JPS5825086A - 電気化学的蓄電池 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、陽極を収容するための少くとも１個の陽極室
と、陰極液を収容するための少くとも１個の陰極室を有
し、該陽極室と陰極室とはアルカリイオン伝導性固体電
解質によって互いに隔離されかつ金属ハウジングによっ
て少くとも区域的に規定された、アルカリ金属およびカ
ルコゲノに基く電気化学的蓄電池に関する。

固体電解質を有する再充電可能な電気化学的蓄電池は、
エネルギ密度および出力密度の高い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
動イオンの部分伝導度が極めて高く、電子の部分伝導度
が数十乗も小さイアが特徴である。電気化学的電池の構
成の丸めにこのような固体電解質を使用することによっ
て、電子伝導を無視することができるので、自己放電が
事実上起こらず、また反応物質が中性粒子として固体電
解質を通過しえないようにすることができる。

上記の再充電可能な電気化学的電池の具体例は、固体電
解質がβ−酸化アルミニウムで形成されているナトリウ
ムおよび硫黄に基く電池である。この電気化学的電池の
利点は、充電の際に電気化学的副次反応が発生しないこ
とである。

その理由もまた、１種類のイオンしか固体電解質を通過
することができないことである。従って、このようなナ
トリウム硫黄電池の電流効率はおよそ１００−である。

この電気化学的電池においては反応物質が軽量であり、
電気化学反応で多量のエネルギが放出されるので、この
種の電池のエネルギ含有量と総重量の比は鉛蓄電池と比
較して極めて高い。

ところがこの構造の電気化学的電池は、余りに高い電圧
が電池に印加されると、固体電解質の破壊を招く欠点が
ある。固体電解質の過度の老化または機械的損傷も、固
体電解質の破壊をもたらす恐れがある。その結果、ナト
リウムと硫黄が合流して直接に反応し合う。このため電
池が強熱されるので、最悪の場合には電池ハウジングの
破損または爆発が起こることがある。

この発明は、固体電解質が破壊したときナトリウムと硫
黄との直接的合流を防止することのできる蓄電池を提供
することを目的とする。

上記目的は、冒頭に述べたタイプの蓄電池において、そ
の固体電解質に５少なくとも２つの安全領域に分割され
た少なくとも１つの安全室を配設することによって達成
される。

この発明の一態様において、第１の安全領域が陽極室内
に１そして第２の安全領域が陰極室ご 内に配設される。第２の態様では、両方の安全領域が陽
極室内に配設される。

この発明の蓄電池では固体電解質の内部領域を陽極室と
することができる。また蓄電池を逆電池として構成する
ことができ、その場合、固体電解質と金属ハウジングと
の間の環状室が陽極室となる。

この発明の蓄電池において、固体電解質はコ、ｆ状に形
成される。また、閉鎖端に丸い突端部を有する固体電解
質も利用できる。同様に、円板によって閉鎖された固体
電解質も利用できる。安全室を構成する両安全領域は区
域的に重複するよう忙配設される。

陽極室内に配設された、安全室の第１の領域は、外表面
が固体電解質の周面と平行で所定間隔をもって配置され
た支持部材によって境界づけられる。この支持部材の大
きさは、固体電解質の側周面までの間隔ができるたけ小
さく、最大１〜２ｍであるように選ばれる。この支持部
材はその全長に渡って固体電解質の幾何学形状と一致し
、それと固体電解質との間の間隔は全体に渡って同じで
ある。この発明の全ての態様において、支持部材はチュ
ーブとして構成される。好ましくは、支持部材はアルミ
ニウム、アルミニウム合金または鉄鋼で形成される。

この発明の蓄電池の一態様において、固体電解質に直接
配設され九安全室の第２の安全領域は陰極室の内側に配
置され、かつ固体電解質の閉鎖端から一定の間隔で設置
されたシース（５ｃｈａ　ｌｕｎｇ　　）　Ｋよって境
界づけられる。このシースは固体電解質特にその閉鎖端
の幾何学形状と適合する。固体電解質は丸い突端部を有
し、したがってシースは好ましくはキヤ、デとして構成
される。いずれの場合にも、シースの大きさは・それが
固体電解質の閉鎖端を完全に取り囲むように、両安全領
域が重複するように選ばれる。固体電解質の閉鎖端から
のシースの距離は最大１〜２■である。

