JPS63307672A - 電気化学蓄電池 - 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、請求項１の前置きで定義されている電気化
学蓄電池に関する。

このような電気化学蓄電池は、電動車の電源として供与
される高温蓄電池を構成するのに非常に適している。

この例として、陽極スペースと陰極スペースを分離する
β−アルミニウムオキシドの固体電解質　ｑを有する、
ナトリウムおよび硫黄に基礎を置く再充電可能な蓄電池
がある。この電気化学蓄電池の利点は、充電中に電気化
学的な副反応が起こらないことである。その理由は、ナ
トリウムイオンのみが固体電解質を通り抜けることがで
きるためである。そのため、そのようなナトリウム／硫
黄蓄電池の電流効率は１００％である。

ドイツ国特許公開Ｓ、４２５．８５９号によって電気化
学蓄電池は公知であり、この蓄電池においては、硫黄電
極を形成するために、硫黄を含浸させたフェルトを陰極
スペースに配置している。フェルトはピッチを基にした
炭素またはグラファイト繊維で形成されている。電気抵
抗の低いフェルトを得るためには、相当の出費が必要で
ある。最初に、不活性または炭化し得る物質によって強
化された複合体を繊維から積層する。この工程において
は、繊維はそれぞれが実質的に平行になるように配置さ
れる。次いで、断面が繊維の縦軸に垂直になるように複
合体から薄片を切取る。このように分離された薄片を蓄
電池の陰極スペースに挿入する。

複合体およびそれから形成される薄片の特殊な構造の結
果として、フェルトを挿入した後には繊維は蓄電池の縦
軸方向に垂直に配向し、その結果としてフェルトの低電
気抵抗が達成される。このフェルトの非常に不利な点は
製品が高価なことである。このように製品が高価である
にもかかわらず、このフェルトは、セルロースまたはポ
リアクリロニトリルからなる多少異なった構成のフェル
トを使用した場合に得られる必要な復元力が欠けている
。

この発明は、前述したタイプの電気化学蓄電池を、硫黄
電極をも形成するフェルトが所定の電気抵抗を有しかつ
必要な復元力を有するように改良する目的に基づいてい
る。

この目的は、この発明に従い、請求項１に記載の特徴に
よって達成される。

この発明によると、ピッチから製造されたグラファイト
繊維または炭素繊維マットを用いて硫黄電極を形成する
。マウトの製造においては、繊維は実質的に互いに平行
になるように配置される。

陰極スペースにマットを挿入する前にマットを折り畳む
。そのひだは、それらの縦軸が繊維の縦軸方向と垂直に
なるように設ける。このひだの幅および高さは、その比
が０．２：ｌないし２：１となるように選ばれ、好まし
くはＯ，Ｓ：ｔないしｌ：１である。このように折り畳
んだマットを、形成されたひだのために、繊維が蓄電池
の縦軸方向に垂直に配向するように陰極スペースに挿入
する。上述の折り畳み方によって、折り畳んだマットの
陰極スペースへの挿入、および、同時に、繊維の所望の
配置の達成に対して２通りの可能性がある。一方では、
ひだの縦軸が蓄電池の縦軸に平行になるようにフェルト
を陰極スペースに挿入する可能性がある。第２の可能な
配置においては、ひだの縦軸は蓄電池の縦軸のまわりに
環状に配置される。単一のマットの代わりに、数個の断
片に分けて陰極スペースに挿入することもできる。これ
らの状況の下で、できるだけ低いフェルトのオーム抵抗
と高い復元力を得るために、この断片のひだの幅に対す
る断片の長さの比は５：ｌないし２０：１であるべきで
ある。断片の長さとそれらのひだの幅との比は好ましく
は１０：１である。陰極スペースに入れるフェルトの量
は、すべての場合において５ないし３０η／　ｃｙｚ　
３であり、好ましくはＩＯないし２０即／Ｇ’である。

