JP2787215B2 - 二次電池 - Google Patents
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Description
【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 この発明は充電の可能な電池に関し、特にセラミック
製固体電解質を用いた二次電池に関するものである。
製固体電解質を用いた二次電池に関するものである。
従来の技術 この種の電池としてベータ電池もしくはセラミック電
池と称されるナトリウム−硫黄電池が従来知られてお
り、その原理的な構成を第５図に示す。すなわち円筒状
ケース１の内部に、該ケース１より小径の有底円筒状を
なすベータ（β″）−アルミナ製固体電解質２が同心状
に配置され、その固体電解質２の内部には陰極活物質と
してナトリウム３が充填されるとともに、固体電解質２
の外部には陽極活物質として硫黄４が充填され、またナ
トリウム３の内部に陰極端子５を挿入した状態で固体電
解質２の開口端部およびケース１の上端開口端部が絶縁
キャップ６によって密閉されるとともに、固体電解質２
の上端外周面とケース１の内周面との間に陽極端子７が
設けられている。このような構造の電池は、350℃程度
に加熱すると、β″−アルミナがイオン伝導体になり、
またナトリウムおよび硫黄が溶融状態となるので、ナト
リウムイオンが固体電解質２を通過することになる。そ
して 2Na＋xSNa2Sx（ｘ＝５〜２） の反応を伴って前記陰極端子５および陽極端子７から起
電力を取出し、またこれらの端子5,7から充電すること
ができる。
池と称されるナトリウム−硫黄電池が従来知られてお
り、その原理的な構成を第５図に示す。すなわち円筒状
ケース１の内部に、該ケース１より小径の有底円筒状を
なすベータ（β″）−アルミナ製固体電解質２が同心状
に配置され、その固体電解質２の内部には陰極活物質と
してナトリウム３が充填されるとともに、固体電解質２
の外部には陽極活物質として硫黄４が充填され、またナ
トリウム３の内部に陰極端子５を挿入した状態で固体電
解質２の開口端部およびケース１の上端開口端部が絶縁
キャップ６によって密閉されるとともに、固体電解質２
の上端外周面とケース１の内周面との間に陽極端子７が
設けられている。このような構造の電池は、350℃程度
に加熱すると、β″−アルミナがイオン伝導体になり、
またナトリウムおよび硫黄が溶融状態となるので、ナト
リウムイオンが固体電解質２を通過することになる。そ
して 2Na＋xSNa2Sx（ｘ＝５〜２） の反応を伴って前記陰極端子５および陽極端子７から起
電力を取出し、またこれらの端子5,7から充電すること
ができる。
発明が解決しようとする課題 しかるに上述した電池では、350℃程度まで加熱昇温
する必要があるが、その加熱の際に加熱ムラや急激な加
熱のために部分的な温度差が生じると、セラミック製で
ある固体電解質２が熱歪みによって破損する危険があ
る。またナトリウム３や硫黄４などの各活物質は溶融状
態に保持する必要があるが、放電もしくは充電の際に部
分的に温度低下が生じると、活物質が凝固し、充放電を
充分行ない得なくなる。したがって上記の電池では、加
熱昇温の際および保温の際には全体が均一温度になるよ
う制御する必要があり、そのために加熱手段として電気
抵抗線を使用した加熱方式が良いと考えられているが、
このような手段で加熱・保温する場合、電気抵抗線をケ
ース１の外周全体に巻き付ける必要が生じ、そのため電
池の設置性が悪化したり、また加熱・保温のためのコス
トが高くなったり、さらには断線による加熱不良事故が
生じるなどの不都合があった。
する必要があるが、その加熱の際に加熱ムラや急激な加
熱のために部分的な温度差が生じると、セラミック製で
ある固体電解質２が熱歪みによって破損する危険があ
る。またナトリウム３や硫黄４などの各活物質は溶融状
態に保持する必要があるが、放電もしくは充電の際に部
分的に温度低下が生じると、活物質が凝固し、充放電を
充分行ない得なくなる。したがって上記の電池では、加
熱昇温の際および保温の際には全体が均一温度になるよ
う制御する必要があり、そのために加熱手段として電気
抵抗線を使用した加熱方式が良いと考えられているが、
このような手段で加熱・保温する場合、電気抵抗線をケ
ース１の外周全体に巻き付ける必要が生じ、そのため電
池の設置性が悪化したり、また加熱・保温のためのコス
トが高くなったり、さらには断線による加熱不良事故が
生じるなどの不都合があった。
この発明は上記の事情に鑑みてなされたもので、均一
な加熱・保温が容易であり、したがって電気的特性を良
好に維持することのできる二次電池を、簡単かつ安価な
