KR20140038982A

KR20140038982A - 용융염 전지

Info

Publication number: KR20140038982A
Application number: KR1020137032463A
Authority: KR
Inventors: 아츠시 후쿠나가; 신지 이나자와; 고지 닛타; 쇼이치로 사카이
Original assignee: 스미토모덴키고교가부시키가이샤
Priority date: 2011-06-06
Filing date: 2012-05-31
Publication date: 2014-03-31
Also published as: JPWO2012169420A1; CN103597650A; US20140106234A1; WO2012169420A1

Abstract

본 발명은, 정극 또는 부극과 세퍼레이터와의 위치 어긋남을 방지할 수 있는 용융염 전지를 제공한다. 정극(4, 4, ·· 4) 각각의 하단부를 따라 굴곡 형성되어 있는 세퍼레이터(3, 3, ·· 3)에 의해, 정극(4, 4, ·· 4)의 양면이 덮여 있다. 세퍼레이터(3, 3, ·· 3)는, 단면 형상이 V자형 또는 U자형으로서, 굴곡 형성부가 계곡형(홈형)으로 형성되어 있고, 상기 굴곡 형성부의 각각이 정극(4, 4, ·· 4)의 하측의 한 변을 따르게 한다. 이와 같이 양면이 세퍼레이터(3, 3, ·· 3)의 각각에 의해 덮인 정극(4, 4, ·· 4)과 부극(2, 2, ·· 2)을 교대로 적층한다. 세퍼레이터(3, 3, ·· 3)의 굴곡 형성 후의 치수는, 정극(4, 4, ·· 4) 및 부극(2, 2, ·· 2)보다 1%∼10% 크게 한다.

Description

용융염 전지{MOLTEN SALT BATTERY}

본 발명은, 용융염을 전해질에 이용한 용융염 전지에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 실온보다 높은 온도에서 융해되는 용융염을 포함하고, 세퍼레이터를 정극 및 부극 사이에 개재시킨 용융염 전지에 관한 것이다.

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 경우가 많은 데다가, 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 된다.

이러한 조건을 만족시키는 축전지로서, 용융염 전지의 일종인 나트륨 황 전지가 실용화되고 있다. 나트륨 황 전지는, 전해질로 고체 용융염을 이용하고, 정극 활물질의 황 및 다황화나트륨과 부극 활물질의 나트륨이 고온에서 용융된 상태로 운용되기 때문에, 구조 상의 제약이 많은 데다가 취급에 어려움이 있다.

이것에 대하여, 130℃ 이하의 비교적 저온에서 융해되는 용융염을 전해질에 이용하는 시도가 이루어지고 있다(예컨대, 특허문헌 1 참조). 그 중에서도, 융점이 실온보다 높은 용융염을 전해질로 하는 용융염 전지에 있어서는, 가동시에 전지 용기를 가열하여 용융염을 융해시키고, 중지시에 가열을 정지하여 용융염을 응고시킨다. 이러한 액체의 용융염을 전해질로 이용하는 용융염 전지에서는, 용융염을 포함하는 전해질을 세퍼레이터와 정극 및 부극에 함침시키고, 정극 및 부극으로 세퍼레이터를 협지하는 구성이 일반적이다(예컨대, 특허문헌 2 참조). 세퍼레이터는, 정극 및 부극과 대향하는 면을 따르는 방향의 위치 어긋남이 허용되도록, 정극 및 부극의 종횡 사이즈보다도 큰 사이즈를 갖고 있다.

특허문헌 1 : 일본 특허 공개 제2009-67644호 공보 특허문헌 2 : 일본 특허 공개 제2007-273362호 공보

그러나, 용융염 전지의 조립 공정에서는, 정극, 세퍼레이터 및 부극을 중첩시킬 때의 위치 결정 정밀도를 높이기 어렵고, 위치 어긋남에 의해 정극 및 부극 사이가 단락될 우려가 있다. 이러한 단락을 방지하기 위해서 세퍼레이터의 사이즈를 크게 하는 것은, 용융염 전지의 에너지 밀도의 저하를 초래하는 하나의 원인이 된다.

