TW201308719A - 熔融鹽電池裝置 - Google Patents

Abstract

一種係具備把熔融鹽作為電解質使用之熔融鹽電池的熔融鹽電池裝置，具備：檢測前述熔融鹽電池的溫度的溫度檢測手段，以冷媒冷卻前述熔融鹽電池的冷卻手段，以及輸入來自前述溫度檢測手段的訊號，對前述冷卻手段輸出動作指令的控制手段。

Description

熔融鹽電池裝置

本發明係關於具備熔融鹽電池之熔融鹽電池裝置。

近年來，行動電話或行動電腦、數位相機等電子機器急速普及，小型的二次電池的需求也急速增加。一方面，在電力．能源的世界，利用太陽光或風力等自然能源的發電正蓬勃發展，但為了要平準化為氣候或天候所左右的不安定的電力供給使得貯藏電力用的二次電池成為不可欠缺。

作為對應於此目的之二次電池，高能量密度且大容量的熔融鹽電池受到矚目。此熔融鹽電池，把熔融鹽作為電解質使用，藉由把此熔融鹽以特定溫度融解，而可以充放電(例如，參照專利文獻1)。

此外，還有揭示於專利文獻2的鈉-硫黃電池或鉛蓄電池，進而有最近被提出的揭示於專利文獻3的在比較低的溫度下動作的熔融鹽電池等。

此熔融鹽電池，把熔融鹽作為電解質使用，藉由把此熔融鹽以特定溫度融解，而可以充放電。

〔先前技術文獻〕 〔專利文獻〕

〔專利文獻1〕日本特開平8-138732號公報

〔專利文獻2〕日本特開2007-273297號公報

〔專利文獻3〕WO/2011/036907號公報

熔融鹽電池，因短路等原因而溫度異常上升的場合，會由於化學反應而產生各種氣體，電池容器內的壓力有上升之虞。於這樣的異常發熱時，切斷使熔融鹽電池加熱至特定溫度(例如，80℃~95℃)之用而具備的加溫電熱器的電源。

另一方面，熔融鹽電池，作為電解質使用的熔融鹽必須被保持於熔融鹽融解的溫度以上，所以一般將熔融鹽電池以絕熱容器收容，熔融鹽電池的外周作成絕熱構造。從而，其課題在於異常發熱時只切斷加溫電熱器的電源、停止加溫，是需要費時讓熔融鹽電池的溫度下降，而這對防止因氣體發生造成電池容器破裂等的事態上並不夠充分。

此外，在熔融鹽電池執行急速放電時，有電池內的溫度急速上昇而電池特性改變之虞。

謀求一種可以對應在此類的、異常的困擾發生時或急速放電時等所發生的急速溫度上昇之熔融鹽電池裝置。

本發明，有鑑於上述之問題，其目的係提供一種在熔融鹽電池異常發熱之場合下，能夠快速地使電池的溫度下降之安全的熔融鹽電池裝置。

關於本發明之熔融鹽電池裝置，係具備把熔融鹽作為電解質使用之熔融鹽電池的熔融鹽電池裝置，其特徵為具備：檢測前述熔融鹽電池的溫度的溫度檢測手段，以冷媒冷卻前述熔融鹽電池的冷卻手段，以及輸入來自前述溫度檢測手段的訊號，對前述冷卻手段輸出動作指令的控制手段(申請專利範圍第1項)。

如果採用此熔融鹽電池裝置，在熔融鹽電池異常發熱之場合下，由於利用冷媒使熔融鹽電池冷卻，而能使電池快速地降低至安全的溫度。

此外，關於本發明之熔融鹽電池裝置，其中進而具備加溫前述熔融鹽電池的加溫手段，及遮斷前述加溫手段的電源的加溫遮斷手段；前述控制手段，進而對前述加溫遮斷手段輸出動作指令(申請專利範圍第2項)為較佳。

在熔融鹽電池異常發熱之場合下，藉由遮斷具備將熔融鹽電池加溫至特定溫度用之加溫手段的電源，能夠讓熔融鹽電池不再被加溫，且更有效率地使電池的溫度降低。

此外，關於本發明之熔融鹽電池裝置，其中在前述熔融鹽電池的溫度，成為特定的第一溫度以上的場合，前述控制手段，對前述加溫遮斷手段輸出動作指令，在前述熔融鹽電池的溫度，成為比第一溫度更高的第二溫度以上的場合，前述控制手段，對前述冷卻手段輸出動作指令(申請專利範圍第3項)為較佳。

