JPH0546069B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、アルカリイオンを伝導する固体電解
質によつて互いに隔離された、少くとも区域的に
金属ケースによつて規定された陽極室と陰極室を
有し、アルカリ金属を収容する挿入物体が陽極室
の中に設けられ、該挿入物体からアルカリ金属が
少くとも１個の出口を経てギヤツプに流出するこ
とができる、アルカリ金属および硫黄ベースの化
学電池に関する。

再充電可能な上記の化学電池は、例えば電動車
輌のエネルギ源として応用される高温電池列に使
用される。

固体電解質を有する再充電可能な化学電池は、
高いエネルギおよび出力密度の蓄電池を構成する
のに、極めて好適である。アルカリ・カルコゲン
電池に使用される、例えばβ酸化アルミニウム製
の固体電解質は、移動性イオンの伝導度が極めて
高く、電子伝導度が何十乗も小さいのが特徴であ
る。このような固体電解質を化学電池の構成に使
用することによつて、副次的な放電が事実上起こ
らないようになる。なぜなら電子伝導度を無視す
ることができ、反応物質も中性粒子として固体電
解質を通過することができないからである。

これに対する特殊な例がβ酸化アルミニウムの
固体電解質を有する、ナトリウムおよび硫黄ベー
スの化学電池である。この化学電池の利点は、充
電の際に副次的電気化学反応が起こらないことで
ある。その理由は、ナトリウムイオンだけが固体
電解質を通過しうることである。従つてこのよう
なナトリウム・硫黄電池の電流効率は約100％で
ある。この化学電池では電池のエネルギ含有量と
総重量の比が、鉛蓄電池と比較してすこぶる高
い。なぜなら反応物質が軽量であり、電気化学反
応の際に多量のエネルギが放出されるからであ
る。このようにしてナトリウムおよび硫黄ベース
の化学電池は、従来の蓄電池、例えば鉛蓄電池と
比較して、大きな利点を有する。

この電池に余りに高い電圧が印加されると、固
体電解質の破壊を生じる恐れがある。固体電解質
の過度の老化や機械的損傷の場合も、同じことが
起こる。こうした場合に多量のナトリウムと硫黄
の混合と直接的な反応とを回避するために、アル
カリ金属を収容することができる安全挿入物（挿
入物体）を陽極室内に設けることが、米国特許公
報第4247605号で提案された。この安全挿入物は
下端に小さな出口を有し、この出口を介してナト
リウムが安全挿入物と固体電解質のあいだの安全
ギヤツプ（ギヤツプ）に流入することができる。

この構成の欠点は、固体電解質が破損すると、
大量でないにしても、絶えず連続的に少量のナト
リウムが陰極室に流入しうることである。

そこで本発明の目的とするところは、電池の使
用温度を超えて温度が上昇すると、安全挿入物か
らのナトリウムの流出が完全に遮断される化学電
池を提供することである。

前述した出口の閉鎖のために安全挿入物の内部
に、周期律表−ｂ族、−ａ族ないしは−ａ
族の少くとも２種の金属を含む合金の熔融可能な
部材が配設され、かつ少くとも出口の中に合金の
融点を高める材料が配設されることによつて、上
記の目的が達成される。

本発明の本質をなす、その他の特徴は、特許請
求の範囲第２項ないし第７項に示す通りである。

安全挿入物の出口の近傍に配設される部材は、
温度451℃で融解し始める。部材を作製する合金
がアルミニウム65重量％とマグネシウム35重量％
を含むことによつて、この融点を保持することが
できる。重量の記述は合金の総重量を基準とす
る。同じく合金の総重量を基準として、銅30.7重
量％とマグネシウム69.3重量％を含む合金を部材
の製造のために使用すれば、部材が温度485℃で
融解し始めるようになる。ところがこの合金は上
記の温度で融解し始める性質を有するばかりでな
く、ナトリウムや電池のその他の構成部分に対し
て別の利点がある。合金、特に合金で作られた部
材は、安全容器内のナトリウムに溶解しないので
ある。この合金の融点は、固体状アルミニウムに
よつて変化させられない。また合金はアルミニウ
ム製の安全挿入物に溶け込まないように選ばれて
いるから、安全挿入物の壁体に点食が生じる恐れ
がない。