또한, 용융염 전지의 가동 및 중지에 따라 용융염의 융해 및 응고가 반복되는 경우, 용융염의 체적이 팽창 및 수축되어 문제를 일으키는 경우가 있다. 예컨대, 어떤 종류의 음이온과 나트륨 및 칼륨의 양이온으로 이루어진 혼합염에서는, 융해시의 밀도가 2.15 g/㎤인 데 반하여, 응고시의 밀도가 1.9 g/㎤가 되어 체적이 10% 이상 변화된다. 한편, 전지 용기의 가열 및 냉각의 과정에서는, 전지 용기 내의 온도 변화가 불균일해지는 것을 피할 수 없고, 용융염의 융해 및 응고가 일부에서 진행하여, 정극, 세퍼레이터 및 부극 각각에 응력이 발생한다. 이 때문에, 정극, 세퍼레이터 및 부극 상호간의 위치 어긋남이 발생하고, 이것이 반복된 경우에 정극 및 부극 사이의 단락이 발생할 우려가 있다.

본 발명은 이러한 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 그 목적으로 하는 바는, 정극 또는 부극과 세퍼레이터와의 위치 어긋남을 방지할 수 있는 용융염 전지를 제공하는 데에 있다.

본 발명에 따른 용융염 전지는, 세퍼레이터를 통해 서로 대향하는 정극 및 부극을 구비하고, 실온보다 높은 온도에서 융해되는 용융염을 전해질로서 이용한 용융염 전지로서, 상기 정극 및 부극은, 판형을 이루며, 상기 세퍼레이터는, 시트형을 이루고, 상기 정극 및 부극의 주연부의 일부를 따르도록 굴곡 형성되어 있으며, 상기 정극 또는 부극의 양면을, 굴곡 형성된 상기 세퍼레이터로 덮고 있는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 있어서는, 정극 및 부극의 주연부의 일부를 따라 굴곡 형성되어 있는 세퍼레이터에 의해, 정극 또는 부극의 양면이 덮여 있다.

이에 따라, 정극 또는 부극의 움직임이 세퍼레이터의 굴곡 형성부에 의해 규제된다. 또한, 미리 양면이 세퍼레이터로 덮인 정극(또는 부극)과 부극(또는 정극)을 대향시키기 때문에, 용융염 전지의 조립이 간략해진다.

본 발명에 따른 용융염 전지는, 상기 세퍼레이터는, 굴곡 형성부와 교차하는 방향의 단면이 V자형 또는 U자형을 이루고 있는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 있어서는, 세퍼레이터의 굴곡 형성부와 교차하는 방향에 대해서, 세퍼레이터의 단면 형상이 V자형 또는 U자형이며, 세퍼레이터의 굴곡 형성부가 계곡형(홈형)으로 형성되어 있다.

이에 따라, 예컨대 직사각형 판형의 정극 또는 부극의 한 변을 세퍼레이터의 굴곡 형성부를 따르게 했을 경우는, 정극 또는 부극의 움직임이 한층 더 적합하게 규제된다.

본 발명에 따른 용융염 전지는, 상기 세퍼레이터는, 주머니형으로 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 있어서는, 세퍼레이터가 주머니형으로 형성되어 있고, 주머니 안에 정극 또는 부극이 수용된다.

이에 따라, 정극 및 부극의 대향 방향의 중복에 어긋남이 생긴 경우여도, 정극 및 부극 사이가 확실하게 절연된다.

본 발명에 따른 용융염 전지는, 상기 세퍼레이터는, 상기 정극의 양면을 덮고 있는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 있어서는, 정극의 양면이 세퍼레이터에 의해 덮여 있다.

이에 따라, 세퍼레이터의 굴곡 형성부가 하측에 위치하도록 배치한 경우는, 정극에서 탈락한 활물질이 세퍼레이터의 굴곡 형성부에 퇴적되기 때문에, 정극 및 부극 사이 그리고 정극 및 전지 용기 사이가 활물질을 통해 단락되는 것이 방지된다.

본 발명에 따른 용융염 전지는, 상기 세퍼레이터, 정극 및 부극을 복수 구비하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 있어서는, 정극, 세퍼레이터 및 부극이 복수 구비되어 있고, 세퍼레이터를 개재시켜 정극 및 부극을 교대로 적층하는 경우에, 미리 각 정극 또는 부극의 양면이 세퍼레이터로 덮여지기 때문에, 정극과 부극과의 상대적인 위치 맞춤을 수반하는 적층 작업이 용이해진다.

본 발명에 따른 용융염 전지는, 상기 세퍼레이터는, 유리, 세라믹 및 플라스틱 중 적어도 하나를 포함하는 재료로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 있어서는, 세퍼레이터의 재료가, 유리, 세라믹 및 플라스틱 중 어느 1종 이상을 포함하도록 한다.

이 때문에, 실온보다 높은 온도에 있어도 용융염에 대하여 화학적으로 안정되고, 또한, 충방전의 반복 및 온도 변화에 따른 용융염의 체적 변화에 대하여 기계적으로 강고하다.