シースと固体電解質との間の安全領域は不活性材料で充
てんされている。

全ての態様において、第２の安全領域を規定するために
用いられるシースはアルミニウム。

アルミニウム合金、特殊鋼、黒鉛、セラミックまたはモ
リブデンで形成される。

第２の安全領域を規定するシースはいうまでもなく陽極
室の内部に配置することもできる。

すなわち、安全室を固体電解質の処に形成する安全領域
は両方とも陽極室内罠配設されていてもよい。

この発明の他の態様では、２つの安全領域を規定するシ
ースは金属ハウジングの底部によって形成されない。金
属ハウジングの底部は特に固体電解質の領域においてＵ
字状の断面形状を有する。

この発明の蓄電池において、既述の理由によって固体電
解質が破壊したとき、ナトリウムと硫黄との直接的合流
が防止されるか、あるいは少なくとも時間的に大幅に遅
延される。この発明の蓄電池では、固体電解質の破壊は
電池構造の劣化をもたらさないゆ固体電解質の近傍に直
接的に安全室を配置することによって蓄電池の出力は減
少しない、固体電解質の閉鎖端の囲シに配置されたシー
スは、その領域においてナト−リ４ウムイオンの移動を
制限するものではあるがその場において固体電解質の劣
化が防止され、その破壊がほぼ完全に防止される。

以下、この発明を図面に沿って説明する。

第１図に示した電気化学的蓄電池１はコツプ状金属・・
ウジング２および固体電解質３よりなる。金属ハウジン
グ２の内部に、同様にコツプ状に形成された固体電解質
３が配置されている。

この例では、固体電解質３はβ−酸化アルミニウムで形
成されている。固体電解質３の大きさは、その外表面と
金属ハウジング２の内表面との間に、陰極室として作用
する一体の中間室４が形成されるように選ばれる。金属
ハウジング２はその開放端に、内側を向いたフランジ２
Ｆを備えている。固体電解質３は外側を向いた７ランノ
３Ｆを備えている。これはα−酸化アルミニウムで形成
され、ガラスハンダ（図示せず）によって固体電解質３
に強制的に結合されている。フランジＪＦ［金属ハウジ
ング２のフランジ２Ｆ上に装置され、シールされている
。既述のように１固体電解質３はコ、デ状に形成されて
いる。固体電解質３の第２の端部に円板３８が設けられ
、それを閉鎖している０円板３Ｓは常法によシ固体電解
質と結合され、好ましくはβ−酸化アルミニウムで形成
されている。固体電解質３の内部にはチューブとして構
成された支持部材４が配置されている。この支持部材４
は固体電解質３よりもごくわずかに短かく形成されてい
る。支持部材４の直径は、その外表面と固体電解質の内
表面との間に、安全室８の安全領域ｇＡｔ構成する中間
室が残るように選ばれる。この例では、支持部材はアル
ミニウム、アルミニウム合金または鋼によって形成され
ている。同様のことが他の実施例についてもあてはまる
。いずれの場合にも、支持部材の長さは、それが固体電
解質の開放端から閉鎖端まで延びるように選ばれる。固
体電解質の閉鎖端は支持部材４によって覆われていない
。支持部材４によって規定される安全領域８ＡｉｌＣは
毛細管作用を有する材料２０が充てんされている。支持
部材４の内部領域はナトリウムのみを含有している。支
持部材４は、固体電解質３の底部３Ｓと支持部材４の下
端との間に狭い間隙が残るように、固体電解質３の内部
に膜量される。これによって、支持部材４の内部室は安
全領域８Ａの内部に充てんされた毛細管作用を有する材
料２０と常に連結する。毛細管作用を、有する材料は固
体電解質の内表面にす）ＩＪウムを連続的に輸送する作
用をなし、これによって、充電し九蓄電池の完全な放電
が保証される。支持部材４によって、さらに、安全領域
８入内に充てんされた材料２０が固体電解質３の側周面
に対して均一に押圧される。

既述のように、固体電解質３と金属ハウジング２との間
に陰極室６が形成されている。固体電解質の閉鎖端３Ｓ
を保護するために陰極室６の内部に第２の安全領域８Ｂ
が形成されている。これは固体電解質３の閉鎖端３Ｓの
囲シに配置されている。

この第２の安全領域８Ｂはシース５によって規定される
。第２の安全領域８Ｂは安全領域８Ａとともに１固体電
解質３を取りまく安全室８を構成している。シース５は
固体電解質の閉鎖端部と実質的に一致する幾何学形状を
有する。シース５の側周面は、支持部材４の下端よシも
上方に位置するように上方に延びている。シース５はそ
れと固体電解質３の閉鎖端３Ｓとの間に安全領域８Ｂを
構成する自由空間が残るように配置される。シース５と
固体電解質３との間の間隔はわずか１〜２１１ＩＩであ
る。シース５はアルミニウム、アルミニウム合金、特殊
鋼、黒鉛、セラミ、りま九はモリブデンで形成されてい
る。