本発明により安全挿入物の出口の内部にアルミ
ニウム製の芯が配設される。電池内の温度が451
℃の値まで上昇すると、部材が融解し始め、熔融
合金が安全挿入物の出口に入る。熔融合金はそこ
にあるアルミニウムを溶解する。このため熔融合
金の融点が上昇する。こうして合金は既に出口内
部で凝固するようになる。安全上の理由から、出
口に直接に接続する安全ギヤツプの区域に、補助
的にアルミニウムの網を配設することが可能であ
る。予見できない理由により、熔融合金がこの区
域に到達した場合、この熔融合金によつてアルミ
ニウムの網が溶解される。その結果、融点が最終
的に高められるから、遅くともこの区域で合金の
凝固が生じる。こうしてナトリウムは精々安全挿
入物の外側境界までしか流れることができないこ
とが保証される。

次に図面に基づいて本発明による一実施例を説
明する。

図にはナトリウムおよび硫黄ベースの化学電池
１の垂直断面図が示されている。化学電池１は実
質的に金属ケース２と固体電解質３から成る。金
属ケース２はカツプ状をなす。アルミニウムまた
は特殊鋼製である。その内部に、β酸化アルミニ
ウムで作製された固体電解質３が配設されてい
る。固体電解質もまたカツプ状に形成される。固
体電解質３の寸法は、金属ケース２の内面と固体
電解質３の外面のあいだに連続した間隙４が残る
ように、選定される。この間隙は陰極室として利
用される。ここに示する電池の実施態様では、固
体電解質３の内部が陽極室５として使用される。
金属ケース２は上側開放端に、内向きのフランジ
６を具備する。固体電解質３は上端に、外向きの
フランジ７を有する。このフランジ７はα酸化ア
ルミニウムの絶縁リングから成る。絶縁リングは
封着用ガラス８によつて、固体電解質３と連結さ
れる。絶縁リングは外向きフランジ７の機能を有
する。フランジ７は金属ケース２のフランジ６の
上に載置される。２個のフランジ６および７のあ
いだに、シール９が配設される。２個のフランジ
６および７によつて、陰極室４が外部に対して閉
鎖される。電池１の閉鎖は、非電導材料製の閉鎖
板１０によつて行われる。閉鎖板１０は陽極室と
電池１全体を外部に対して閉鎖する。閉鎖板１０
は固体電解質３のフランジ７の上に載置される。
フランジ７と閉鎖板１０のあいだにシール１１が
配設される。陽極集電体はこの場合、金属棒１９
から成る。金属棒１９の一方の端部は安全挿入物
１２の中に長く突出する。その他方の端部は閉鎖
板１０の穴を貫いて外へ導き出され、閉鎖板１０
の上へ数ミリメートル突出している。電池１の構
成部分６，７および１０の連結は、ここで詳しく
説明しない公知の方法で行なわれる。

固体電解質３の中に安全挿入物（挿入物体）１
２が挿設されている。安全挿入物１２もまたカツ
プ状をなし、ここで説明する実施例ではアルミニ
ウム製である。安全挿入物の製造のために、特殊
鋼を使用することもできる。安全挿入物１２の寸
法は、その外面と固体電解質３の内面とのあいだ
に、円周状に狭い安全ギヤツプ（ギヤツプ）１３
が残るように選定した。安全挿入物１２は、固体
電解質３の内部に配設された下端に、細い出口１
４を有する。安全挿入物１２は熔融ナトリウムを
収容するために設けたものである。これによつて
固体電解質３の破損の時に、多量のナトリウムが
陰極室４に流れ込むことが防止される。固体電解
質３と安全挿入物１２のあいだにある安全ギヤツ
プ１３の内部には、固体電解質３と安全挿入物１
２の横界面の区域に金属繊維１５が配設される。
これは毛管構造の役割を担当する。それによつ
て、安全挿入物１２の出口１４から出るナトリウ
ムが、電解質の内面に運ばれる。同時に、この面
が常にナトリウムで濡れることが保証される。