在熔融鹽電池異常發熱，成為特定的第一溫度以上的場合，首先藉由遮斷加溫手段的電源，嘗試使電池的溫度 下降。電池的溫度下降成為安全的溫度之場合，係未使用冷媒使之冷卻，但是，即使遮斷加溫手段的電源，電池的溫度進而上昇，成為比第一溫度還要高的第二溫度以上之場合，再使用冷媒使電池冷卻。

以此作法，因為能夠在只用遮斷加溫手段的電源而溫度仍不下降這樣大的發熱的場合，為了快速地使之降到安全的溫度，才用冷媒使之冷卻，而在用遮斷加溫手段的電源溫度便下降這樣輕微的發熱的場合，在不使電池的溫度過度地下降，再度讓電池運轉時，可快速地加溫熔融鹽至融解的溫度以上，所以是有效率的。

此外，關於本發明之熔融鹽電池裝置的冷卻手段，最好是使前述熔融鹽電池至少冷卻至前述熔融鹽凝固的溫度為止(申請專利範圍第4項)。

熔融鹽電池，係在作為電解質使用之熔融鹽已融解之狀態下，進行充放電。換言之，在熔融鹽成為特定溫度以下(例如室溫)，造成融解的熔融鹽凝固時，並不會引起充放電或氣體發生等之反應。一方面，鋰電池或鎳氫電池等，即使溫度成為比室溫還要低(例如零下20℃)電池反應仍被繼續。從而，在任何原因下電池的溫度異常上昇之場合，鋰電池或鎳氫電池等，即使冷卻也未必可說是安全的，相對地，熔融鹽電池，藉由冷卻到例如室溫左右，因為不會引起充放電或氣體發生等的反應而可以說是安全的。

此外，關於本發明之熔融鹽電池裝置的冷卻所採用之 冷媒最好是液態氮(申請專利範圍第5項)。

液態氮，因為溫度比其他冷媒(例如水等)低，所以能夠有效地冷卻熔融鹽電池。此外，相較於溫度比液態氮還要低的液態氫或液態氦等，液態氮的泛用性較高，使用處理上也較容易。此外，氮，因為並不跟熔融鹽電池的鹽發生反應，所以沒有電池劣化或損傷之情事，如再度使電池的溫度上昇令熔融鹽溶解，是可以再使電池充放電。

作為該冷卻手段，最好是一般上的方法之水冷式或者氣冷式(申請專利範圍第6項)。此方法是有實際成果的，運用成本較低。

此外，關於本發明之熔融鹽電池裝置的熔融鹽電池最好是被收容於絕熱容器(申請專利範圍第7項)。

在熔融鹽電池被收容在絕熱容器時，因為只用遮斷加溫手段的電源，讓電池的溫度下降較費時，所以利用冷媒使電池冷卻效果較佳。

根據本發明，在熔融鹽電池異常發熱之場合下，能夠快速地使電池的溫度下降，且安全地使電池反應停止。

以下，根據本發明之實施型態加以說明。又，本發明並不限於以下之實施型態。在與本發明同一及均等之範圍內，是可以對以下之實施型態加上種種變更。

圖1係顯示熔融鹽電池裝置1的構成之一例之方塊圖。熔融鹽電池裝置1，係具備熔融鹽電池18、檢測熔融鹽電池18溫度之溫度檢測手段85、與用冷媒使熔融鹽電池18冷卻之冷卻手段5。作為溫度檢測手段85，使用市售的溫度感測裝置或熱電對等即可，並未特別受限。此外，熔融鹽電池裝置1，係具備控制手段4，控制手段4，係輸入來自溫度檢測手段85之訊號，輸出動作指令到冷卻手段5。

再者，熔融鹽電池裝置1，係具備加熱熔融鹽電池18的加溫手段81、與遮斷加溫手段81的電源之加溫遮斷手段82，控制手段4進而也對加溫遮斷手段82輸出動作指令。

假設熔融鹽電池18因為任何原因造成溫度異常上昇之場合，事先設定比通常的運轉溫度還要高的特定的上限溫度(例如，100℃)，並在控制手段4記憶著。從溫度檢測手段85被輸入控制手段4之溫度成為上限溫度之場合，控制手段4係對冷卻手段5輸入動作指令，冷卻手段5則用冷媒冷卻熔融鹽電池18。以此作法，在熔融鹽電池18異常發熱之場合下，由於利用冷媒使熔融鹽電池18冷卻，而能使熔融鹽電池18快速地降低至安全的溫度。