構造にて提供することを目的とするものである。
な加熱・保温が容易であり、したがって電気的特性を良
好に維持することのできる二次電池を、簡単かつ安価な
構造にて提供することを目的とするものである。
課題を解決するための手段 この発明は、上記の目的を達成するために、陽極活物
質と陰極活物質とをセラミック製固体電解質によって隔
絶し、かつ陰極活物質の内部に陰極端子を挿入するとと
もに陽極活物質に接するように陽極端子を設けてなる二
次電池において、蒸発および凝縮を伴って循環流動する
ことにより熱を輸送する作動流体を密閉容器の内部に封
入してなるヒートパイプを、前記陰極端子と兼ねるよう
にセラミック製固体電解質の長手方向に沿って配置した
ことを特徴とするものである。
質と陰極活物質とをセラミック製固体電解質によって隔
絶し、かつ陰極活物質の内部に陰極端子を挿入するとと
もに陽極活物質に接するように陽極端子を設けてなる二
次電池において、蒸発および凝縮を伴って循環流動する
ことにより熱を輸送する作動流体を密閉容器の内部に封
入してなるヒートパイプを、前記陰極端子と兼ねるよう
にセラミック製固体電解質の長手方向に沿って配置した
ことを特徴とするものである。
作用 この発明の二次電池では、加熱や保温の際あるいは充
放電の際に、固体電解質の長手方向において部分的に温
度差が生じると、ヒートパイプの内部の作動流体が、温
度の高い箇所で蒸発した後にその蒸気が温度の低い箇所
に流れて放熱かつ凝縮することにより温度差を解消する
ように熱を輸送し、その結果、全体が均温化される。し
たがって加熱もしくは保温の際の入熱は部分的であって
もよいから、必要に応じて多様な加熱手段を採用するこ
とができ、また陰極および陽極の活物質が部分的に凝固
することを防止して電気的特性を良好な状態に維持する
ことができる。さらに全体として温度差が殆ど生じない
から、セラミック製の固体電解質の熱歪みによる破損を
有効に防止することができる。ここで、前記ヒートパイ
プは、陰極端子と兼ねた構成とされているところから、
ヒートパイプを持たない従来の一般的な二次電池と比較
しても、特に部品点数が増加したり構造的に複雑となっ
たりすることがなく、コスト上昇もわずかに抑えること
ができる。
放電の際に、固体電解質の長手方向において部分的に温
度差が生じると、ヒートパイプの内部の作動流体が、温
度の高い箇所で蒸発した後にその蒸気が温度の低い箇所
に流れて放熱かつ凝縮することにより温度差を解消する
ように熱を輸送し、その結果、全体が均温化される。し
たがって加熱もしくは保温の際の入熱は部分的であって
もよいから、必要に応じて多様な加熱手段を採用するこ
とができ、また陰極および陽極の活物質が部分的に凝固
することを防止して電気的特性を良好な状態に維持する
ことができる。さらに全体として温度差が殆ど生じない
から、セラミック製の固体電解質の熱歪みによる破損を
有効に防止することができる。ここで、前記ヒートパイ
プは、陰極端子と兼ねた構成とされているところから、
ヒートパイプを持たない従来の一般的な二次電池と比較
しても、特に部品点数が増加したり構造的に複雑となっ
たりすることがなく、コスト上昇もわずかに抑えること
ができる。
実 施 例 つぎにこの発明の実施例を図面を参照して説明する。
第１図はこの発明をナトリウム−硫黄電池に適用した
例を示すもので、陰極端子15がヒートパイプによって形
成されている。すなわち陰極端子15は、第２図に拡大し
て示すように、銅などの電気伝導率および熱伝導率の良
好な材料からなる細い密閉管15aをコンテナとし、その
内部を真空脱気した状態でナトリウムやフロンなどの目
的温度で蒸発および凝縮する流体を作動流体15bとして
封入し、かつ必要に応じて密閉管15aの内面に毛細管圧
力を生じさせるウイック15cを設けたものであり、外部
から熱を受けた場合に、作動流体15bが蒸発し、その蒸
気が温度および圧力の低い箇所に流れた後に放熱して凝
縮し、その結果、作動流体15bがその蒸発潜熱として熱
を輸送するようになっている。このヒートパイプ製の陰
極端子15は、従来のナトリウム−硫黄電池におけると同
様に、陰極活物質としてのナトリウム３を充填した有底
円筒状の固体電解質２の内部に同心状に（すなわち長手
方向に沿って）挿入されており、またその固体電解質２
は陽極活物質である硫黄４を充填したケース１の内部に
同心状に挿入され、さらに固体電解質２およびケース１
の開口端部が絶縁キャップ６によって密閉されるととも
に、その絶縁キャップ６と硫黄４との間に陽極端子７が
設けられている。
例を示すもので、陰極端子15がヒートパイプによって形
成されている。すなわち陰極端子15は、第２図に拡大し
て示すように、銅などの電気伝導率および熱伝導率の良