同じことが他の全ての実施例にもあてはまる。

好ましくは、シース５と金属ハウジング２との間に黒鉛
フェルト９が挿入される。このフェルトの厚さを適切に
選ぶことによって、シース５と固体電解質３との間の間
隔を規制することができる。陰極室６の残シの領域は、
シース５の下側に配設された黒鉛フェルト９と同様に硫
黄が含浸した黒鉛フェルト９が充てんされている。

ここで述べた例では、金属ハウジング２が陰極集電体と
して作用する。固体電解質３の内部（陽極室７）には陽
極集電体１ｏが突入している。これは蓄電池の閉塞板１
１を貫通し、そこから２，３■突出している。この集電
体１ｏとしては好ましくは金属棒が用いられる。安全室
８Ｂは不活性材料で満九されている。

第２図は第１図の蓄電池の変形例を示している。図示の
蓄電池１は、コツプ状に形成された固体電解質３が丸い
突出端によって閉鎖されていることを除けば第１図のも
のと同様の構成である・固体電解質３の内部にはやはり
チューブとして構成され九支持部材４が配設されている
。

その大きさは第１図の支持部材４のそれに対応している
・その全長にわたって、固体電解室３の幾何学形状と一
致する。特に、支持部材４の側周面は下端においてわず
かに内側に曲げられており、丸い突出端の輪郭に従り、
ている。支持部材４と固体電解質３との間には第１の安
全領域８Ａが形成されておシ、これも毛細管作用を有す
る材料で充てんされている。支持部材４の支持部材４の
下端と固体電解質３との間の間隙を通ってナトリウムは
固体電解質３０周面全体に、毛細管作用を有する材料に
よって、行きわたる、支持部材４の内部領域と第１の安
全領域８Ａ内の毛細管作用を有する材料２０との間の特
に良好な接触を達成するために、支持部材４の下端と固
体電解質３との間の間隙に鉄鋼綿を挿入する仁とができ
る。

陰極室６は固体電解質３と金属ハウジング２との間に形
成されている。第２の安全領域８Ｂを形成するために、
やはり、シース５が固体電解質の閉鎖端から所定の間隔
をもって配置されている。固体電解質３とシース５との
間の室（第２の安全領域８Ｂ）は不活性材料で充てんさ
れている。シース５はここでは好壕しくはキャップとし
て形成され、固体電解質３の下端を完全に取シ巻いてい
る。キャップ５はそれが陽極室７内に配設され九支持部
材４の下端を越えるように上方に延びている。シース５
と固体電解質３との間に所望の距離を確保するために、
シース５と金属ハウジング２の底部との間に所定の厚さ
の黒鉛フェルト９が挿入されている。

陰極室６の残りの領域には硫黄の含浸した黒鉛フェルト
９が充てんされている。金属ノ・つラング２は陰極集電
体として作用する。陽極室７内には陽極集電体として作
用する金属棒１０が突入し、これは蓄電池のカバーグレ
ート１１を貫通し、そこから２，３■央出している・第
３図は固体電解質３のまわシに安全室８を備えた逆電池
１を示している。この蓄電池の構成は第１図に示したも
のとほぼ同じである。主な違いは、陰極室６が固体電解
質３の内部に位置し、一方陽極室７が金属ノ・ウノング
２と固体電解質３との間に位置するということである。

第１の安全領域８Ａはこの場合でも支持部材４によって
規定されている。これはチューブとして構成され、固体
電解質３のまわ９に配設されている。支持部材４の直径
は、それと固体電解質３との間に安全領域８Ａを形成す
る自由空間が残るように選ばれる。支持部材４の長さは
、それが固体電解質３の上部開放端まで延び固体電解質
３の下端を越えて弧びるように選ばれる。

第１の安全領域８Ａは、ここでも、毛細管作用を有する
材料２０で充てんされている。陽極室７の全領域はナト
リウムを含んでいる。材料２０によって、固体電解質３
の外表面までのナトリウムの移送が促進される。支持部
材４によって、材料２０と固体電解質３との間の最適な
接触が達成される。金属ハウジング２は、この場合、陽
極集電体として作用する。固体電解質３の内部には陰極
室６が存在する。固体電解質３はコ、グ状に形成され、
円板３Ｓによって閉鎖されている。陰極室６の内部には
円板３８かられずかな間隔をもってシース５が配設され
ている。