この発明のさらなる特徴は、従属請求項において特徴付
けられている。以下、図面を参照してこの発明をより詳
細に説明する。

第１図は、ビーカー形ハウジング２と固体電解質３によ
って実質的に形成された電気化学蓄電池１の一部断面図
を示している。固体電解質３は、同様にビーカー形の構
造物であり、ハウジング２の内部に設けられている。固
体電解°質３の寸法は、陰極スペースとして役立つ連続
ギャップ４がハウジング２の内面と固体電解質３の外面
との間に形成されるように選択する。ナトリウムで充満
した陽極スペース５は、固体電解質３の内部に設けられ
ている。硫黄８を含浸したフェルト７で形成された硫黄
電極Ｂは、陰極スペース４に設けられている。フェルト
７はグラファイト繊維で形成されている。グラファイト
はピッチから製造したちのである。第１図を参照して分
かるように、フェルトは陰極スペース４内にひだを付け
た形態で設けられている。このフェルトを形成するため
に、第２図に示すマットｌＯを最初に製造する。マット
ｌＯを製造するために、グラファイトまたは炭素繊維１
１をそれらの縦軸が互いに実質的に平行になるように配
置する。好ましくは、陰極スペースに挿入されるマット
の厚さは　４−６ｍ＋である。マットｌＯの幅と高さは
、陰極スペース４の容積によって決まる。マットｌＯの
長さと幅は、マットを陰極スペースに配置する方法によ
って決まる。特に、これに関連して、陰極スペースの縦
軸に関してひだ１２の縦軸が取らなければならない配置
に考慮がなされるべきである。第２図に示したマットを
所望の長さおよび幅に切断した後、それを第３図に示し
た形に折り畳む。この発明によると、マットｌＯはひだ
の縦軸がマットの縦軸に垂直になるように折り畳まれる
。ひだ１２の高さＨおよび幅Ｂは所定の割合で決定され
る。高さに対する幅の比は０．２：１ないし２ａｔの範
囲内にある。フェルトの好ましい態様は、高さに対する
幅の比が０．５：ｌないしｔｉｔである。第１図に示し
た蓄電池の場合には、フェルト７は、ひだ１２の縦軸が
蓄電池ｌの縦軸の回りに環状になるように陰極スペース
４に挿入される。したがって、ひだ１２が形成される前
に、マットｌＯの高さが陰極スベ！ス４の高さに合うよ
うに選択するべきである。第２図に示したマットは、そ
れが陰極スペース４に挿入される途中で所望のひだ１２
が付与され、蓄電池１、とくに硫黄電極Ｂが形成される
。陰極スペース４に折り畳んだフェルト７を導入するさ
らに別の可能性は、あらかじめ蓄電池の外で、折り畳ん
だフェルトおよび硫黄からなるチューブを製造すること
である。このチューブの容積は、ハウジング２と固体電
解質３の間のギャップ４にチューブを挿入することがで
きるように選択する。環状のギャップを有する用具が供
給され、そのギャップの容積は陰極スペース４の容積に
ほぼ対応する。

炭素またはグラファイトマットを、ひだが第１図に示す
ような形態を取ることができるように用具の環状ギャッ
プに押し込こむ。その後、液体硫黄を約１２０−１５０
℃に加熱した用具内に入れる。

次いで、すべての部材を冷却する。硫黄が固化した後、
このように製造され、折り畳んだフェルトと硫黄からな
るチューブを用具から引き抜く。同様に、例えば押し出
しのような連続操作も考えられ、無限長のチューブを製
造してそこから蓄電池ｌに必要な長さを切り離す。

′Ｗ４１図に示した蓄電池１においては、アルミニウム
から金属ハウジングを製造し、内面を腐食防止層（ここ
には示していない）でコートする。蓄電池のハウジング
は同時に陰極の集電装置として働くために、腐食防止層
としては、導電性の良い物質を用いる。陽極の集電装置
は、固体電解質３の内部領域に深く挿入されているロッ
ド２０によって形成されている。固体電解質はその上−
でフランジとして働くα−アルミニウムオキシド製のリ
ング３Ｆに接合されている。このリング３Ｆは、同時に
、ハウジング２の内面に恒久的に接合されており、その
結果として固体電解質３とノ１ウジング２の間に位置す
る陰極スペース４は外界に対して密封される。陽極スペ
ースは、同様にハウジング２に気密性を有するように接
合されている蓋２１によって外界に対して・密封されて
いる。陽極の集電装置２０は、絶縁するような方法でＭ
２１を通り、外側に数ミリメートル突出している。絶縁
は２２１；よって示されている。

第４図は、この発明に従う蓄電池ｌのさらなる態様を示
す。第１図と第４図に示した蓄電池の間の相違は、フェ
ルト７の配置にのみある。同一の部材は同じ参照符号を
備えている。この場合における陰極スペース４もまたハ
ウジング２と固体電解質３の間に設けられる。電極６も
また硫黄８を含浸させたフェルト７で形成される。第４
図が示すように、フェルト７、特にそれを形成するマッ
ト１０は、ひだ１２の縦軸が蓄電池１の縦軸に平行にな
るように陰極スペース４の内部に設置される。