ここに示す実施例では、安全挿入物１２の出口
１４に直接に接続する安全ギヤツプ１３の内部
に、アルミニウム製の金網１６が配設されてい
る。安全挿入物１２の出口１４の中にアルミニウ
ム製の芯１７が挿入される。安全挿入物１２の内
部には、出口１４の区域に環状部材（部材）１８
が、出口１４を開放するようにして配設される。
部材１８は、電池の使用温度を!?かに超える値に
電池１の温度が上昇した時に、出口１４を閉鎖す
る。本発明によりこの部材１８は、周期律表−
ｂ族、−ａ族および−ａ族の少くとも２種の
金属を含む合金で作製される。合金の組成は、部
材１８をどのような温度で融解し始めさせるか、
による。例えば電池１の中の温度が約455℃の値
に上昇した時に、安全挿入物１２からのナトリウ
ムの流れを安全に仰制することを意図するなら
ば、アルミニウムの65重量％とマグネシウムの35
重量％を含む合金を使用することが好ましい。部
材１８をこの合金で作製すれば、451℃の内部温
度に到達すると、部材１８が融解し始めるように
なる。熔融合金は安全挿入物１２の内部区域から
出口１４に流れ込む。そこに挿入されたアルミニ
ウム製の芯１７がこの熔融合金によつて溶解され
る。溶解したアルミニウムは、合金の融点を高め
る。それによつて合金は既に出口内で凝固するよ
うになる。芯１７によつて供給されるアルミニウ
ム量が、合金の融点を高めるのに充分でなけれ
ば、補助的安全要因すなわち安全ギヤツプ１３の
中に、出口１４に直接に続いて配設されたアルミ
ニウムの網１６が設定され、合金が出口１４の中
で凝固しない場合は、同じく熔融合金によつて溶
解されるアルミニウムの網１６により、出口１４
に直接に接続する安全ギヤツプ１３の区域で遅く
とも合金が凝固するようになる。部材１８の大き
さは、出口１４が凝固する合金の栓の形成によつ
て安全に閉鎖されるように定める。

部材１８の製造のために、アルミニウム65重量
％、マグネシウム35重量％の合金の代りに、銅
30.7重量％とマグネシウム69.3重量％から成る合
金を使用することもできる。重量の記述は合金の
総重量を基準とする。但しこの合金による部材１
８は、485℃で初めて融解し始める。場合によつ
てはアルミニウム50重量％およびマグネシウム50
重量％を含む合金で、部材を作製することもでき
る。

【図面の簡単な説明】

添付図面はこの発明の一実施例によるナトリウ
ムおよび硫黄ベースの化学電池の縦断面図を示
す。 １……電気化学電池、２……金属ケース、３…
…固体電解質、４……陰極室、５……陽極室、１
２……安全挿入物、１３……安全ギヤツプ、１４
……出口、１８……熔融可能な部材。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ アルカリイオンを伝導する固体電解質によつ
   て互いに隔離され、少なくとも区域的に金属ケー
   スによつて規定された陽極室と陰極室、 アルカリ金属を収容し、陽極室の中に設けられ
   た挿入物体、 該挿入物体の表面と該固体電解質の表面との間
   のギヤツプ、および 挿入物体からギヤツプへのアルカリ金属を流出
   させるための挿入物体における出口を有し、これ
   らの組み合わせにより所定の電池温度で該出口を
   閉鎖する電気化学電池であつて、 該挿入物体内に配置され、該所定の電池温度で
   熔融し、−ｂ族、−ａ族および−ａ族に属
   する金属からなる群より選ばれた少なくとも２種
   類の金属を含む熔融可能な合金部材、および該出
   口の中に、熔融状態の該合金と接触することによ
   り合金の融点を高めて合金を凝固させ、該出口を
   閉鎖するような物質を具備する化学電池。 ２ 前記熔融可能な合金部材が環状であり、出口
   を通るアルカリ金属の流れを妨げることなしに挿
   入物体内に配設されている特許請求の範囲第１項
   に記載の化学電池。 ３ 前記熔融可能な合金部材が、合金の総重量の
   65重量％のアルミニウムと35重量％のマグネシウ
   ムを含む合金で作製されている特許請求の範囲第
   １項に記載の化学電池。 ４ 前記熔融可能な合金部材が、合金の総重量の
   50重量％のアルミニウムと50重量％のマグネシウ
   ムを含む合金で作製されている特許請求の範囲第
   １項に記載の化学電池。 ５ 前記熔融可能な合金部材が、合金の総重量の
   30.7重量％の銅と69.3重量％のマグネシウムを含
   む合金で作製されている特許請求の範囲第１項に
   記載の化学電池。 ６ 前記物質は、挿入物体の出口の中に配設され
   たアルミニウム製の芯である特許請求の範囲第５
   項記載に記載の化学電池。 ７ アルミニウム製金網が、前記挿入物体の出口
   に直接隣接するギヤツプの区域に配設されている
   特許請求の範囲第１項に記載の化学電池。