円板３Ｓとシース５の間の空間は第２の安全領域８Ｂを
形成している。第２の安全領域８Ｂは不活性材料で充て
んされている。シース５社円板３Ｓを完全に覆い、固体
電解質３の側周面と平行に上方に２，３ｍ立ち上がって
いる０円板３Ｓからのシース５の所望の距離を得るため
に、シース６を、・固体電解質３の内部に突入する集電
体１０と結合する。集電体１ｏの長さの選択によって、
固体電解質の下端からのシース５の距離が決定される。

この蓄電池はカバープレート１１によって閉鎖される。

集電体１０はカバーグレート１１を貫通し、そこから２
，３箇だけ突出している。

第４図は安全領域８Ａと８Ｂの双方が陽極室の内部に配
置された蓄電池を示している。この・蓄電池は第１図の
ものと基本的には同じ構成である。異なる点は、この例
の蓄電池ではシース５も固体電解質３の内部に配置され
ているということである。このシース５は第３図のシー
ス５と同様に形成されている。シース５と固体電解質３
との間に所望の間隔を得るために、シース５は、固体電
解質３内に突入する集電体１０と結合している。集電体
１０の長さを適切に選ぶことによって、固体電解質の閉
鎖端からのシース５の所望の距離が得られる。この距離
は１〜２■＼を越えない。シース５と固体電解質３の閉
鎖端との間に形成された領域は安全領域８Ｂとして作用
し、ここに不活性材料を充てんすることができる。第１
の安全領域８Ａは固体電解質３の内部に配置された支持
部材４によって形成される。支持部材４の直径は、その
外表面と固体電解質３の内表面との間に安全領域８Ａを
形成する自由空間が残るように選ばれる。この領域８Ａ
は毛細管作用を有する材料２０で充てんされている。支
持部材４は他の場合よシもわずかに短かく形成されてい
る。さらに、その側周面はその下端においてわずかに内
側に曲げられている。これによって、支持部材４とシー
ス５との間に間隙が残る。支持部材４の内部はナトリウ
ムで充てんされている。ナトリウムは支持部材４とシー
ス５との間の間隙を通って安全領域８Ａ内に達する。材
料２０を通ってナトリウムは固体電解質３の局面に行き
渡夛、該周面はナトリウムによって充分に湿潤される。

第５図に示す蓄電池ｌは、金属ハウジング２、および陰
極室内に安全領域８Ａを規定するシース５に至るまで第
１図のものと同様に構成されている・この例では、安全
領域８Ｂを陰極室８Ｂ内に規定するために別のシース５
が用いられ、とのシース５は金属ハウジング２の底部に
よって一体に形成されている。この目的のために１金属
ハウシング２の底部は固体電解質Ｓの幾何学形状と一致
している。特に１ハウジング２の底部は固体電解質３の
領域においてＵ−形状の断面形状を有している。Ｕ字の
両側に底部が水平に配置している。これは、下側に曲げ
られ金属ハウジングの下縁まで至る。Ｕ字の高さは１皺
底部によって形成されたシース５が２，３■上方に延び
るように選ばれる。これによりて、固体電解質ｓ内に配
置され九支持部材４の下縁がＵ字かられずかに突出する
。金属ハウジング２の底部の長さは固体電解質３の領域
において最大１〜２ｍである。固体電解質３とシース５
４１に金属ハウジングの底部との間には不活性材料を配
設することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第５図はこの発明に従うそれぞれ異なる電
気化学的蓄電池を概略的断面で示す図。 ２・・・金属ハウジング、３・・・固体電解室、４・・
・支持部材、５・・・シース、６・・・陰極室、？・・
・陽極室、ら・・・安全室、１１に、！ｊＢ・・・安全
領域。 出願人代理人　弁理士　鈴　江　武　彦ｊ＋″ｂ　　ｄ
ｂソ １０１１ ｅｌ　　　　ＩｊＢ　　　　　　　　　９７Ｓ３Ｓ８Ｂ
８ Ｆｚｇ、４　　　　１０　　１１ ３Ｓ　　　　　　　　　ｆｌｔ３　　　　　　’）昭和
　年　月　日 特許庁長盲　　若　杉　和　夫　　殿 １、事件の表示 特願昭５７−０７５０４３号 ２、発明の名称 ブラウン・ボバリ・ラント・シー争アクチェングゼルシ
ャフト４、代理人 ５、補正命令の日付 明細書の浄書（内容に変災なし）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）　　陽極液を収容するための陽極室および陰極液
   を収容する丸めの陰極室をそれぞれ少なくとも１つづつ
   備え、該陽極室と陰極室とはアルカリイオン伝導性固体
   電解質によって分離されかつ少なくとも区域的に金属ハ
   ウジング内に規定された電気化学的蓄電池において、該
   固体電解質の近傍に、少なくとも２つの安全領域に分割
   された安全室を少なくとも区域的に形成したことを特徴
   とする電気化学的蓄電池。 （２）第１の安全領域が陽極室内に、第２の安全領域が
   陰極室内に形成されている特許請求の範囲第１項記載の
   蓄電池。 （３）　　両方の安全領域が陽極室内に形成されている
   特許請求の範囲第１項記載の蓄電池。 （４）陽極室が固体電解質の内部に位置する特許請求の
   範囲第１項ないし＠３項のいずれかに記載の蓄電池。 （５）　　陽極室が固体電解質と金属ノ＼ウジングとの
   間に位置する特許請求の範囲第１項ないし第３項のいず
   れかに記載の蓄電池。 （６）固体電解質がコ、グ状に形成されている特許請求
   の範囲第１項ないし第５項のいずれかに記載の蓄電池。 （７）固体電解質３がその閉鎖端に丸い突出端を有する
   特許請求の範囲第１項ないし第６項のいずれかに記載の
   蓄電池。 （８）固体電解質ヌがその閉鎖端において円板によって
   閉鎖されている特許請求の範囲第１項ないし第６項のい
   ずれかに記載の蓄電池。 （９）双方の安全領域が部分的に重複して配置されてい
   る特許請求の範囲第１項ないし第８項のいずれかに記載
   の蓄電池。 （ト）第１の安全領域が陽極室内において固体電解質の
   側周面と平行に配置されている特許請求の範囲第１項な
   いし第９項のいずれかに記載の蓄電池。 Ｏｎ　　第１の安全領域が、固体電解質の側周面に対し
   て平行で所定の間隔をもって配置され九支持部材によっ
   て規定されている特許請求の範囲第１項ないし第１０項
   のいずれかに記載の蓄電池。 （２）支持部材と固体電解質の側周面との間の間隔が最
   大１ないし２ｔｍである特許請求の範囲第１項ないし第
   １１項のいずれかに記載の蓄電池。 （至）固体電解質と支持部材との間の空間に毛細管作用
   を持つ材料が充てんされている特許請求の範囲第１項な
   いし第１２項のいずれかに記載の蓄電池。 ０◆　第１の安全領域を規定する支持部材が固体電解質
   の幾何学形状と一致する特許請求の範囲第１項ないし第
   １３項のいずれかに記載の蓄電池。 （至）支持部材がチューブとして形成されている特許請
   求の範囲第１項ないし第１４項のいずれかに記載の蓄電
   池。 ０Ｑ　　第２の安全領域が、固体電解質の閉鎖端から所
   定の間隔で配置されたシースによって規定されている特
   許請求の範囲第１項ないし第１５項のいずれかに記載の
   蓄電池。 α乃　シースが固体電解質の閉鎖端の幾何学形状と一致
   する特許請求の範囲第１６項記載の蓄電池。 （１樟　　シースが陰極室内に配置されている特許請求
   の範囲第１６項記載の蓄電池。 ６Ｉ　　シースがキヤ、ｆとして形成されている特許請
   求の範囲第１６項ないし第１８項のいずれかに記載の蓄
   電池。 翰　第２の安全領域を規定するシースが固体電解質の閉
   鎖端から１〜２■隔たっている特許請求の範囲第１６項
   ないし第１９項のいずれかに記載の蓄電池。 （２１）シースと固体電解質の閉鎖端との間に不活性材
   料が配置されている特許請求の範囲第１６項ないし第２
   ０項のいずれかに記載の蓄電池。 （２２）支持部材がアルミニウム、アルミニウム合金ま
   九は鉄鋼によって形成されている特許請求の範囲第１１
   項ないし第２１項のいずれかに記載の蓄電池。 Ｉ（２３）シースがアルミニウム、アルミニウム合金、
   ４Ｉ殊鋼、黒鉛、セラミックまたはモリブデンによって
   形成されている特許請求の範囲第１６項ないし第２２項
   のいずれかに記載の蓄電池。