KR20140003519A - 용융염 전지 및 그 제조 방법 - Google Patents

용융염 전지 및 그 제조 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20140003519A
KR20140003519A KR1020137020132A KR20137020132A KR20140003519A KR 20140003519 A KR20140003519 A KR 20140003519A KR 1020137020132 A KR1020137020132 A KR 1020137020132A KR 20137020132 A KR20137020132 A KR 20137020132A KR 20140003519 A KR20140003519 A KR 20140003519A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
molten salt
battery
salt battery
main body
positive electrode
Prior art date
Application number
KR1020137020132A
Other languages
English (en)
Inventor
쇼이치로 사카이
아츠시 후쿠나가
고지 닛타
신지 이나자와
Original Assignee
스미토모덴키고교가부시키가이샤
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 스미토모덴키고교가부시키가이샤 filed Critical 스미토모덴키고교가부시키가이샤
Publication of KR20140003519A publication Critical patent/KR20140003519A/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/04—Construction or manufacture in general
    • H01M10/0468—Compression means for stacks of electrodes and separators
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/34—Gastight accumulators
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/36—Accumulators not provided for in groups H01M10/05-H01M10/34
    • H01M10/39—Accumulators not provided for in groups H01M10/05-H01M10/34 working at high temperature
    • H01M10/399—Cells with molten salts
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/36—Accumulators not provided for in groups H01M10/05-H01M10/34
    • H01M10/39—Accumulators not provided for in groups H01M10/05-H01M10/34 working at high temperature
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/10—Primary casings; Jackets or wrappings
    • H01M50/102—Primary casings; Jackets or wrappings characterised by their shape or physical structure
    • H01M50/103—Primary casings; Jackets or wrappings characterised by their shape or physical structure prismatic or rectangular
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/10—Primary casings; Jackets or wrappings
    • H01M50/102—Primary casings; Jackets or wrappings characterised by their shape or physical structure
    • H01M50/105—Pouches or flexible bags
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/10—Primary casings; Jackets or wrappings
    • H01M50/116—Primary casings; Jackets or wrappings characterised by the material
    • H01M50/117—Inorganic material
    • H01M50/119—Metals
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/10—Primary casings; Jackets or wrappings
    • H01M50/116—Primary casings; Jackets or wrappings characterised by the material
    • H01M50/121—Organic material
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/10—Primary casings; Jackets or wrappings
    • H01M50/116—Primary casings; Jackets or wrappings characterised by the material
    • H01M50/124—Primary casings; Jackets or wrappings characterised by the material having a layered structure
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/10—Primary casings; Jackets or wrappings
    • H01M50/131—Primary casings; Jackets or wrappings characterised by physical properties, e.g. gas permeability, size or heat resistance
    • H01M50/136—Flexibility or foldability
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/10—Primary casings; Jackets or wrappings
    • H01M50/138—Primary casings; Jackets or wrappings adapted for specific cells, e.g. electrochemical cells operating at high temperature
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/04—Construction or manufacture in general
    • H01M10/0481—Compression means other than compression means for stacks of electrodes and separators
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2300/00—Electrolytes
    • H01M2300/0017—Non-aqueous electrolytes
    • H01M2300/0048—Molten electrolytes used at high temperature
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2300/00—Electrolytes
    • H01M2300/0017—Non-aqueous electrolytes
    • H01M2300/0048—Molten electrolytes used at high temperature
    • H01M2300/0054—Halogenides
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T29/00—Metal working
    • Y10T29/49—Method of mechanical manufacture
    • Y10T29/49002—Electrical device making
    • Y10T29/49108—Electric battery cell making

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)
  • Sealing Battery Cases Or Jackets (AREA)

Abstract

본 발명은, 압접을 위한 내부의 탄성체를 필수 구성 요건으로 하지 않고, 안정된 충방전을 행할 수 있는 용융염 전지를 제공하는 것을 목적으로 한다. 이러한 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 용융염 전지는, 전해질로서 용융염을 포함하는 세퍼레이터를 개재하여 정극 및 부극이 교대로 적층되는 용융염 전지 본체와, 유연성을 갖는 재료에 의해 구성되며, 정극 및 부극으로부터의 단자부만을 노출시켜 용융염 전지 본체를 밀봉하여 덮는 전지 케이스를 구비하고 있다. 전지 케이스는, 그 내측이 부압의 상태가 됨으로써, 자신이, 대기압에 기초한 외압에 의해 용융염 전지 본체를 적층 방향으로 압박한다.