好な材料からなる細い密閉管15aをコンテナとし、その
内部を真空脱気した状態でナトリウムやフロンなどの目
的温度で蒸発および凝縮する流体を作動流体15bとして
封入し、かつ必要に応じて密閉管15aの内面に毛細管圧
力を生じさせるウイック15cを設けたものであり、外部
から熱を受けた場合に、作動流体15bが蒸発し、その蒸
気が温度および圧力の低い箇所に流れた後に放熱して凝
縮し、その結果、作動流体15bがその蒸発潜熱として熱
を輸送するようになっている。このヒートパイプ製の陰
極端子15は、従来のナトリウム−硫黄電池におけると同
様に、陰極活物質としてのナトリウム３を充填した有底
円筒状の固体電解質２の内部に同心状に（すなわち長手
方向に沿って）挿入されており、またその固体電解質２
は陽極活物質である硫黄４を充填したケース１の内部に
同心状に挿入され、さらに固体電解質２およびケース１
の開口端部が絶縁キャップ６によって密閉されるととも
に、その絶縁キャップ６と硫黄４との間に陽極端子７が
設けられている。
したがって例えば固体電解質２がイオン伝導体となる
温度（350℃程度）まで加熱昇温する際に陰極端子15の
長手方向において温度差が生じた場合、陰極端子15の内
部では、温度の高い箇所で作動流体15bが蒸発するとと
もに、その蒸気が温度の低い箇所に流れて放熱かつ凝縮
し、その結果、作動流体15bが温度差を解消するよう熱
を輸送する。すなわち陰極端子15がヒートパイプ構造と
なっていることにより、全体が均温化され、それに伴っ
てセラミック製固体電解質２に過大な熱歪みが生じるこ
とが防止され、その破損の危険が回避される。また保温
時もしくは放電時あるいは充電時に何らかの原因で局部
的な冷却が生じた場合には、ヒートパイプ構造の陰極端
子15を介してその温度の低い箇所に熱が輸送され、これ
とは反対に過熱が生じた場合には温度の低い部分に熱が
輸送されるために、全体が均温化されてナトリウム３や
硫黄４の局部的な凝固や過熱が防止され、ひいては電気
的特性の低下が未然に防止される。
温度（350℃程度）まで加熱昇温する際に陰極端子15の
長手方向において温度差が生じた場合、陰極端子15の内
部では、温度の高い箇所で作動流体15bが蒸発するとと
もに、その蒸気が温度の低い箇所に流れて放熱かつ凝縮
し、その結果、作動流体15bが温度差を解消するよう熱
を輸送する。すなわち陰極端子15がヒートパイプ構造と
なっていることにより、全体が均温化され、それに伴っ
てセラミック製固体電解質２に過大な熱歪みが生じるこ
とが防止され、その破損の危険が回避される。また保温
時もしくは放電時あるいは充電時に何らかの原因で局部
的な冷却が生じた場合には、ヒートパイプ構造の陰極端
子15を介してその温度の低い箇所に熱が輸送され、これ
とは反対に過熱が生じた場合には温度の低い部分に熱が
輸送されるために、全体が均温化されてナトリウム３や
硫黄４の局部的な凝固や過熱が防止され、ひいては電気
的特性の低下が未然に防止される。
なおヒートパイプはその外部への露出部分を熱源に接
触させることにより加熱手段として使用することもで
き、あるいは恒温手段に接触させれば、保温手段とする
こともできる。
触させることにより加熱手段として使用することもで
き、あるいは恒温手段に接触させれば、保温手段とする
こともできる。
さらにこの発明は上記の実施例で示したナトリウム−
硫黄電池に限らず、他の二次電池にも適用することがで
きる。
硫黄電池に限らず、他の二次電池にも適用することがで
きる。
発明の効果 以上説明したようにこの発明の二次電池では、加熱昇
温の際にヒートパイプを介して温度の高い箇所から温度
の低い箇所に熱が輸送されて全体が均温化されるため、
セラミック製の固体電解質が熱歪みによって破損するこ
とが有効に防止され、また加熱昇温の際に入熱量に部分
的にばらつきがあっても、入熱量のばらつきを解消する
ようヒートパイプが熱を運び、したがって加熱手段とし
て必ずしも電池の全体を加熱し得る手段を採用する必要
がなく、換言すれば、加熱手段の選択の自由度が高く、
かつ容易に加熱・保温することができ、同時に電池全体
としても外形形状が加熱手段によって制約を受けないの
で、設置性が損われることもない。さらに何らかの原因
による局部的な温度低下による活物質の凝固や局部的な
過熱を未然に防止できるために、電気的特性を良好な状
態に維持することができる。そしてまたこの発明の二次
電池では、前述のような均温化に寄与するヒートパイプ
が、陰極端子を兼ねた構成とされているため、部品点数
が少なくかつ構造的にも簡単であり、低コストで製造す
ることができる。
温の際にヒートパイプを介して温度の高い箇所から温度
の低い箇所に熱が輸送されて全体が均温化されるため、
