容器の平面図である。

図１および図２は、耐火性材料から構成されており、その全体が参照符号１によって指定されている閉鎖可能容器を示す。明瞭性を改善するために、設けられている蓋は図１および図２では省略されている。

容器１は、外壁２および基部３（ならびに図示されていない蓋）によって、内部に、中空ガラス粒子５の充填材によって充填される空間４を画定する。

中空ガラス粒子５は不活性、非伝導性かつ不燃性で吸収性であり、少なくとも１０００℃を上回る温度でしか溶融しない。中空ガラス粒子は、０．１ｍｍから５ｍｍの間の平均直径を有する（ふるい分析による）。

空間４内には、粉体塗装ワイヤメッシュから構成されているバスケット６が挿入されており、そのメッシュ幅は、中空ガラス粒子５がメッシュを通じて妨げられずに貫入または流動することができるように構成されている。

欠陥のあるバッテリＢがバスケット６内に配置される。

中空ガラス粒子５はバスケットのメッシュを通じて自由に流動することができるため、バッテリＢは、すべての側面において中空ガラス粒子５によって包囲され、または、その中に埋め込まれ、危機状態が制御不良に発生するリスクが最小限に抑えられるか、または、防止される。

バスケット６が容器１内に導入され、容器１から除去され得ることを保証するために、バスケットは、各事例において、バスケット６の上縁６Ｂから内向きに突出する２つのブラケットハンドル７を有する。

さらに、バスケットは下面に、各々がワイヤブラケットから構成されており、バスケットの長手方向において離間されている２つのスペーサ８を設けられている。

ブラケット８は、最初に、突出部８Ａによってバスケット基部６Ｃから下向きに容器の基部３へと延伸し、したがって、バスケット６またはその中に配置されているバッテリＢの、基部からの距離を規定する。

その後、ブラケット８は容器１の側壁６Ａへと側方外向きに延伸し、そのため、さらなる突出部８Ｂが湾曲する。それゆえ、バスケット６はまた、容器１内で側方にも位置決めされ滑ることなく、そのため、側壁６Ａからの距離も同様に固定される。

（図１の方向から見た）残りの容器寸法におけるバスケット６の距離も同様に、バスケット６自体またはさらなるブラケット９（図２参照、破線によって示す）のいずれかによって固定される。

このように、バッテリＢをバスケット６内に配置することができ、その後、バスケットを容器１内に導入することができ、すでに部分的に導入されている中空ガラス粒子５がバスケットのメッシュを通じて流動し、したがって、バッテリＢを包囲する。その後、容器１内の空間４を完全に、または、所望の充填レベルまで充填するために、さらなる中空ガラス粒子５が充填され、バッテリＢを被覆することができる。

１ 危険物品容器
２ 壁
３ 基部
４ 空間
５ 中空ガラス粒子
６ バスケット
６Ａ バスケットの側壁
６Ｂ バスケットの縁部
６Ｃ バスケット基部
７ ブラケットハンドル
８ ブラケット
８Ａ 突出部
８Ｂ 突出部
９ ブラケット
Ｂ リチウムイオンポリマーバッテリモジュール

Claims (10)

1. 空間を画定する容器を有し、前記空間には、不活性、非伝導性かつ不燃性で吸収性の中空ガラス粒子のみから成る難燃剤が、余裕のある充填物の形態で充填された、ガルバーニ電池、特にリチウムイオンベースの電池および／またはリチウムイオンポリマー電池の安全性に関わる危機的な状態を防止および制御しながら、使用済みの、損傷した、または欠陥のある前記ガルバーニ電池を輸送するための装置であって、
   少なくとも１つのガルバーニ電池を受け入れるための前記難燃剤に対して浸透性を持つバスケットが前記空間内に配置されている
   装置。
2. 前記バスケットはワイヤバスケットであることを特徴とする
   請求項１に記載の装置。
3. 前記バスケットは粉体塗装ワイヤから構成されることを特徴とする
   請求項２に記載の装置。
4. 前記バスケットにはスペーサが設けられることを特徴とする
   請求項１〜３のいずれか一項に記載の装置。
5. 前記スペーサはブラケット構造によって構成されることを特徴とする
   請求項４に記載の装置。
6. 前記スペーサは、前記バスケットの基部および／または側壁上に配置されることを特徴とする
   請求項５に記載の装置。
7. 前記中空ガラス粒子は中空の丸い粒子であるか、または、中空領域を設けられている丸い粒子であり、前記粒子は、少なくとも１０００℃までの温度に耐え、０．１ｍｍから１０ｍｍの間、特に０．１ｍｍから５ｍｍの間の平均直径を有することが好ましいことを特徴とする
   請求項１〜６の一項に記載の装置。
8. 前記外周壁は従来の危険物品容器であることを特徴とする
   請求項１〜７の一項に記載の装置。
9. 使用済みの、損傷したまたは欠陥のあるガルバーニ電池、特にリチウムイオンベースの電池のための貯蔵および輸送方法であって
   前記ガルバーニ電池は、請求項１〜８のいずれか一項に記載の装置の安全性に関わる状態を防止するために、貯蔵／輸送のための難燃剤としての役割を果たす中空ガラス粒子の中に直接的に個々に埋め込まれることを特徴とする
   方法。
10. 前記貯蔵および／または輸送は、適切な種類の危険物品容器内で実施され、前記ガルバーニ電池が、高さ、幅および深さに関して互いから一定の距離をおいて埋め込まれることを特徴とする
    請求項９に記載の方法。

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