Description

용융염 전지 및 그 제조 방법{MOLTEN SALT BATTERY AND METHOD FOR PRODUCTION THEREOF}
본 발명은, 용융염을 전해질로 하는 전지의 구조 및 그 제조 방법에 관한 것이다. 또한, 용융염에는, 실온에서 용융되는 이온 액체도 포함하는 것으로 한다.
최근, 이산화탄소의 배출을 수반하지 않고 전력을 발생시키는 수단으로서, 태양광, 풍력 등의 자연 에너지를 이용한 발전이 촉진되고 있다. 자연 에너지에 의한 발전에서는, 발전량이 기후, 날씨 등의 자연 조건에 좌우되는 일이 많은데다가 전력 수요에 맞춘 발전량의 조정이 어렵기 때문에, 부하에 대한 전력 공급의 평준화가 불가결해진다. 발전된 전기 에너지를 충전 및 방전시켜 평준화하기 위해서는, 고에너지 밀도·고효율이며 대용량인 축전지가 필요로 되고, 이러한 조건을 만족하는 축전지로서, 전해질에 용융염을 이용한 용융염 전지가 주목받고 있다.
용융염 전지의 단전지는, 예컨대, 나트륨의 화합물로 이루어진 활물질을 집전체에 포함시켜 이루어지는 정극과, 주석 등의 금속을 집전체에 도금하여 이루어지는 부극 사이에 나트륨, 칼륨 등의 알칼리 금속의 양이온과, 불소를 포함하는 음이온으로 이루어진 용융염을 함침시킨 세퍼레이터를 개재시킨 발전 요소를 전지 용기 내에 구비한다. 정극 및 부극은 세퍼레이터를 개재하여 교대로 배치되며, 적층 구조의 용융염 전지 본체를 이루고 있다.
전지 용기로서는, 경량화·내식성의 관점에서 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 이루어진 금속제 용기가 바람직하다고 되어 있다(예컨대, 특허문헌 1 참조). 상기 용융염 전지 본체는, 정극·부극이 세퍼레이터와 압접한 상태를 유지하여 전지 용기 내에 긴밀하게 수용된다. 바꿔 말하면, 용융염 전지 본체의 적층 방향에 대한 치수와, 전지 용기의 안치수를 적절히 설계함으로써, 상기 압접 상태가 유지된다. 일정한 압접 상태를 유지하는 것은, 나트륨이 정극 및 부극에 인터컬레이트 혹은 석출되는 양을 안정적으로 유지하고, 충방전의 변동을 방지하는 의의가 있다.
그런데, 실제로는, 충전시에 정극·부극이 적층 방향으로 팽창되고, 방전시에는 수축된다고 하는 현상이 발생한다. 그 때문에, 단순히 용융염 전지 본체를 전지 용기에 수용한 것만으로는, 용융염 전지 본체에 있어서 일정한 압접 상태를 유지할 수 없다. 그래서, 본 출원인은, 전지 용기 내에, 용수철이나 고무 등의 탄성체와, 그 탄발력의 분포를 균일화하기 위한 평판 형상의 누름판을 구비한 용융염 전지를 제안하고 있다(일본 특허 출원 2010-267261). 도 7은 이 용융염 전지의 횡단면도이다.
도 7에 있어서, 이 용융염 전지는, 금속의 전지 용기(110) 내에, 발전 요소로서의 용융염 전지 본체부(100) 이외에 파형판 형상의 용수철(120)과, 누름판(130)이 수용되어 있다. 이 경우, 용수철(120)이, 정극·부극의 팽창 또는 수축을, 흡수 또는 보충하도록 탄성 변형되기 때문에, 거의 일정한 압접 상태가 유지된다. 누름판(130)은 용수철(120)의 탄발력의 평면 분포를 균일화하고 있다.
특허문헌 1 : 일본 특허 공개 제2009-211936호 공보(단락 [0067], 도 1)
그러나, 상기와 같은 탄성체나 누름판을 설치함으로써, 그 점유 공간이 필요하게 되고, 그 정도만큼, 전지 용기도 포함시킨 용융염 전지 전체의 체적이 증대하며, 단위체적당의 전지 용량(Wh/L)은 작아진다. 또한, 이 공간은, 말하자면 공랭 공간이 되고, 열전도율이 낮기 때문에, 그 만큼, 용융염을 융점 이상으로 유지하기 위한 가열 효율이 저하된다.
이러한 종래의 문제점을 감안하여, 본 발명은, 압접을 위한 내부의 탄성체를 필수 구성 요건으로 하지 않고, 안정된 충방전을 행할 수 있는 용융염 전지를 제공하는 것을 목적으로 한다.
(1) 본 발명의 용융염 전지는, 전해질로서 용융염을 포함하는 세퍼레이터를 개재하여 정극 및 부극이 교대로 적층되는 용융염 전지 본체와, 적어도 일부가 유연성을 갖는 재료에 의해 구성되어 있으며, 상기 정극 및 부극으로부터의 단자부만을 노출시켜 상기 용융염 전지 본체를 밀봉하여 덮고, 또한, 내측이 부압 상태가 됨으로써, 상기 재료의 부위를 통해 대기압에 기초한 외압에 의해 상기 용융염 전지 본체를 적층 방향으로 압박하는 전지 케이스를 구비하고 있는 것을 특징으로 한다.