본 발명에 따른 용융염 전지는, 상기 세퍼레이터는, 유리 섬유로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 있어서는, 세퍼레이터가, 유리 섬유로 이루어진 부직포 또는 메시이기 때문에, 재료가 염가인 데다가, 일련의 세퍼레이터 재료로부터, 정극 또는 부극의 양면을 덮는 세퍼레이터가 용이하게 굴곡 형성된다.

본 발명에 따른 용융염 전지는, 상기 세퍼레이터는, 상기 정극 및 부극의 대향 방향과 교차하는 방향의 치수가, 상기 정극 및 부극의 상기 방향의 치수보다 1%∼10% 큰 것을 특징으로 한다.

본 발명에 있어서는, 정극 및 부극의 대향 방향과 교차하는 방향에 대해서, 세퍼레이터의 치수를 정극 및 부극보다 1%∼10% 크게 한다.

이에 따라, 정극 및 부극 사이의 다소의 어긋남이 허용된다. 세퍼레이터의 치수가 정극 및 부극보다 큰 비율이 1%보다 작은 경우는, 예컨대 진동 시험을 고려한 제조시의 수율이 저하된다. 또한, 상기 비율이 10%보다 큰 경우는, 용융염 전지의 사이즈 증대를 초래하는 결과, 에너지 밀도가 저하된다.

본 발명에 따르면, 정극 및 부극의 주연부의 일부를 따라 굴곡 형성되어 있는 세퍼레이터에 의해, 정극 또는 부극의 양면이 덮여 있기 때문에, 정극 또는 부극의 움직임이, 세퍼레이터의 굴곡 형성부에 의해 규제된다.

따라서, 정극 또는 부극과 세퍼레이터와의 위치 어긋남을 방지할 수 있게 된다.

도 1은 본 발명의 실시형태에 따른 용융염 전지의 구성을 모식적으로 도시한 사시도이다.
도 2는 도 1의 II-II선 위치에 있어서의 횡단면도이다.
도 3은 본 발명의 실시형태에 따른 용융염 전지의 평면도이다.
도 4는 본 발명의 실시형태에 따른 용융염 전지의 종단면도이다.
도 5는 도 4의 V-V선 위치에 있어서의 종단면도이다.
도 6은 본 발명의 실시형태의 변형예에 따른 용융염 전지에 대한 상기 II-II선 위치에 있어서의 횡단면도이다.

이하, 본 발명에 따른 용융염 전지의 실시형태를 도면에 기초하여 상세히 설명한다.

(실시형태)

도 1은 본 발명의 실시형태에 따른 용융염 전지의 구성을 모식적으로 도시한 사시도, 도 2는 도 1의 II-II선 위치에 있어서의 횡단면도, 도 3은 본 발명의 실시형태에 따른 용융염 전지의 평면도, 도 4는 본 발명의 실시형태에 따른 용융염 전지의 종단면도, 도 5는 도 4의 V-V선 위치에 있어서의 종단면도이다.

본 발명의 용융염 전지에서는, 복수(도면에서는 6개)의 직사각형 평판형의 부극(2, 2, ·· 2)과, 종단면이 V자형인 세퍼레이터(3, 3, ·· 3)(도 1에서는 도시하지 않음)의 각각에 의해 양면이 덮인 복수(도면에서는 5개)의 직사각형 평판형의 정극(4, 4, ·· 4)이, 상하 방향을 따라, 교대로 대향한 상태로 가로 방향으로 적층되어 있다. 적층 방향의 양단에는, 부극(2, 2)이 위치하고 있다. 1세트의 부극(2), 세퍼레이터(3) 및 정극(4)이 1개의 발전 요소를 구성하고, 본 실시형태에서는 5개의 발전 요소 및 하나의 부극(2)[이하, 이 부극(2)을 포함시켜 발전 요소라 함]이 적층되어, 직방체형의 알루미늄(이하, 단순히 알루미늄이라 함) 합금으로 이루어진 전지 용기(1) 내에 수용되어 있다. 전지 용기(1)의 내측은, 불소 수지 코팅에 의해 절연 처리가 행해져 있다.

전지 용기(1)는, 평면에서 보아 짧은 변측에 위치하는 2개의 측벽(1A, 1B)과, 긴 변측에 위치하는 2개의 측벽(1C, 1D)과, 상면의 개구부(1E) 내에 끼워져 이 개구부(1E)를 막는 덮개(7)와, 바닥벽(1F)을 구비하고 있다. 측벽(1A, 1B, 1C, 1D)의 상단부의 내측에는, 전체 둘레에 걸쳐 상하 치수가 덮개(7)의 판 두께와 같은 단부(1G)가 형성되어 있다. 덮개(7)는 직방체형의 판체로서, 평면에서 보았을 때 외형 치수가 전지 용기(1)의 단부(1G)의 내주 치수와 거의 동일하거나 또는 조금 작게 되어 있다. 덮개(7)를 위쪽에서부터 전지 용기(1)의 단부(1G)에 끼워 넣음으로써, 덮개(7)가 전지 용기(1)의 개구부(1E) 내에 끼워진다. 또한, 도 3은 덮개(7)를 벗긴 상태를 나타내고 있다.

전지 용기(1)의 측벽(1D)과 발전 요소의 적층 방향의 한쪽 단에 위치하는 부극(2) 사이에는, 파형판형의 금속으로 이루어진 스프링(8)이 배치되어 있다. 스프링(8)은, 알루미늄 합금으로 이루어지고, 비가요성을 갖는 평판형의 누름판(9)을 압박하며, 부극(2)을 세퍼레이터(3) 및 정극(4)측으로 압박한다. 그 반작용에 의해 스프링(8)과는 반대쪽의 전지 용기(1)의 측벽(1C)이 상기 적층 방향의 다른 쪽 단에 위치하는 부극(2)을 세퍼레이터(3) 및 정극(4)측으로 압박한다. 스프링(8)은, 금속제의 판스프링 등에 한정되지 않고, 예컨대 고무 등의 탄성체라도 좋다.

부극(2, 2, ··· 2)의 상단부에는, 전지 용기(1)의 짧은 변측에 위치하는 한쪽의 측벽(1A)에 가까운 쪽에, 전류를 취출하기 위한 직사각형의 탭(도선)(21, 21, ··· 21)의 하단부가 접합되어 있다. 탭(21, 21, ··· 21)의 상단부는, 평면에서 보아 U자형으로 굴곡된 탭 리드(22)가 서로 대향하는 내측면에 접합되어 있다.

정극(4, 4, ·· 4)의 상단부에는, 전지 용기(1)의 짧은 변측에 위치하는 다른 쪽의 측벽(1B)에 가까운 쪽에, 전류를 취출하기 위한 직사각형의 탭(41, 41, ·· 41)의 하단부가 접합되어 있다. 탭(41, 41, ·· 41)의 상단부는, 평면에서 보아 U자형으로 굴곡된 탭 리드(42)가 서로 대향하는 내측면에 접합되어 있다.

탭 리드(22, 42)는, 발전 요소와 외부의 전기 회로를 접속하기 위한 외부 접속 전극의 역할을 수행하는 것으로서, 외부 배선과의 접속용 구멍(22a, 42a)이 형성되어 있다. 측벽(1A, 1B)의 구멍(22a, 42a)과 대향하는 위치에는, 관통 구멍(1H, 1H)이 형성되어 있다. 상기한 발전 요소가 탭 리드(22, 42)에 의해 전기적으로 병렬 접속됨으로써, 전지 용량이 큰 용융염 전지를 얻을 수 있다. 탭 리드(22, 42)는, 직방체형의 전지 용기(1) 내에 채워진 용융염(6)의 액면보다 상측에 위치하고 있다.

용융염(6)은, FSA(비스 플루오로술포닐아미드) 또는 TFSA(비스 트리플루오로메틸술포닐아미드)계 음이온과, 나트륨 및/또는 칼륨의 양이온으로 이루어지지만, 이것에 한정되는 것은 아니다.

부극(2, 2, ··· 2)은, 부극 활물질인 주석이 도금된 알루미늄의 합금판으로 이루어진다. 알루미늄은, 정/부 각 전극에 알맞은 재료이며, 또한 용융염(6)에 대하여 내부식성을 갖는다. 부극(2, 2, ·· 2)은 활물질을 포함시킨 두께가 약 0.15 ㎜이고, 세로 방향 및 가로 방향 각각의 치수가, 100 ㎜ 및 120 ㎜이다.

정극(4, 4, ·· 4)은, 알루미늄의 다공성 시트 또는 다공질체를 집전체로 하고, 이 집전체에 바인더와 도전 조제와 정극 활물질인 NaCrO₂를 포함하는 혼합제를 충전하여 프레스함으로써, 약 1 ㎜의 판 두께로 형성되어 있다. 부극(2, 2, ··· 2)의 세로 방향 및 가로 방향 각각의 치수는, 덴드라이트의 발생을 방지하기 위해, 정극(4, 4, ·· 4)의 세로 방향 및 가로 방향의 치수보다 작게 되어 있고, 정극(4, 4, ·· 4) 각각의 외연(outer edge)이, 세퍼레이터(3, 3, ·· 3)를 통해 부극(2, 2, ·· 2)의 주연부에 대향하도록 되어 있다. 정극(4, 4, ·· 4)의 집전체는, 예컨대, 섬유형의 알루미늄으로 이루어진 부직포 또는 메시여도 좋다.

세퍼레이터(3, 3, ·· 3)는, 용융염 전지가 동작하는 온도에서 용융염(6)에 대한 내성을 갖는 다공질의 PTFE[테플론(등록상표)의 일종]의 시트 또는 유리의 부직포로 이루어진다. 세퍼레이터(3, 3, ·· 3)는, 부극(2, 2, ··· 2) 및 정극(4, 4, ·· 4)과 함께, 용융염(6)의 액면 하 약 10 ㎜의 위치로부터 하측으로 침지되어 있다. 이에 따라, 다소의 액면 저하가 허용된다.

또한, 본 발명에 따른 용융염 전지는, 실온보다 높은 온도에서 융해되는 용융염(6)을 전해질로서 이용하기 때문에, 용융염(6)이 융해되는 온도보다 높은 온도에서 운전된다. 이 온도는, 사용하는 용융염(6)의 종류에 따라 다르지만, 통상은 실온보다 높고, 또한 100℃ 정도보다 낮은 온도이다. 따라서, 세퍼레이터(3, 3, ·· 3)는, 통상의 리튬 이온 이차전지 등의 세퍼레이터에 비하여 높은 사용 온도에 견디는 것이 요구된다. 그 밖에, 세퍼레이터(3, 3, ·· 3)는, 고온의 용융염(6)에 대하여 화학적으로 안정된 것, 그리고 용융염 전지를 운전/중지할 때의 온도 변화 및 용융염 전지의 충방전에 따르는 용융염(6)의 체적 변화에 대하여 강인한 것이 요구된다.

이러한 관점에서, 용융염 전지의 세퍼레이터(3, 3, ·· 3)에 적용 가능한 재질로서, 유리를 필두로, 알루미나, 지르코니아 등의 세라믹 및 각종 플라스틱을 들 수 있다. 플라스틱으로서는, 리튬 이온 이차전지에 사용되는, 폴리올레핀 수지 및 테플론(등록상표) 이외에, 내열성 및 강도를 더욱 향상시킨 각종 엔지니어링 플라스틱을 사용할 수 있다. 이들 재질 중의 1종 이상을 포함하는 섬유 또는 필름을 다공질의 시트(예컨대 부직포, 메시 혹은 유공막)형으로 가공함으로써, 세퍼레이터(3, 3, ·· 3)로서 사용할 수 있게 된다. 따라서, 세퍼레이터(3, 3, ·· 3)는, 예컨대, 유리 메시, 또는 섬유형의 알루미나로 이루어진 부직포 혹은 메시여도 좋다.

그런데, 세퍼레이터(3, 3, ·· 3)의 두께는, 너무 얇으면 파손되기 쉽고, 두꺼우면 용융염 전지의 에너지 밀도가 저하되기 때문에, 예컨대 PTFE에서는 30∼60 ㎛의 범위가, 유리 부직포에서는 80∼200 ㎛의 범위가 적당하다. 세퍼레이터(3, 3, ·· 3)의 크기는, V자형으로 굴곡 형성된 상태로 정극(4, 4, ·· 4) 각각의 양면을 덮을 만한 크기이며, 정극(4, 4, ·· 4)과 대향하는 면의 종횡의 사이즈가, 정극(4, 4, ·· 4)의 사이즈보다 1%∼10%만큼 커지도록 한다. 이 비율이 1%보다 적은 경우는, 제조시의 수율이 저하되고, 10%보다 많은 경우는, 용융염 전지로서의 에너지 밀도가 허용되지 않을 만큼 저하된다.

세퍼레이터(3, 3, ·· 3)는, 긴 사각형의 시트를 길이 방향으로 둘로 접어 절곡되는 방법 등에 의해, 도 5에 도시된 바와 같이 단면 V자형으로 형성할 수 있기 때문에, 주머니형으로 형성하는 경우에 이용되는 용착(히트 시일) 등의 공정이 불필요하다. 세퍼레이터(3, 3, ·· 3)는, 순조롭게 굴곡시켜 단면 U자형으로 형성하여도 좋다. 세퍼레이터(3, 3, ·· 3)의 굴곡 형성부는 계곡형(홈형)으로 형성되어 있고, 이 굴곡 형성부의 각각을 정극(4, 4, ·· 4)의 하측의 한 변이 따르도록 되어 있다.

다음에, 발전 요소의 조립과, 발전 요소의 전지 용기(1)에의 조립을 행하는 용융염 전지의 조립에 대해서 설명한다.

발전 요소가 조립되는 경우, 미리 정극(4, 4, ·· 4) 각각의 양면이, 굴곡 형성된 세퍼레이터(3, 3, ·· 3)로 덮이기 때문에, 세퍼레이터(3, 3, ·· 3) 각각의 굴곡 형성부에 의해 정극(4, 4, ·· 4)의 움직임이 규제되고, 세퍼레이터(3, 3, ·· 3)의 매수 반감과 함께 정극(4, 4, ·· 4)과 부극(2, 2, ··· 2)의 상대적인 위치 맞춤을 수반하는 적층 작업이 용이해진다.

용융염 전지가 조립되는 경우, 탭 리드(22, 42)에 의해 전기적으로 병렬 접속된 발전 요소와 용융염(6)이, 전지 용기(1) 내에 투입된다. 이 경우, 정극(4, 4, ·· 4)의 각각에 의해 세퍼레이터(3, 3, ·· 3)의 굴곡 형성부의 움직임이 규제되기 때문에, 세퍼레이터(3, 3, ·· 3)의 위치 어긋남이 쉽게 발생하지 않아, 발전 요소의 핸들링성이 향상된다.

그 후, 관통 구멍(1H, 1H)에 대하여, 측벽(1A, 1B) 각각의 양측으로부터, 테플론(등록상표)으로 이루어진 절연성의 부싱(bushing)의 쌍이 끼워 넣어진다. 그리고, 각 부싱의 쌍과 구멍(22a, 42a)의 각각에 대하여, 볼트가 삽입 관통되고, 각 볼트가 너트에 나사식으로 끼워진다(이상의 부싱, 볼트 및 너트는 도시하지 않음). 또한, 전지 용기(1)의 개구부(1E) 내에 덮개(7)가 끼워지고, 예컨대 위쪽으로부터 레이저광이 조사되어 덮개(7)의 주연부가 전지 용기(1)에 용접된다.

이와 같이 하여 조립된 용융염 전지에 있어서는, 측벽(1A, 1B)과, 탭 리드(22, 42)가 전기적으로 절연되어 체결되어 있다. 상기 각 볼트는, 측벽(1A, 1B)으로부터 전기적으로 절연되어 있는 데 반하여, 탭 리드(22 및 42)의 각각과, 탭(21, 21, ·· 21) 및 탭(41, 41, ·· 41)을 통해 부극(2, 2, ·· 2) 및 정극(4, 4, ·· 4)과 전기적으로 접속되어 있다. 따라서, 각 볼트가 각각 정극 단자 및 부극 단자가 된다.

전술한 구성에 있어서, 도시하지 않은 외부의 가열 수단을 이용하여 전지 용기(1) 전체를 85℃∼95℃로 가열함으로써, 용융염(6)이 융해되어, 용융염 전지로서의 충전 및 방전이 가능해진다. 외부로부터, 부극 단자에 대하여 정극 단자에 정의 전압을 인가하여 충전했을 경우, 나트륨 이온이 정극(4, 4, ·· 4)으로부터 세퍼레이터(3, 3, ·· 3)를 통해 부극(2, 2, ·· 2)으로 이동하고, 그 결과, 정극(4, 4, ·· 4) 및 부극(2, 2, ·· 2)이 함께 팽창된다.

한편, 정극 단자 및 부극 단자 사이에 외부의 부하를 접속하여 방전시킨 경우, 나트륨 이온이 부극(2, 2, ·· 2)으로부터 정극(4, 4, ·· 4)으로 이동하고, 정극(4, 4, ·· 4) 및 부극(2, 2, ·· 2)이 함께 수축된다. 이러한 충방전에 따르는 체적 변화에 의해, 정극(4, 4, ·· 4) 및 부극(2, 2, ·· 2)은, 두께 방향에 대해서도 신축되지만, 이 신축은 스프링(8)의 신축에 의해 흡수된다.

그런데, 용융염 전지의 충방전에 따르는 정극(4, 4, ·· 4)의 체적 변화가 반복된 경우, 정극(4, 4, ·· 4)의 집전체로부터 활물질이 탈락하는 경우가 있다. 이러한 경우에도, 정극(4, 4, ·· 4) 각각의 아래쪽에 세퍼레이터(3, 3, ·· 3)의 굴곡 형성부가 위치하고 있기 때문에, 탈락한 활물질이 세퍼레이터(3, 3, ·· 3)의 굴곡 형성부에 퇴적된다. 따라서, 정극(4, 4, ·· 4) 및 부극(2, 2, ·· 2) 사이, 그리고 정극(4, 4, ·· 4) 및 전지 용기(1) 사이가, 활물질을 통해 단락되는 것이 방지된다.

또한, 세퍼레이터(3, 3, ·· 3)가 정극(4, 4, ·· 4)과 대향하는 면의 종횡의 사이즈가, 정극(4, 4, ·· 4)의 사이즈보다 1% 이상 크기 때문에, 정극(4, 4, ·· 4) 및 부극(2, 2, ·· 2)의 체적 변화, 그리고 용융염 전지에 가해지는 진동 등의 외부 요인에 의해, 정극(4, 4, ·· 4)과 부극(2, 2, ··· 2)과의 상대적인 위치 어긋남이 발생한 경우에도, 정극(4, 4, ·· 4) 및 부극(2, 2, ·· 2) 사이의 단락이 발생하지 않는다.

또한, 세퍼레이터(3, 3, ·· 3)의 사이즈가 100 ㎜보다 작은 경우는, 세퍼레이터(3, 3, ·· 3)의 사이즈를 정극(4, 4, ·· 4)의 사이즈보다 1 ㎜ 이상 크게 하여, 단락 방지를 확실한 것으로 한다.

이상과 같이 본 실시형태에 따르면, 정극의 하단부를 따라 굴곡 형성되어 있는 세퍼레이터에 의해, 정극의 양면이 덮여 있다.

이에 따라, 정극의 움직임이 세퍼레이터의 굴곡 형성부에 의해 규제된다.

따라서, 정극과 세퍼레이터와의 위치 어긋남을 방지할 수 있게 된다. 또한, 미리 양면이 세퍼레이터로 덮인 정극과 부극을 대향시키기 때문에, 용융염 전지의 조립을 간략화할 수 있게 된다.

보다 구체적으로는, 단면이 아래쪽으로 굴곡 또는 만곡되는 형상을 이루는 세퍼레이터의 굴곡 형성부를 정극의 하단부를 따르게 함으로써, 정극과 세퍼레이터와의 상대적인 위치 관계로부터 발생하는 효과로서, 세퍼레이터의 하부에 형성된 굴곡 형성부의 방향으로의 정극의 어긋남이 억제된다. 마찬가지로, 비스듬하게 아래쪽으로의 정극의 어긋남도 억제된다. 본 실시형태에 따른 용융염 전지와 같이, 탭 및 탭 리드를 통해 정극이 간접적으로 전지 용기에 고정되어 있는 경우에는, 정극에 대한 세퍼레이터의 상대적인 어긋남 중, 위쪽으로의 어긋남이 세퍼레이터의 굴곡 형성부에 의해 억제되고, 아래쪽으로의 어긋남이 전지 용기의 바닥부에 의해 억제된다.

또한, 세퍼레이터의 단면 형상이 V자형 또는 U자형이며, 세퍼레이터의 굴곡 형성부가 계곡형(홈형)으로 형성되어 있다.

따라서, 직사각형 평판형의 정극의 하측의 한 변을 세퍼레이터의 굴곡 형성부를 따르게 함으로써, 정극의 움직임을 한층 더 적합하게 규제할 수 있게 된다.

게다가, 정극의 양면이 세퍼레이터에 의해 덮여 있고, 정극으로부터 활물질이 탈락한 경우에도 세퍼레이터의 하측에 위치하는 굴곡 형성부에 퇴적되기 때문에, 정극 및 부극 사이 그리고 정극 및 전지 용기 사이가 단락되는 것을 방지할 수 있게 된다.

게다가, 미리 양면이 세퍼레이터로 덮인 정극과 부극을 교대로 적층하기 때문에, 정극과 부극과의 상대적인 위치 맞춤을 수반하는 적층 작업을 용이하게 할 수 있게 된다.

게다가, 세퍼레이터의 재료가 유리를 포함하도록 되어 있기 때문에, 고온에 있어서도 용융염에 대하여 화학적으로 안정되도록 하고, 또한, 용융염의 체적 변화에 대하여 기계적으로 강고하게 할 수 있게 된다.

게다가, 세퍼레이터가, 염가의 유리 섬유로 이루어지기 때문에, 일련의 세퍼레이터 재료로부터 정극의 양면을 덮는 세퍼레이터가 용이하게 형성되고, 저비용으로 주머니형의 세퍼레이터에 필적하는 위치 어긋남 방지 효과를 얻을 수 있게 된다.

게다가, 세퍼레이터의 굴곡 형성 후의 치수를 정극 및 부극보다 1%∼10% 크게 하고 있기 때문에, 정극 및 부극 사이의 다소의 어긋남을 허용할 수 있게 된다.

또한, 본 실시형태에서는, 정극(4, 4, ·· 4) 각각의 양면을 세퍼레이터(3, 3, ·· 3)로 덮었지만, 부극(2, 2, ·· 2) 각각의 양면을 세퍼레이터(3, 3, ·· 3)로 덮어도 좋다. 이 경우는, 부극(2, 2, ·· 2)과 세퍼레이터(3, 3, ·· 3)와의 위치 어긋남을 방지할 수 있게 된다.

(변형예)

실시형태에서는 도 5에 도시된 바와 같이 세퍼레이터(3, 3, ·· 3)를 굴곡 형성하여 종단면이 V자형 또는 U자형이 되도록 형성하였지만, 주연측 부분을 밀봉하여 주머니형으로 하는 것이 더욱 바람직하다. 이 경우, 종단면이 V자형 또는 U자형인 것으로는 한정되지 않는다.

도 6은, 본 발명의 실시형태의 변형예에 따른 용융염 전지에 대한 상기 II-II선 위치에 있어서의 횡단면도이다.

본 변형예에서는, 예컨대 상부의 개구부와 하부의 굴곡 형성부를 제외한 세퍼레이터(3, 3, ·· 3)의 주연부를 접착제로 접착하거나 또는 가열하여 용착함으로써, 도 6에 도시된 바와 같이 정극(4, 4, ·· 4)을 옆쪽에서도 둘러싸도록 한다.

이 경우, 예컨대 세퍼레이터(3, 3, ·· 3)의 재질을 열가소성의 플라스틱으로 함으로써, 주연측 부분을 밀봉하는 가공이 용이해진다.

세퍼레이터(3, 3, ·· 3)를 이와 같이 주머니형으로 형성함으로써, 정극 및 부극 사이를 확실하게 절연할 수 있게 된다.

이번에 개시된 실시형태는, 모든 점에서 예시로서, 제한적인 것이 아니라고 생각되어야 한다. 본 발명의 범위는, 전술한 의미가 아니라, 청구범위에 의해 나타내어지며, 청구범위와 균등한 의미 및 범위 내에서의 모든 변경이 포함되는 것이 의도된다.

1 : 전지 용기
2 : 부극
3 : 세퍼레이터
4 : 정극
6 : 용융염

Claims

세퍼레이터를 통해 서로 대향하는 정극 및 부극을 구비하고, 실온보다 높은 온도에서 융해되는 용융염을 전해질로서 이용한 용융염 전지로서,
상기 정극 및 부극은, 판형을 이루며,
상기 세퍼레이터는, 시트형을 이루고, 상기 정극 및 부극의 주연부의 일부를 따르도록 굴곡 형성되어 있으며,
상기 정극 또는 부극의 양면을, 굴곡 형성된 상기 세퍼레이터로 덮고 있는 것을 특징으로 하는 용융염 전지.
제1항에 있어서, 상기 세퍼레이터는, 굴곡 형성부와 교차하는 방향의 단면이 V자형 또는 U자형을 이루고 있는 것을 특징으로 하는 용융염 전지.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 세퍼레이터는, 주머니형으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 용융염 전지.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 세퍼레이터는, 상기 정극의 양면을 덮고 있는 것을 특징으로 하는 용융염 전지.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 세퍼레이터, 정극 및 부극을 복수 구비하는 것을 특징으로 하는 용융염 전지.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 세퍼레이터는, 유리, 세라믹 및 플라스틱 중 적어도 하나를 포함하는 재료로 이루어지는 것을 특징으로 하는 용융염 전지.
제6항에 있어서, 상기 세퍼레이터는, 유리 섬유로 이루어지는 것을 특징으로 하는 용융염 전지.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 세퍼레이터는, 상기 정극 및 부극의 대향 방향과 교차하는 방향의 치수가, 상기 정극 및 부극의 상기 방향의 치수보다 1%∼10% 큰 것을 특징으로 하는 용융염 전지.