第１図に示し、記述の中で説明した蓄電池１の場合のよ
うに、陰極スペース４に挿入する途中で、ここに示した
方法および手段でフェルト７を折り畳む。一方で、この
目的のために、その内部で最初にフェルトをチューブに
し、そして折り畳む用具（示してはいない）を使用する
こともでき、次いで、そのチューブを陰極スペースに挿
入することもできる。

この発明によると、硫黄電極Ｂはまた、数個のフェルト
片から形成することもできる。この場合には、フェルト
片７　（ここには示していない）の長さがそれらのひだ
１２の幅と所定の割合をなすことを確実にするように注
意すべきである。フェルト片７の長さとひだ１２の幅の
割合は、５：ｌないし２０：ｌである。好ましくは、こ
の割合はｌＯ：１である。陰極スペース４に導入される
フェルトの量は、各々の態様に対して５ないし３０ｊ！
ｇ／ｃ１１３である。好ましくは、１０ないし２０η／
ｃＭ３の量のフェルトを陰極スペースに挿入する。

【図面の簡単な説明】

第１図は陰極スペースに折り畳んだフェルトを有する電
気化学蓄電池の一部断面図、第２図は折り畳む以前のフ
ェルトを示す図、第３図は硫黄電極を形成するために折
り畳まれたフェルトを示す図、第４図は陰極スペースの
内部にフェルトを配置した他の態様を示す図である。 １・・・蓄電池、２・・・ハウジング、訃０．固体電解
質、４・・・陰極スペース、５・・・陽極スペース、６
・・・電極、７・・・フェルト、８・・・硫黄、ｌＯ・
・・マット、１１・・・繊維、１２・・・ひだ、２０・
・・ロッド、２１・・・蓋。 出願人代理人　弁理士　鈴江武彦 ！■− 〔カ Ｎ４゜ 一 冒

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）固体電解質（３）によって互いに隔てられ、金属
   ハウジング（２）によって外側方向で結合している陽極
   スペース（５）および陰極スペース（４）と、硫黄を含
   浸させ、その繊維（１１）がグラファイトまたは木炭か
   ら製造され、陰極スペース（４）に配置されて電極（６
   ）を形成するフェルト（７）とを有するナトリウムおよ
   び硫黄に基づく電気化学蓄電池（１）であって、フェル
   ト（７）が少なくとも２回、好ましくは数回折り畳まれ
   、かつその繊維（１１）が実質的に蓄電池（１）の縦軸
   に対して垂直にかつ固体電解質（３）の表面に対して垂
   直に置かれていることを特徴とする電気化学蓄電池。 （２）フェルト（７）が連続したマット （１０）から製造され、そのマットの内部においては繊
   維（１１）が互いに平行に配置され、フェルト（７）が
   ひだ（１２）の高さ（Ｈ）に対するその幅（Ｂ）の比が
   ０．２：１ないし２：１、好ましくは０．５：１ないし
   １：１となるように折り畳まれている請求項１に記載の
   電気化学蓄電池。 （３）電極（６）が数個のフェルト片（７）によって形
   成され、そのフェルト片（７）の長さとフェルト片（７
   ）の各ひだ（１２）の幅（Ｂ）との比が５：１ないし２
   ０：１、好ましくは１０：１である請求項１に記載の電
   気化学蓄電池。 （４）フェルト（７）のひだ（１２）がマット（１０）
   の縦軸に対して垂直になるように設けられている請求項
   １ないし３のいずれか１項に記載の電気化学蓄電池。 （５）フェルト（７）が、ひだ（１２）の縦軸が蓄電池
   １の縦軸の回りに環状になるように陰極スペース（４）
   の内部に設けられる請求項１ないし４のいずれか１項に
   記載の電気化学蓄電池。 （６）フェルト（７）のひだ（１２）が、ひだ（１２）
   の縦軸が蓄電池（１）の縦軸に対して平行になるように
   陰極スペース（４）に設けられる請求項１ないし４のい
   ずれか１項に記載の電気化学蓄電池。 （７）陰極スペース（４）に導入されるフェルト（７）
   の量が、５ないし３０ｍｇ／ｃｍ＾３であり、好ましく
   は１０ないし２０ｍｇ／ｃｍ＾３である請求項１ないし
   ６のいずれか１項に記載の電気化学蓄電池。 （８）陰極スペース（４）に挿入されるフェルト（７）
   が硫黄との複合体としてチューブの形態で使用される請
   求項１ないし７のいずれか１項に記載の電気化学蓄電池
   。