또한, 여기서, 유연성을 갖는 재료란, 대기압에 기초한 외압(대기압-내측의 부압)에 의해, 예컨대 0.5 기압 정도의 압력에 대하여, 굽힘 등의 변형을 일으키는 재료이다.
상기한 바와 같이 구성된 용융염 전지에서는, 대기압에 기초한 외압(대기압-내측의 부압)에 의해 항상 용융염 전지 본체가 적층 방향으로 압박되기 때문에, 이것에 의해 정극 및 부극과 세퍼레이터가 서로 안정적으로 압접한다. 예컨대 부압을, 0.5 기압 이하로 하면, 대기압에 기초한 충분한 압접력을 얻을 수 있다. 충방전시에 정극 및 부극은 팽창 또는 수축되지만, 이 경우에도, 팽창/수축에 추종하는 유연한 전지 케이스의 부위를 통해 외압이 작용하기 때문에, 안정적인 압접의 상태는 변하지 않는다. 따라서, 충방전시에 안정된 균일한 전류 분포를 얻을 수 있다. 그 때문에, 전지 케이스 내에, 용수철 등의 탄성체를 설치하지 않아도 좋다. 탄성체를 생략하면, 그 만큼의 공간이 필요없게 되기 때문에, 용융염 전지의 단위 체적당의 전지 용량이 증대한다. 또한, 공간의 삭감은, 용융염을 융점 이상으로 유지하기 위한 가열 효율도 향상시킨다.
(2) 또한, 상기 (1)의 용융염 전지에 있어서, 전지 케이스는, 알루미늄박 및 수지층을 포함하는 라미네이트 필름으로 용융염 전지 본체를 덮어 밀봉한 것이어도 좋다.
이 경우, 유연성, 기밀성을 저비용으로 용이하게 확보할 수 있고, 또한, 수지층의 재질을 적절하게 선정함으로써, 원하는 내열 온도를 용이하게 얻을 수 있다.
(3) 또한, 상기 (1) 또는 (2)의 용융염 전지에 있어서, 용융염은, NaFSA, 또는, LiFSA를 포함하는 혼합물이어도 좋다.
(4) 또한, 상기 (1) 또는 (2)의 용융염 전지에 있어서, 용융염은, NaTFSA, 또는, LiTFSA를 포함하는 혼합물이어도 좋다.
(5) 또한, 상기 (1) 또는 (2)의 용융염 전지에 있어서, 용융염은, NaFSA 및 KFSA의 혼합물, 또는, LiFSA, KFSA 및 CsFSA의 혼합물이어도 좋다.
이들의 경우, 각 혼합물의 용융염은, 비교적 저융점이 되기 때문에, 적은 가열로 용융염 전지를 작동시킬 수 있다. 또한, 전지 케이스에 요구되는 내열 온도도 상대적으로 낮아도 충분하게 되고, 전지 케이스의 재질 선정이 용이하다.
(6) 한편, 본 발명은, 전해질로서 용융염을 포함하는 세퍼레이터를 개재하여 정극 및 부극이 교대로 적층되는 용융염 전지 본체와, 적어도 일부가 유연성을 갖는 재료에 의해 구성되어 있고, 상기 정극 및 부극으로부터의 단자부만을 노출시켜 상기 용융염 전지 본체를 밀봉하여 덮는 전지 케이스를 구비하는 용융염 전지의 제조 방법으로서, 상기 용융염을 융점 이상으로 유지하도록 가열하면서 상기 전지 케이스의 내측을 부압으로 함으로써, 상기 재료의 부위를 통해 대기압에 기초한 외압에 의해 상기 용융염 전지 본체를 적층 방향으로 압박하는 상태로 하는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 용융염 전지의 제조 방법에서는, 가열에 의해 전지 케이스 내에 남아 있는 불필요한 수분을 증발시킬 수 있다. 또한, 부압으로 하기 위한 감압에 의해 수분의 증발이 촉진된다.
또한, 제조된 용융염 전지는, 대기압에 기초한 외압(대기압-내측의 부압)에 의해 항상 용융염 전지 본체가 적층 방향으로 압박되기 때문에, 이것에 의해 정극 및 부극과 세퍼레이터가 서로 안정적으로 압접한다. 예컨대 부압을 0.5 기압 이하로 하면, 대기압에 기초한 충분한 압접력을 얻을 수 있다. 충방전시에 정극 및 부극은 팽창 또는 수축하지만, 이 경우에도, 팽창/수축에 추종하는 유연한 전지 케이스의 부위를 통해 외압이 작용하기 때문에, 안정적인 압접의 상태는 변하지 않는다. 따라서, 충방전시에 안정된 균일한 전류 분포를 얻을 수 있다. 그 때문에, 전지 케이스 내에, 용수철 등의 탄성체를 설치하지 않아도 좋다. 탄성체를 생략하면, 그 만큼의 공간이 필요 없게 되기 때문에, 용융염 전지의 단위체적당의 전지 용량이 증대한다. 또한, 공간의 삭감은, 용융염을 융점 이상으로 유지하기 위한, 가열 효율도 향상시킨다.
본 발명의 용융염 전지에 따르면, 압접을 위한 내부의 탄성체를 필수 구성 요건으로 하지 않고, 안정된 충방전을 행할 수 있다. 또한, 본 발명의 용융염 전지의 제조 방법에 따르면, 이러한 용융염 전지의 제조 단계에 있어서, 전지 케이스 내부의 불필요한 수분을 증발시킬 수 있다.
도 1은 용융염 전지에 있어서의 발전 요소의 기본 구조를 원리적으로 나타낸 개략도이다.
도 2는 용융염 전지의 적층 구조를 간략하게 나타낸 사시도이다.
도 3은 도 2와 동일한 구조에 대한 횡단면도이다.
도 4는 정극 및 부극의 각각으로부터 단자를 인출한 상태의 일례를 나타낸 횡단면도이다.
도 5의 (a)는, 용융염 전지 본체(전지 케이스를 제외한 본체 부분)에 대하여, 이것을 내포하도록 라미네이트 필름의 전지 케이스를 씌운 상태를 나타내고, 또한, 도 5의 (b)는 진공화를 행한 후의 상태, 또는, 진공 중에서 밀봉한 것을 대기압 하에 내놓은 상태를 나타낸 단면도이다.
도 6의 (a)는, 전지 케이스로부터, 동일한 방향으로 단자부를 인출한 경우의 단면도, 도 6의 (b)는 정면도이다.
도 7은 용수철을 내장하는 용융염 전지의 횡단면도이다.
이하, 본 발명의 일 실시형태에 따른 용융염 전지에 대해서, 도면을 참조하여 설명한다.
도 1은 용융염 전지에 있어서의 발전 요소의 기본 구조를 원리적으로 나타낸 개략도이다. 도면에 있어서, 발전 요소는, 정극(1), 부극(2) 및 이들 사이에 개재하는 세퍼레이터(3)를 구비하고 있다. 정극(1)은, 정극 집전체(1a)와, 정극재(1b)에 의해 구성되어 있다. 부극(2)은, 부극 집전체(2a)와, 부극재(2b)에 의해 구성되어 있다.
정극 집전체(1a)의 소재는, 예컨대, 알루미늄 부직포(선 직경 100 ㎛, 기공률 80%)이다. 정극재(1b)는, 정극 활물질로서의 예컨대 NaCrO2와, 아세틸렌 블랙과, PVDF(폴리불화비닐리덴)와, N-메틸-2-피롤리돈을, 질량비 85:10:5:50의 비율로 혼련한 것이다. 그리고, 혼련한 것을, 알루미늄 부직포의 정극 집전체(1a)에 충전하고, 건조 후에, 100 MPa로 프레스하여, 정극(1)의 두께가 약 1 ㎜가 되도록 형성된다.
한편, 부극(2)에 있어서는, 알루미늄제의 부극 집전체(2a) 상에 부극 활물질로서의 예컨대 주석을 포함하는 Sn-Na 합금(작동 온도: 90℃)이 도금에 의해 형성된다.
정극(1) 및 부극(2) 사이에 개재되는 세퍼레이터(3)는, 유리 부직포(두께 200 ㎛)에 전해질로서의 용융염을 함침시킨 것이다. 이 용융염은, 예컨대, NaFSA(나트륨 비스플루오로술포닐아미드) 56 mol%와, KFSA(칼륨 비스플루오로술포닐아미드) 44 mol%의 혼합물로서, 융점은 57℃이다. 융점 이상의 온도에서는, 용융염은 용융되고, 고농도의 이온이 용해된 전해액이 되어 정극(1) 및 부극(2)에 닿고 있다. 또한, 이 용융염은 불연성이다.
또한, 전술한 각부의 재질·성분이나 수치는 적합한 일례이지만, 이들에 한정되는 것은 아니다.
다음에, 보다 구체적인 용융염 전지의 발전 요소의 구성에 대해서 설명한다. 도 2는 용융염 전지의 적층 구조를 간략하게 나타낸 사시도, 도 3은 동일한 구조에 대한 횡단면도이다.
도 2 및 도 3에 있어서, 복수(도시되어 있는 것은 6개)의 직사각형 평판 형상의 부극(2)과, 주머니 형상의 세퍼레이터(3)에 각각 수용된 복수(도시되어 있는 것은 5개)의 직사각형 평판 형상의 정극(1)이 서로 대향하여 도 3에 있어서의 상하 방향 즉 적층 방향으로 중첩되어 적층 구조를 이루고 있다.
세퍼레이터(3)는, 인접한 정극(1)과 부극(2) 사이에 개재되어 있고, 바꿔 말하면, 세퍼레이터(3)를 통해 정극(1) 및 부극(2)이 교대로 적층되어 있게 된다. 실제로 적층하는 수는, 예컨대, 정극(1)이 20개, 부극(2)이 21개, 세퍼레이터(3)는 「주머니」로는 20 주머니이지만, 정극(1)·부극(2) 사이에 개재되는 개수로는 40개이다. 또한, 세퍼레이터(3)는, 주머니 형상으로 한정되지 않고, 분리된 40개여도 좋다.
또한, 도 3에서는, 세퍼레이터(3)와 부극(2)이 서로 떨어져 있도록 그려져 있지만, 용융염 전지의 완성시에는 서로 밀착된다. 정극(1)도, 당연히, 세퍼레이터(3)에 밀착되어 있다. 또한, 정극(1)의 세로 방향 및 가로 방향 각각의 치수는 덴드라이트의 발생을 방지하기 위해서 부극(2)의 세로 방향 및 가로 방향의 치수보다 작게 되어 있고, 정극(1)의 외연(外緣)이, 세퍼레이터(3)를 통해 부극(2)의 주연부에 대향하도록 되어 있다.
도 4는 정극(1) 및 부극(2)의 각각으로부터 단자를 인출한 상태의 일례를 나타낸 횡단면도이다. 복수의 정극(1)은 서로 접속 부재(4)에 의해 접속되고, 단자부(5)로서 인출된다. 마찬가지로, 복수의 부극(2)은 서로 접속 부재(6)에 의해 접속되며, 단자부(7)로서 인출된다. 또한, 단자의 인출 방식(인출하는 방향이나, 접속 부재, 단자부의 모양)은, 그 외에도 여러 가지의 형태가 가능하고, 이 도면은 단순한 일례를 나타낸 것에 불과하다.
다음에, 전지 케이스에 대해서 설명한다. 전지 케이스는, 강성이 높은 금속이 아니라, 유연성이 있고, 또한, 기밀성이 있는 재질로 한다. 전형적으로는, 알루미늄박의 양면에 수지층을 형성한 라미네이트 필름이 적합하다. 예컨대, 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET)층 12 ㎛, 알루미늄박 40 ㎛, 폴리프로필렌(PP)층 50 ㎛의 3층 구조로 이루어진 라미네이트 필름을 사용할 수 있다. 또한, 내열성이나 내식성을 향상시키기 위해서는 불소 수지, 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN), 폴리이미드(PI), 폴리페닐렌설파이드(PPS) 등의 수지를 이용하여도 좋다. 또한, 내열 온도로서는, 용융염 전지의 일반적인 작동 온도인 80℃에 여유를 갖고 적어도 100℃ 정도의 내열성을 갖는 것이 적합하다.
도 5의 (a)는, 용융염 전지 본체[전지 케이스(11)를 제외한 본체 부분](10)에 대하여, 이것을 내포하도록 라미네이트 필름의 전지 케이스(11)를 씌운 상태를 나타내고 있다. 또한, 도면은 구조를 알기 쉽게 나타내는 것을 주안으로 하고 있고, 도시되어 있는 각부의 치수나 두께는 반드시 실치수에 비례한 것은 아니다.
이와 같이 용융염 전지 본체(10)를 덮기 위해서는, 예컨대 라미네이트 필름을 주머니 형상이나 통 형상으로 형성한 것에, 용융염 전지 본체(10)를 넣어 단자부(5, 7)만을 노출시키고, 나머지 개구부는 예컨대 열용착에 의해 밀봉한다. 또한, 2장의 라미네이트 필름 사이에 용융염 전지 본체(10)를 끼우고, 마찬가지로 외측의 가장자리끼리를 밀봉하도록 하여도 좋다.
상기한 「밀봉」은, 완전히 이것을 이행하기 전에 전지 케이스(11)의 내부 공간을 진공으로 하는 공정이 필요하다. 또한, 여기서 말하는 진공이란, 대기압보다 압력이 낮은 부압 상태를 의미하고, JIS에 규정되는 저진공(100 Pa 이상)의 레벨이다. 구체적으로는, 부압으로서의 목표값은 0.5 기압 이하가 바람직하다. 예컨대, 도시하지 않은 진공 펌프를 운전하여 흡인 노즐을 단자부(5) 또는 단자부(7) 옆에 삽입하고, 내부 공간의 진공화를 행한다. 이 진공화 공정의 완료와 동시에, 전지 케이스(11)의 간극을 완전히 밀봉한다. 또한, 양산 공정에서는, 진공으로 유지된 베슬(vessel)의 공간 내에서, 전지 케이스(11)를 용융염 전지 본체(10)에 씌워 밀봉하고, 그 후 대기압 중에 내놓도록 하여도 좋다.
또한, 상기 진공화 및 밀봉 공정, 혹은, 진공 내에서 전지 케이스(11)를 용융염 전지 본체(10)에 씌워 밀봉하는 공정은, 도시하지 않은 외부의 가열 수단(히터 등)을 이용하여 용융염 전지 본체(10)를 60℃∼150℃의 범위 내의 온도로 가열하면서 행한다. 이 경우, 가열에 의해 전지 케이스(11) 내에 남아 있는 불필요한 수분을 증발시킬 수 있다. 또한, 부압으로 하기 위한 감압에 의해 수분의 증발이 촉진된다.
도 5의 (b)는, 진공화를 행한 후의 상태, 또는, 진공 중에서 밀봉한 것을 대기압 하에 내놓은 상태를 나타낸 단면도이다. 이 상태에서는, 대기압에 기초한 외압(대기압-내측의 부압)이, 화살표로 나타낸 바와 같이, 전지 케이스(11)의 외면 전체에 작용한다. 특히, 비교적 면적이 넓은 측면[도 5의 (b)에 있어서의 상하면]에는 균일하게 대기압에 기초한 외압이 작용한다. 이에 따라, 항상, 용융염 전지 본체(10)가 적층 방향으로 압박되고, 정극(1) 및 부극(2)과 세퍼레이터(3)가 서로 안정적으로 압접한다. 특히, 충분히 (0.5 기압 이하로) 감압하면, 대기압에 기초한 강한 압접력을 얻을 수 있다. 충방전시에 정극(1) 및 부극(2)은 팽창 또는 수축하지만, 이 경우에도, 팽창/수축에 추종하는 유연한 전지 케이스(11)를 통해 외압이 작용하기 때문에, 안정적인 압접 상태는 변하지 않는다. 따라서, 충방전시에, 안정된 균일한 전류 분포를 얻을 수 있다.
그 때문에, 전지 케이스(11) 내에, 용수철 등의 탄성체를 설치하지 않아도 좋다. 탄성체를 생략하면, 그 만큼의 공간이 필요 없게 되기 때문에, 용융염 전지의 단위체적당의 전지 용량(Wh/L)이 증대한다. 예컨대 도 7의 구성과의 비교로 말하면, 적층 방향에 대한 두께 치수가 80% 정도로 삭감된다. 이 경우, 세로·가로 치수가 동일하면, 단위체적당의 전지 용량은, 1.25배가 된다. 또한, 이러한 공간의 삭감은, 용융염을 융점 이상으로 유지하기 위한 가열 효율도 향상시킨다. 또한, 대기압에 기초한 외압은 전지 케이스(11)의 표면에 균일하게 작용하기 때문에, 도 7의 구성에서는 필요한 누름판(130)도 본 실시형태에서는 기본적으로 불필요하다.
또한, 라미네이트 필름의 전지 케이스(11)를 채용함으로써, 유연성, 기밀성을 저비용으로 용이하게 확보할 수 있고, 또한, 수지층의 재질을 적절하게 선정함으로써, 원하는 내열 온도나 내식성을 용이하게 얻을 수 있으며, 게다가 경량이다.
상기한 바와 같이 하여 제조된 용융염 전지는, 외부의 가열 수단을 이용하여 전체를 85℃∼95℃로 가열함으로써, 용융염이 융해되어 충전 및 방전이 가능한 상태가 된다.
또한, 도 5에서는, 단자부(5, 7)를 좌우 각각으로 인출한 상태를 나타내고 있지만, 전술한 바와 같이 동일한 방향으로 인출하여도 좋다. 도 6의 (a)는, 동일한 방향으로 단자부(5, 7)를 인출한 경우의 단면도, 도 6의 (b)는 정면도이다.
상기와 같은 용융염 전지는, 이들의 복수 개를 서로 직렬 또는 병렬로 접속하여 원하는 전압·전류의 정격으로 사용할 수 있다.
또한, 상기 실시형태에서는 전지 케이스(11)의 전체를 라미네이트 필름으로 형성한 예를 나타내었지만, 측면(도 5에 있어서의 상하의 면)을 주체로 라미네이트 필름으로, 그 밖의 면은 유연성이 없는 알루미늄 등의 금속으로 형성한 전지 케이스여도 좋다. 즉, 강성이 있는 직사각형 프레임의 양쪽 개구를 라미네이트 필름으로 기밀하게 막고, 내부를 부압으로 함으로써 라미네이트 필름이 용융염 전지 본체(10)를 적층 방향으로 압박하는 형태이다. 요컨대, 부압으로 함으로써 용융염 전지 본체(10)를 적층 방향으로 압박할 수 있도록 유연성이 있는 부위를 배치하면 좋다.
또한, 상기 실시형태에 있어서의 용융염은, NaFSA 및 KFSA의 혼합물이지만, 그 밖에, LiFSA, KFSA 및 CsFSA의 혼합물이어도 좋다. 후자의 경우, LiFSA-KFSA-CsFSA는, 몰비 30:35:35의 비로 혼합된다. 이 혼합물은, 유리 부직포(두께 200 ㎛)로 이루어진 세퍼레이터에 전해질로서 함침시킨다. 이 혼합물의 융점은 39℃이다. 이 경우, 정극은, 탄소 피복 LiFePO4, 아세틸렌 블랙, PTFE 분말이 80:15:5의 중량비로 혼합된 것을 알루미늄 부직포에 압착시켜 제작된다. 부극은 금속 Li이고, 작동 온도는 50℃이다.
NaFSA 및 KFSA의 혼합물과 마찬가지로, LiFSA-KFSA-CsFSA의 혼합물의 용융염은, 비교적 저융점(39℃)이 되기 때문에, 적은 가열로 작동시킬 수 있다.
또한, 다른 염을 혼합하는 경우도 있고(유기 양이온 등), 일반적으로는, 용융염은,
(a) NaFSA 또는 LiFSA를 포함하는 혼합물
(b) NaTFSA 또는 LiTFSA를 포함하는 혼합물
이 적합하다. 이들의 경우, 각 혼합물의 용융염은, 비교적 저융점이 되기 때문에, 적은 가열로 용융염 전지를 작동시킬 수 있다. 또한, 전지 케이스(11)에 요구되는 내열 온도도 상대적으로 낮아도 충분하게 되고, 전지 케이스(11)의 재질 선정이 용이하다.
또한, 리튬 이온 전지와 같이 유기 용매를 이용한 전지에는, 상기 실시형태와 같이 전지 케이스 내를 부압으로 하는 구성은 적합하지 않다. 이것은, 유기 용매가 기화하여 내압이 상승하기 때문이다.
또한, 이번에 개시된 실시형태는 모든 점에서 예시로서, 제한적인 것이 아니라고 생각되어야 한다. 본 발명의 범위는 특허청구범위에 의해 나타내어지며, 특허청구범위와 균등한 의미 및 범위 내에서의 모든 변경이 포함되는 것이 의도된다.
예컨대, 본 실시형태에서는, 전지 케이스(11) 내에 용수철 등의 탄성체는 기본적으로 불필요하지만, 탄성체를 꼭 배제해야만 하는 것은 아니며, 하나의 실시형태로서 탄성체도 병용하는 것은 가능하다. 이 경우에도, 충방전시에 안정된 균일한 전류 분포를 얻을 수 있다고 하는 작용 효과는 동일하게 얻어지며, 또한, 예컨대 도 7의 용수철(120)보다도 공간 절약형인 얇은 고무 등을 병용하면, 도 7과의 대비에 있어서는 일정한 공간 절약 효과도 얻어진다.
1 : 정극
2 : 부극
3 : 세퍼레이터
10 : 용융염 전지 본체
11 : 전지 케이스

Claims (6)

  1. 전해질로서 용융염을 포함하는 세퍼레이터를 개재하여 정극 및 부극이 교대로 적층되는 용융염 전지 본체와,
    적어도 일부가 유연성을 갖는 재료에 의해 구성되어 있으며, 상기 정극 및 부극으로부터의 단자부만을 노출시켜 상기 용융염 전지 본체를 밀봉하여 덮고, 또한, 내측이 부압 상태가 됨으로써, 상기 재료의 부위를 통해 대기압에 기초한 외압에 의해 상기 용융염 전지 본체를 적층 방향으로 압박하는 전지 케이스
    를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 용융염 전지.
  2. 제1항에 있어서, 상기 전지 케이스는, 알루미늄박 및 수지층을 포함하는 라미네이트 필름으로 상기 용융염 전지 본체를 덮어 밀봉한 것인 용융염 전지.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 용융염은, NaFSA 또는 LiFSA를 포함하는 혼합물인 용융염 전지.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 용융염은, NaTFSA 또는 LiTFSA를 포함하는 혼합물인 용융염 전지.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 용융염은 NaFSA 및 KFSA의 혼합물, 또는, LiFSA, KFSA 및 CsFSA의 혼합물인 용융염 전지.
  6. 전해질로서 용융염을 포함하는 세퍼레이터를 개재하여 정극 및 부극이 교대로 적층되는 용융염 전지 본체와, 적어도 일부가 유연성을 갖는 재료에 의해 구성되어 있고, 상기 정극 및 부극으로부터의 단자부만을 노출시켜 상기 용융염 전지 본체를 밀봉하여 덮는 전지 케이스를 구비하는 용융염 전지의 제조 방법으로서,
    상기 용융염을 융점 이상으로 유지하도록 가열하면서 상기 전지 케이스의 내측을 부압으로 함으로써, 상기 재료의 부위를 통해 대기압에 기초한 외압에 의해 상기 용융염 전지 본체를 적층 방향으로 압박하는 상태로 하는 것을 특징으로 하는 용융염 전지의 제조 방법.
KR1020137020132A 2011-02-21 2012-02-15 용융염 전지 및 그 제조 방법 KR20140003519A (ko)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JPJP-P-2011-034192 2011-02-21
JP2011034192A JP2012174442A (ja) 2011-02-21 2011-02-21 溶融塩電池及びその製造方法
PCT/JP2012/053462 WO2012114951A1 (ja) 2011-02-21 2012-02-15 溶融塩電池及びその製造方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20140003519A true KR20140003519A (ko) 2014-01-09

Family

ID=46720733

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020137020132A KR20140003519A (ko) 2011-02-21 2012-02-15 용융염 전지 및 그 제조 방법

Country Status (6)

Country Link
US (1) US20130323567A1 (ko)
JP (1) JP2012174442A (ko)
KR (1) KR20140003519A (ko)
CN (1) CN103384937A (ko)
TW (1) TW201304242A (ko)
WO (1) WO2012114951A1 (ko)

Families Citing this family (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10056651B2 (en) 2010-11-05 2018-08-21 Field Upgrading Usa, Inc. Low temperature secondary cell with sodium intercalation electrode
US10020543B2 (en) 2010-11-05 2018-07-10 Field Upgrading Usa, Inc. Low temperature battery with molten sodium-FSA electrolyte
US10224577B2 (en) 2011-11-07 2019-03-05 Field Upgrading Usa, Inc. Battery charge transfer mechanisms
JP6304733B2 (ja) * 2013-02-27 2018-04-04 国立研究開発法人産業技術総合研究所 リチウム溶融塩を電解液に用いたリチウム二次電池
JP6570509B2 (ja) * 2013-03-13 2019-09-04 フィールド アップグレーディング ユーエスエー・インク ナトリウム挿入電極を有する低温二次電池
JP6656145B2 (ja) 2013-05-30 2020-03-04 フィールド アップグレーディング ユーエスエー・インク 電気自動車用室温／中温電池のためのハイブリッド溶融／固体ナトリウムアノード
JP2014235912A (ja) * 2013-06-03 2014-12-15 住友電気工業株式会社 ナトリウム溶融塩電池およびその製造方法
WO2015035200A1 (en) 2013-09-05 2015-03-12 Ceramatec, Inc. High temperature sodium battery with high energy efficiency
US9537179B2 (en) 2013-09-25 2017-01-03 Ceramatec, Inc. Intermediate temperature sodium-metal halide battery
JP6682427B2 (ja) * 2013-09-25 2020-04-15 フィールド アップグレーディング ユーエスエー・インク 中温ナトリウム−金属ハライド電池
US10147556B2 (en) 2014-03-31 2018-12-04 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Power storage device and electronic device
KR102249894B1 (ko) * 2014-11-21 2021-05-07 삼성에스디아이 주식회사 이차 전지
US10497922B2 (en) * 2015-03-30 2019-12-03 Eliiy Power Co., Ltd. Pouch battery and assembled battery
CN108391453B (zh) * 2015-12-18 2021-10-22 罗伯特·博世有限公司 用于软包电池的穿墙集流体
EP3919359B1 (en) * 2019-07-10 2023-06-28 Honda Motor Co., Ltd. Saddled electric-powered vehicle
KR20230044239A (ko) * 2020-07-31 2023-04-03 가부시키가이샤 한도오따이 에네루기 켄큐쇼 이차 전지의 제작 방법 및 이차 전지의 제조 장치
CN114188526B (zh) * 2020-09-15 2024-06-28 中国石油化工股份有限公司 单晶正极材料及其制备方法和其在锂离子电池中的应用
CN114221066B (zh) * 2021-12-09 2024-06-25 万华化学(四川)有限公司 用于三元电芯的内凹型动力电池铝壳及铝壳电池
DE102022115428B3 (de) 2022-06-21 2023-06-29 Dr. Ing. H.C. F. Porsche Aktiengesellschaft Batteriezelle mit Seitenwänden aus Stahl oder einer Stahllegierung

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003017014A (ja) * 2001-07-04 2003-01-17 Mitsubishi Chemicals Corp 電 池
JP3866740B2 (ja) * 2003-09-26 2007-01-10 株式会社東芝 非水電解質二次電池、組電池及び電池パック
JP2005166487A (ja) * 2003-12-03 2005-06-23 Toyota Motor Corp 電解質注入量算出方法、ラミネートセルの製造方法、及び、ラミネートセル
US8257868B2 (en) * 2005-03-23 2012-09-04 Kyoto University Molten salt composition and use thereof
JP5273765B2 (ja) * 2007-09-14 2013-08-28 国立大学法人京都大学 溶融塩組成物及びその利用
JP2010113939A (ja) * 2008-11-06 2010-05-20 Nissan Motor Co Ltd 双極型二次電池およびその製造方法
JP2010272341A (ja) * 2009-05-21 2010-12-02 Fuji Heavy Ind Ltd 蓄電デバイス

Also Published As

Publication number Publication date
TW201304242A (zh) 2013-01-16
WO2012114951A1 (ja) 2012-08-30
CN103384937A (zh) 2013-11-06
US20130323567A1 (en) 2013-12-05
JP2012174442A (ja) 2012-09-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR20140003519A (ko) 용융염 전지 및 그 제조 방법
US20230369719A1 (en) Dual electrolyte electrochemical cells, systems, and methods of manufacturing the same
US9142811B2 (en) Current collector having built-in sealing means, and bipolar battery including such a collector
JP5664114B2 (ja) 溶融塩電池
US10505222B2 (en) Pressurized lithium metal polymer battery
JP5255538B2 (ja) 導電性シート層を備えた二次電池用単位セル及びそれを用いたリチウムイオン二次電池
KR101108447B1 (ko) 밀봉성이 우수한 파우치형 이차전지의 제조방법
JP6951002B2 (ja) 二次電池用電解液、これを含むバッテリーおよびフレキシブルバッテリー
JP7209660B2 (ja) 電池の製造方法および電池
JP2015128019A (ja) 双極型二次電池
CN110383568B (zh) 二次电池和二次电池的制造方法
WO2018115836A1 (en) Battery
JP7043813B2 (ja) 仕切り部材及び組電池
KR101305242B1 (ko) 신규한 구조의 이차전지
US9991548B2 (en) Bipolar li-ion battery with improved leaktightness and associated method of production
US20220231320A1 (en) Cell battery
US20120050946A1 (en) Supercapacitor module
WO2012057306A1 (ja) 溶融塩電池
KR101179034B1 (ko) 밀봉성이 우수한 이차전지 및 이차전지 제조방법
CA3103488C (en) Bipolar lead acid battery cells with increased energy density
JP2005166353A (ja) 二次電池、組電池、複合組電池、車輌、及び、二次電池の製造方法
JP2002216854A (ja) バイポーラ型二次電池の製造方法およびバイポーラ型二次電池
JP2011228176A (ja) 溶融塩電池
JP2012209071A (ja) 溶融塩電池
KR20140038982A (ko) 용융염 전지

Legal Events

Date Code Title Description
WITN Application deemed withdrawn, e.g. because no request for examination was filed or no examination fee was paid