セラミック製の固体電解質が熱歪みによって破損するこ
とが有効に防止され、また加熱昇温の際に入熱量に部分
的にばらつきがあっても、入熱量のばらつきを解消する
ようヒートパイプが熱を運び、したがって加熱手段とし
て必ずしも電池の全体を加熱し得る手段を採用する必要
がなく、換言すれば、加熱手段の選択の自由度が高く、
かつ容易に加熱・保温することができ、同時に電池全体
としても外形形状が加熱手段によって制約を受けないの
で、設置性が損われることもない。さらに何らかの原因
による局部的な温度低下による活物質の凝固や局部的な
過熱を未然に防止できるために、電気的特性を良好な状
態に維持することができる。そしてまたこの発明の二次
電池では、前述のような均温化に寄与するヒートパイプ
が、陰極端子を兼ねた構成とされているため、部品点数
が少なくかつ構造的にも簡単であり、低コストで製造す
ることができる。
第１図はこの発明の一実施例を示す概略的な断面図、第
２図はその陰極端子の部分拡大断面図、第３図は従来の
一般的なナトリウム−硫黄電池を原理的に示す断面図で
ある。 １……ケース、２……セラミック製固体電解質、３……
ナトリウム、４……硫黄、５……陰極端子、７……陽極
端子、10……ケース、15……陰極端子。
２図はその陰極端子の部分拡大断面図、第３図は従来の
一般的なナトリウム−硫黄電池を原理的に示す断面図で
ある。 １……ケース、２……セラミック製固体電解質、３……
ナトリウム、４……硫黄、５……陰極端子、７……陽極
端子、10……ケース、15……陰極端子。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 吉田 昭太郎 東京都江東区木場１丁目５番１号 藤倉 電線株式会社内 (56)参考文献 実開 昭52−38322（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H01M 10/39 H01M 10/50
Claims (1)
- 【請求項１】陽極活物質と陰極活物質とをセラミック製
固体電解質によって隔絶し、かつ陰極活物質の内部に陰
極端子を挿入するとともに陽極活物質に接するように陽
極端子を設けてなる二次電池において； 密閉容器の内部に蒸発および凝縮を伴って循環流動する
ことにより熱を輸送する作動流体を封入してなるヒート
パイプを、前記陰極端子と兼ねてセラミック製固体電解
質の長手方向に沿って配置したことを特徴とする二次電
池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30322088A JP2787215B2 (ja) | 1988-11-30 | 1988-11-30 | 二次電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30322088A JP2787215B2 (ja) | 1988-11-30 | 1988-11-30 | 二次電池 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02148662A JPH02148662A (ja) | 1990-06-07 |
| JP2787215B2 true JP2787215B2 (ja) | 1998-08-13 |
Family
ID=17918324
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP30322088A Expired - Fee Related JP2787215B2 (ja) | 1988-11-30 | 1988-11-30 | 二次電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2787215B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP6870100B2 (ja) * | 2017-09-29 | 2021-05-12 | 日本碍子株式会社 | ヒートパイプ及びヒートパイプを備えた二次電池 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5238322U (ja) * | 1975-09-10 | 1977-03-18 |
-
1988
- 1988-11-30 JP JP30322088A patent/JP2787215B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH02148662A (ja) | 1990-06-07 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |