JPS60225374A - 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】 この発明は、少なくとも各１個のＰｖＩｍ案及び陰極室
を有し、これらの室がアルカリイオン伝導固体電解質に
よって互いに隔離され、その外周が少なくとも区域的に
金属ケースによって画定され、固体電解質の開放端が結
合部材を介して該金属ケースに固定されて成る、アルカ
リ金属及びカルコブールを基体とする電気化学的蓄電池
に関する。

上記の蓄電池は、電気自動車の動力源として利用される
高温度電池列に好適に使用される。

反応体室が固体電解質によって互いに隔離されたアルカ
リ金属及びカルコゲン（酸素族元素、例えば硫黄、セレ
ン、テルル等。ンを基体として成る再充電が可能な電気
化学的蓄電池は、高温度電池列を構成するのにすこぶる
好適である。

この電池に使用される、例えばβ酸化アルミニウム製の
固体電解質は、これを貫通して移動するイオンの部分導
電率が極めて高く、イオンの部分導電率が一般よシも規
格も小さいという特徴がある。

カップ状をした金属ケースによって外側から画定された
この電気化学的蓄電池は、西独国特許出願公開公報第３
１４５１１７号によって公知である。この蓄電池の内部
にしかるべく形成されたβ酸化アルミニウム製の固体ｔ
Ｓ＊が配設される。該固体電解質の上側開放端に、α酸
化−アルミニウム製の絶縁リングが配設され、例えば封
着ガラスを介して固体電解質と結合される。

絶縁リングは外向きの７２ンノの機能を果すように形成
され、且つ固体電解質に固定されている。電池を画定す
るケースはその上端に、内向きまたは外向きのフランジ
を具備し、絶縁リングがこの７２７ジの上に取付けられ
、かつ固着される。上記の電池について長い寿命を保証
するためには、反応体相互の密閉と電池の外部に対する
密閉を確保しなければならない。該西独国公開公報の電
池にあっては、これらの密閉が永久的に可能ではないの
で、数時間の′電池使用ののちに反応体室への酸素の侵
入を防ぐことができない。

この発明の目的とするところは、この撫電池の全寿命期
間中、反応体室相互および外部に対する気密が保証され
るように、電池の固体電解質と金属ケースとの結合を最
適化することにある。

この目的は、本発明に基づいて、固体電解質の開放端に
、圧縮リングとして構成された少なくとも１個の結合部
材と、該圧縮リングから出る力を吸収する少なくとも１
個の補整リングとを固定することによってこれを達成す
ることができる。、”。

圧縮・リングを固体電解質の上端にガラス付けすること
によって、固体電解質と金属ケースとの間に最適の結合
が保証される。さらに固体電解質の上位に補整リングが
固定される。補整リングは圧縮リングが働かす力を吸収
するために使用される。しかも圧縮リングと補整リング
を使用することによって、温度変化の際の固体電解質の
損傷が一掃される。同時に、固体・電解質と金属ケース
との間に配設された反応体室の最適の気密が保証される
。圧縮リングは、固体電解質と金属ケースとの間に配設
された反応体室のための集電体として同時にこれを使用
することが可能である。

外縁が補整リングの上端に固定された金属カバーによっ
て、カップ状の固体電解質の中に配設された反応体室の
気密が保たれる。補整リングはカップ状固体電解質の外
面に固定される。

（場合によっては内面に固定されることもある。）補整
リングは固体電解質を越えて外へ数粍張り出すように固
体電解質に取付けることが望ましい。補整リングの固定
線、ガラス層を介して固体電解層に貼着するように配設
することによって行われる。圧縮リングもガラス層を介
して補整リング（又は固体電解質）の外面にこれを固定
する。補整リングを固体電解質の外面に取付ける場合に
は、圧縮リングの上端が補整リンクの上端で終るように
圧縮リングを配設する。圧縮リングの外縁は、電池の外
側を画定する金属ケースの内面にこれを固着する、。

補整リングと圧縮リングとの間、及び固体電解質と補整
リングとの間に配設されたガラス層によって、固体電解
質と金属ケースとの間に設けられた反応体室が外部に対
して完全に閉鎖される。圧縮リングを固体電解質の外面
に直接固定する場合には、圧縮リングが金属ケースの内
面にほぼ到達するように、圧縮リングを固体電解質の外
面に保持するガラス層の厚さを選定する。それによりて
、固体電解質と金属ケースとの間に設けられた反応体室
の完全な気密がガラス層と、圧縮リングによって達成さ
れるように、圧縮ｙングを金属ケースに固定することが
でき　。

る。

この発明に基づく蓄電池においては、多くの使用時間抜
も外部から酸素が反応体室に侵入しないように、気密を
保ち得ることを保証することができる。それによって反
応生成物が常に電極反応のために利用されるから、永く
使用された電池でも容量の低下の心配がない。

次に実施例に基づいてこの発明になる電池の構造を説明
する。

第１図はナトリウム及び硫黄を基体とした電気化学的蓄
電池を示す。電池１は実質的に金属ケース２と固体電解
質３とから成る。金属ケース２は力、プ状に形成され、
内側に防蝕（図示されてはいない）を施しである。金属
ケース２の内部に、β酸化アルミニウム製の同じく力。

ゾ状をした固体電解質３が配設されている。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
との間に連続する間隙が残るように選定されている。こ
の実施例では、この間隙が隘極室４として利用さ−れる
。そして、固体電解質３の内部はｉｌｉ！極意５′とし
て利用される。

固体電解質３の高ざは、その上端が金属ケース２の上端
より数粍低く配設されるように選定されている。

ここに示す実施例では１．固体電解質の上側開放端の外
面に圧縮リング６が固定されている。

この発明によれば、圧縮リング６は固体電解質３の外面
に直結はしていない。圧縮リング６の内面と固体電解質
３の外面との間に、二つの円筒状ガラス層２および８を
介して、少なくとも区域的にこれらの間に埋設した補整
リング９が設けられているのである。これらのガラス層
の代りに、それぞれセラミック層を使用してもよい。

圧縮リング６は金属、例えばフェライトクロム鋼製であ
る。あるいはセラミック材料でこれ・を作成することも
できる。二個のガラス層７および８の間に配設された補
整リング９も金属製である。補止リング作成のために用
いられる材料は、ナトーリウムに対して耐性があり、β
酸化アルミニウムより僅かに高い熱膨張係数を有するも
のを選定する。補整リングの作成には鉄。

コバルト又はニッケル合金が好適である。補整リング９
はこれを固体電解質３と結合する前に、クロム又はニオ
ブでその表面を鍍金する。

固体電解質３の上端部の周囲にガラス層８リングを配設
する。このガラス層はセラミックｄ為ら成ることもでき
、その直径は固体電解質３の外径に相当するようにこれ
を選定する。ガラス層８を形成するこのリングの周囲に
゛補整リング９を配設し、補整リング９の下端が、ｆ／
２ス層８をなすリングの下端で終るようにする。補整リ
ング９の内径は、ガラス層８をなすリングの直上に押し
込むことができるようにこれを選定する。

補整リング９の周囲に別のガラス層２のリングを配設す
る。電池の完成状態において、補整リング９の下端は二
個のガラス層７および８の下端部でこれを完全に取シ囲
むことができる。

補整リング９の周囲に配設されたガラス層７リング自体
は圧縮リング６によって取シ囲まれる。

ここに示す実施例の場合、ガラス層７を形成するための
リングは、圧縮リングの下部および中間区域にあって、
上部が固体電解質３の上端の高さで終るように配設され
る。圧縮リング６はその下端がガラス層７の下端の高さ
で終るように位置決めされる。圧縮リング６と補整リン
グ９０寸法は、これらのリングが固体電解質３よシ上へ
数粍突出するようにこれを選定する。

圧縮リング６、ガラス層７のリング、ガラス層８のリン
グ、および補正リング９を上述のように固体電解質３の
上端部の周囲に配列したのち、この配列物に熱処理を加
える。その温度は、ガラスのリングが融解し、圧縮リン
グが膨張し始めるような温度に選定をする。次に、こう
して形成された結合物をガラスの変態点以下に冷却をす
る。それによってガラス層と補正リングとは圧縮リング
によって全面的に圧縮応力が加えられる。こうして圧縮
リング６と同体電解質３との関に、高い負荷に耐え得る
気密の絶縁性結合が形成される。そして、補整リング９
によって、圧縮リング６から出る力の一部がガラス層７
および８から補整リング９に吸収されることが保証され
る。こうして、圧縮リング６から出る力で収縮させられ
て生ずる固体電解質３の損傷が完全に回避される。

圧縮リング６、補整リング９、ガラス層７およびガラス
層８の寸法は、固体電解質３と結合したのち、又は相互
に結合したのち、圧縮リング６が金属ケース２の内面に
到達し、溶接によって金属ケースの内面に固定できるよ
うな幅を有するように選定される。良好な熱放出によシ
、圧縮リングが生ずる圧縮応力を溶接過程の際に維持す
ることが保証される。

圧縮リング６を金属ケース２の内面に直結することによ
って、固体電解′Ｘ３と金属ケース２との間に配設され
た陰極室４の密閉が得られる。

ここに示す実施例では、陰極Ｍ４は硫黄を含浸した黒鉛
せんい層４Ｇによって充填されている。

固体電解質３の内室は陽極室５として使用される。陽極
室５はナトリウムと金鵜綿とからなる物質５Ｍが充填さ
れ、これが陽極集電体ノ０を緊密に取シ囲む。陽極集電
体ｌＯは棒状に形成され、陰極室５の中に深く突入する
。その上端は電池の上蓋金槙カバー１２に貫挿され、カ
バーを越えて外へ数粍突出する。

圧縮リング６は金ｌＩ４製であるから、陰極集電体の機
能を担当することができる。圧縮リング６は金属ケース
２と電導結合されているから、それ自体を接続部材とし
て利用する仁とが１きる。もちろん金属ケースの外面、
とくに電池の上端に電導体１３を固定し、集電体の役割
をする圧縮リング６と、金属ケース２を介して結合する
ことが可能である。電池１の外部に対する気密は、金属
カバー１２によって保たれる。金属カバーはおおむね板
状に形成され、７ランノ状に成形された上向きの縁端を
具備し、この縁端が補整リング９の内面に固定される。

このように構成された電池Ｊは、逆電池として仁れ、゛
を利用することができる。陽極室を固体　゛電解質と金
属ケースとの間に配設する一方、固体電解質の内室を陰
極室として使用することが可能である。

第２図にこの発明に基づく電池の変型を示す。

ここに示す電池もまた実質的に金属ケース２と固体電解
質３とから成る。金属ケース２は力。

ノ状に形成され、その内面に防蝕（図示社されていない
。）が施されている。固体電解質３は金属ケースＺの内
部に配設され、同じく力、ゾ状に形成されている。その
寸法は、金属ケース２の内面と固体電解質３との間に連
続する間隙が形成されるように選定されている。この間
隙は＃に極室４として使用される。陰極室４は、硫黄を
含浸した黒鉛せんい層で充填される。固体電解質３の内
室は陽極室６として使用され、ナトリウムと金属綿の混
合物５Ｍで満ださｈている。

この実施態様においても、固体電解質３の上側開放端（
圧縮リング６が配設されている。圧縮リング６はガラス
層７を介して固体１を解質３の外面と結合される。圧縮
リング６が働かさせる力による同体′ｉｉＬ解質３の収
紬を回避するために、補整リング９が固体電解）Ｘ３の
内面に固定されている。補整リング９と固体電解質３と
の結合は〃ラス）ｔ１８に介して行われる。補整リング
９は鉄コバルトニッケル合金又はモリプｒン製である。

ガラス層７および８はセラミック表でもよい。

圧縮リング６、補整リング９、および固体電解ＪＸ３０
結合は、１１ｇ１図の説明で述べたのと同様にして行わ
れる。この場合も圧縮リング６は金属材料製であって、
大きい熱膨張係数を有する材料が用いられる。溶接によ
って圧縮リング６ｔｌ−金属ケース２に直結することが
できる。ガラス層７と圧縮リング６の厚さ紘、電池ｌの
完成ののちに、固体電解質３と金属ケース２との間に配
設された陰極室４が、圧縮リング６と１２７層７とによ
って外部に対して気密に閉鎖されるより゛に選定される
。圧縮リング６が金属製であるめで、同時に陰極室のた
めの集電体としてこれを使用することができる。この場
合は金属ケースを接続部材として用いることができる。

他方、電池１の上端で電導体１３ｆ、金属ケース２に結
合し、これを接続部材として使用することも可能である
。

圧縮リング６が生ずる応力をｆ：７ス層７および８と共
同で吸収し、ここで示す実施例でＬ固体電解質３の内面
と結合された補整リング９が陽極集電体の役割をする。

ガラス層７および８によって、＠他集亀体としての圧縮
リング６と、陽極集電体としての補整リング９との間の
電気絶縁が得られる。補擬リング９の寸法は、固体電解
質３の上端の上へ数粍突出するように選定されている。

固体電解質３の内室は金属カバー１２によって外部に対
して閉鎖される。金属カバー１２は補整リング９の内面
に溶接される。

陽極集電体ｉｏが金属カバー１２に固定され、陽極室５
の中に深く突入し、金属カバー１２および補整リング９
を介して陽極接続部材ノ５と結合している。

この電池１も逆電池としてこれを使用することができる
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に基づく電池実施例の縦断立面説明図。 第２図は同他の実施例電池の縦断立面説明図。 １・・・蓄電池、２・・・金属ケース、３・・・固体電
解質、４・・・陰極室、５川陽極室、６・・・圧縮リン
ダ、７・・・ガラス層、８・・・ガラス層、９・・・補
整リング、ＪＯ・・・陽極集電体、１２・・・金属カバ
ー、１３・・・電導体、１５・・・陽極接続部材。 出願人代理人　弁理士　鈴　江　武　彦Ｆｉｇ、１ 第１頁の続き ＠発明者　カール・ライス　トイ ティ ０発　明　者　スザンネ・チルバルン　ドイルベ ソ連邦共和国、デー−６９０９ミュールハウゼンーレッ
ヒハイム、パノラマシュトラーセ　６ ン連邦共和国、デー−６９００ハイデルベルク、ミュー
クク　３

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、　少なくとも１個の陽極室（５）及び陰極室（りを
   有し、これらの室がアルカリイオン伝導固体電解質（３
   ）によって互いに隔離され、少なくとも区域的に金属ケ
   ース（２）によって画定され、該固体電解質の開放端が
   結合部材を介して該ケースに固定されて成る、アルカリ
   金属及びカルコゲンを基体とする電池（１）において、
   固体電解質の開放端に、圧縮リング（６）として構成さ
   れた少なくとも１個の結合部材と、該圧縮リングから出
   る力を吸収する少なくとも１個の補整リング（９〕とを
   固定したことを特徴とする電気化学的蓄電池。 ２、　圧縮リング（６ンが金属又はセラミック、好まし
   くはフェライトクロム鋼でできていることを特徴とする
   特許請求の範囲第１項に記載の一電気化学的蓄電池。 ３、　圧縮リング（６）と補整リング（９）とを固体電
   解室（３）の周囲に同心的に配設し、該補整リングを核
   固体電解質と該圧縮リングとの間に位置させたことを特
   徴とする特許請求の範囲第１項又は同第２項の何れかに
   記載の電気化学的、蓄電池。′ ４、補整リング（９）がガラス層又はセラミック層（８
   ）を介して固体電解質（３）と、また圧縮リング（６）
   が他のガラス層又はセラミ、り層（７）を介して補整リ
   ング（ｇ）と結合されていることを特徴とする特許請求
   の範囲第１項ないし第３項の何れかに記載の電気化学的
   蓄電池。 ５、補整リング（９）を固体電解＊　Ｃ３）の外部に配
   設し、ガラス層又はセラミック層（８）を介して圧縮リ
   ング（６）の内面と結合し、圧縮リンとする特許請求の
   範囲第１項又は第２項の何Ｋかに記載の電気化学的蓄電
   池。 ６、金属ケース（２）と固体電解質（３）との間の陰極
   室（りを、圧縮リング（６）及びガラス層又はセラミッ
   ク層（７）および（８）で閉鎖したことを特徴とする特
   許請求の範囲第１項ないし第５項の何れかに記載の電気
   化学的蓄電池。 ７、−一ケース（２ンと固体Ｘ解質（３ンとの間の陰極
   室（４）を、ガラス層又砿セラミック層（７）および（
   ８）と補整リング（９）と圧縮リング（６）とで閉鎖し
   たこと全特徴とする特許請求の範囲第１項ないし第５項
   の何れかに記載の電気化学的蓄電池。 ８、圧縮リング（６）を金属ケース（２）の内面に溶接
   したことを特徴とする特許請求の範囲第１項ないし第７
   項の何れかに記載の電気化学的蓄電池。