此外，控制手段4對冷卻手段5輸出動作指令的同時，也可以對加溫遮斷手段82輸出動作指令。該場合，熔融鹽電池18係利用冷媒而被冷卻，也同時停止加溫。以此作法，能夠在熔融鹽電池18異常發熱之場合下，藉 由遮斷具備將熔融鹽電池18加溫至特定溫度用之加溫手段81的電源，能夠讓熔融鹽電池18不再被加溫，且更有效率地使熔融鹽電池18的溫度降低。

此外，也可以將熔融鹽電池18的上限溫度設成2階段，例如，將比通常的運轉溫度還高的第一上限溫度設為第一溫度(例如，100℃)，再將比第一溫度還高的第二上限溫度設為第二溫度(例如，120℃)；在從溫度檢測手段85被輸入控制手段4之溫度，成為第一溫度之場合，對加溫遮斷手段82輸出動作指令，而在成為第二溫度之場合，對冷卻手段5輸出動作指令。該場合，熔融鹽電池18在異常發熱成為第一溫度之時點下僅停止加溫，而僅僅加溫停止並不會使熔融鹽電池18的溫度降低；溫度成為第二溫度之場合，才進而使用冷媒冷卻電池。以此作法，因為能夠在只用遮斷加溫手段81的電源而溫度仍不下降這樣大的發熱的場合，為了快速地使之降到安全的溫度，才用冷媒使之冷卻，而在用遮斷加溫手段81的電源溫度便下降這樣輕微的發熱的場合，在不使熔融鹽電池18的溫度過度地下降，再度讓熔融鹽電池18運轉時，可快速地加溫熔融鹽至融解的溫度以上，所以是有效率的。

其次，針對利用冷媒冷卻熔融鹽電池之手段，使用圖2~圖4加以說明。圖2~圖4皆是模式顯示冷卻手段5之一例之圖。圖2所示之冷卻手段5，係將被貯存在冷媒容器53的冷媒51，從噴射口54向熔融鹽電池18噴射之裝置。

圖3所示之冷卻手段5，係將貯存著冷媒51的冷媒容器55配置在熔融鹽電池18的上方，藉由取下冷媒容器55的底板56，將冷媒51灑上熔融鹽電池18之裝置。

圖4所示之冷卻手段5，係藉由先將熔融鹽電池18配置在槽59的內部，並將被貯存在冷媒容器57的冷媒51，通過噴嘴58注入槽59的內部，讓熔融鹽電池18浸在冷媒51之裝置。

圖2~圖4所示之冷媒51，能夠使熔融鹽電池18冷卻即可，並無特別受限。本發明之熔融鹽電池裝置的冷卻手段5，除了圖2~圖4之方法以外，也能適用通常的水冷式或氣冷式。

水冷式方面如果作成將例如冷卻水配發到熔融鹽電池18的構成方式導入冷卻水線圈之冷卻手段5就能實現。氣冷式方面，係能夠讓圖7的絕熱容器9的絕熱解放．停止，利用送風機等氣冷熔融鹽電池18。

特別是為了急速冷卻熔融鹽電池18，最好是使用液態氮。液態氮，因為溫度比其他冷媒(例如水等)低，所以能夠有效地冷卻熔融鹽電池18。此外，相較於溫度比液態氮還要低的液態氫或液態氦等，液態氮的泛用性較高，使用處理上也較容易。此外，氮，因為並不跟熔融鹽電池的鹽發生反應，所以沒有電池劣化或損傷之情事，如再度使電池的溫度上昇讓熔融鹽溶解，就可以再使電池充放電。

此外，冷卻手段5，可以讓熔融鹽電池18至少冷卻到熔融鹽凝固的溫度即可。熔融鹽電池18，因為在熔融鹽成 為特定溫度以下(例如室溫)，造成融解的熔融鹽凝固時，並不會引起充放電或氣體發生等之反應，所以是安全的。

又，圖2~圖4所示之冷卻手段5所使用之冷媒51的量、或噴射口54的朝向、底板56的數量或位置等，任一項都可以依照熔融鹽電池裝置1的構成或位置等之不同而斟酌設計。此外，冷卻手段5的型態，並不受限於圖2~圖4所示的型態。

其次，針對熔融鹽電池18的構成加以說明。圖5係模式地顯示熔融鹽電池18的構成例的俯視圖，圖6係熔融鹽電池18模式的正面看去的透視圖。圖中6，係由鋁合金所構成的電池容器，電池容器6，係作成中空且有底的略直方體形狀。電池容器6的內側，係利用塗氟或氧化鋁膜處理而被施以絕緣處理。在電池容器6內，在橫方向(圖為前後方向)並設著6個負極21、與各別地被收容在袋狀隔離件(separator)31之5個正極11。負極21、隔離件31及正極11，便構成1個發電要素，圖5係層積著5個發電要素。

在負極21的上端部，在靠近電池容器6的一方的側壁61之側，接合著取出電流用的矩形耳片(tab；導線)22的下端部。耳片(tab)22的上端部，係被接合在矩形平板狀的耳片導線(tab lead)23的下面。在正極11的上端部，在靠近電池容器6的另一方的側壁62之側，各別地接合著取出電流用的矩形耳片(tab)12的下端部。耳 片(tab)12的上端部，係被接合在矩形平板狀的耳片導線(tab lead)13的下面。藉此，由負極21、隔離件31及正極11所構成的發電要素被5個並列地接續。

耳片導線(tab lead)13、23，係發揮用以接續包含被層積之正極11及負極21之發電要素全體與外部的電性電路之外部電極功能之裝置，作成位於比熔融鹽7的液面更上側。

隔離件31，係由在熔融鹽電池18動作之溫度下對熔融鹽7具耐受性之玻璃不織布所構成，形成多孔質且作成袋狀。隔離件31，與負極21及正極11，從略直方體狀的電池容器6內被裝滿的熔融鹽7的液面下約10mm的位置一起被浸漬於下側。因此或多或少的液面下降是被容許的。

熔融鹽7，係由FSI(二氟磺酰亞胺；bisfluorosulfonylimide)或者TFSI(雙三氟甲基磺酰亞胺；bistrifluoromethylsulfonylimide)系陰離子(anion)、與鈉(Na)及/或鉀(K)之陽離子(cation)所構成，但並不受限定於此。

本發明，對於單體的熔融鹽電池18而言，也可以作成圖1所示方塊圖之類的構成的熔融鹽電池裝置1；組合複數個熔融鹽電池18構成熔融鹽電池單元，對於熔融鹽電池單元而言，也可以作成圖1所示方塊圖之類的構成的熔融鹽電池裝置1。以下說明使用複數個熔融鹽電池18的熔融鹽電池單元構成之一例。圖7係模式顯示熔融鹽電 池單元15構成之斜視圖。將熔融鹽電池18在Y方向接續4台，且將該等在X方向並排9組，但在X方向讓3組3組接觸，每3組插入板狀電熱器83。此外，在X方向的兩端也配置著同樣的電熱器83。圖7，係用36台熔融鹽電池18與4個電熱器83，構成熔融鹽電池單元15。

構成熔融鹽電池單元15的熔融鹽電池18，係電性地串聯或並聯地接續著。例如圖7中，Y方向的4台為串聯接續，X方向的9組則是並聯地接續著。此外，電熱器83之功用係作為圖1已說明之加溫手段81。換言之，本例之熔融鹽電池單元15係具備圖1的熔融鹽電池18與加溫手段81。

再者，藉由將熔融鹽電池單元15收納於絕熱容器9，熔融鹽電池18可被有效率地加溫及保溫。以該方式讓熔融鹽電池18被收容在絕熱容器9時，因為只用遮斷加溫手段81的電源，讓熔融鹽電池18的溫度下降較費時，所以利用冷媒使熔融鹽電池18冷卻效果較佳。

〔實施例〕

其次，根據實施例進而詳細地說明本發明。

(實施例1)

作為實施例，構成與圖5及圖6同樣的熔融鹽電池18，進而構成圖7所示之熔融鹽電池單元15及冷卻手段5。作為加溫手段，係採用圖7所示之類的板狀電熱器 83。作為溫度檢測手段，係採用熱電對，黏貼在各熔融鹽電池18的表面。冷卻係解放絕熱容器9的絕熱，作成從冷卻手段5，利用噴射冷媒51將熔融鹽電池18予以冷卻之構成。又，冷媒51係採用液態氮。

用電熱器83加溫熔融鹽電池成為80℃，且進行充放電運轉。其後，在充放電運轉中，將液態氮噴射到熔融鹽電池18的表面後，約30秒鐘熔融鹽電池單元15全體的熔融鹽就會固化，電池反應停止。

再者，其後，以電熱器83將熔融鹽電池18再度加溫直到80℃時，與噴射液態氮之前同樣地，能夠進行充放電運轉。

(實施例2)

構成用前述實施例1所示構成的熔融鹽電池、只變更冷卻手段5等2種類熔融鹽電池裝置。其一，係設置冷卻線圈(cooling coil)以水冷式讓冷卻水能夠導入圖7所示之熔融鹽電池18之各電池間。另一方面，係作成以氣冷式讓圖7的絕熱容器9的絕熱解放．停止，利用送風機等能夠冷卻熔融鹽電池18之構成。

在該狀態下，假設異常的溫度上昇，將二個熔融鹽電池裝置控制在高於通常的運轉溫度的100℃後，停止加熱手段。接著立刻地分別開始進行一個利用室溫的水道水供給來冷卻，另一個則解放．停止絕熱容器9的絕熱，利用送風機讓室溫的空氣流往熔融鹽電池18造成冷卻。

結果可知，利用冷卻達到熔融鹽電解質的融點所需要的時間，水冷式約需5分鐘，氣冷式約需30分鐘。

(比較例1)

作為比較例，係構成與實施例1同樣的熔融鹽電池單元。針對加溫手段及溫度檢測手段，也作成與實施例1同樣的構成。

用電熱器加溫熔融鹽電池成為80℃，且進行充放電運轉。其後，在充放電運轉中，遮斷了電熱器的電源，約需要2小時讓熔融鹽電池單元全體的熔融鹽固化使電池反應停止。

由上述實施例1、2及比較例1之結果能夠確認，藉由對熔融鹽電池噴射液態氮等之冷媒、利用或水冷式或氣冷式予以冷卻，相較於僅僅遮斷電熱器的電源之場合，前者使電池的溫度較為快速地下降，安全地讓電池反應停止。

由該結果可清楚知道，設置本發明的冷卻手段之熔融鹽電池裝置，可在極短的時間下使熔融鹽電池本體的溫度下降，能夠靈敏地將急速放電時的溫度上昇控制在設定溫度，而且，即使對於暫時內部短路等異常事態的溫度上昇，也可以形成安全性高的、有效果的控制。

1‧‧‧熔融鹽電池裝置

11‧‧‧正極

12、22‧‧‧耳片(tab)

13、23‧‧‧耳片導線(tablead)

15‧‧‧熔融鹽電池單元

18‧‧‧熔融鹽電池

21‧‧‧負極

31‧‧‧分隔件(separator)

4‧‧‧控制手段

5‧‧‧冷卻手段

51‧‧‧冷媒

53、55、57‧‧‧冷媒容器

54‧‧‧噴射口

56‧‧‧底板

58‧‧‧噴嘴

59‧‧‧槽

6‧‧‧電池容器

61、62‧‧‧側壁

7‧‧‧熔融鹽

81‧‧‧加溫手段

82‧‧‧加溫遮斷手段

83‧‧‧加熱裝置

85‧‧‧溫度檢測手段

9‧‧‧絕熱容器

圖1係顯示熔融鹽電池裝置的構成之一例之方塊圖。

圖2係模式顯示冷卻手段之一例之圖。

圖3係模式顯示冷卻手段之一例之圖。

圖4係模式顯示冷卻手段之一例之圖。

圖5係模式顯示熔融鹽電池的構成例之俯視圖。

圖6係熔融鹽電池的模式正面視的透視圖。

圖7係模式顯示熔融鹽電池單元以及冷卻手段的構成之斜視圖。

1‧‧‧熔融鹽電池裝置

4‧‧‧控制手段

5‧‧‧冷卻手段

18‧‧‧熔融鹽電池

81‧‧‧加溫手段

82‧‧‧加溫遮斷手段

85‧‧‧溫度檢測手段

Claims (7)

1. 一種熔融鹽電池裝置，係具備把熔融鹽作為電解質使用之熔融鹽電池的熔融鹽電池裝置，其特徵為具備：檢測前述熔融鹽電池的溫度的溫度檢測手段，以冷媒冷卻前述熔融鹽電池的冷卻手段，以及輸入來自前述溫度檢測手段的訊號，對前述冷卻手段輸出動作指令的控制手段。
2. 如申請專利範圍第1項之熔融鹽電池裝置，其中進而具備加溫前述熔融鹽電池的加溫手段，及遮斷前述加溫手段的電源的加溫遮斷手段；前述控制手段，進而對前述加溫遮斷手段輸出動作指令。
3. 如申請專利範圍第2項之熔融鹽電池裝置，其中在前述熔融鹽電池的溫度，成為特定的第一溫度以上的場合，前述控制手段，對前述加溫遮斷手段輸出動作指令，在前述熔融鹽電池的溫度，成為比第一溫度更高的第二溫度以上的場合，前述控制手段，對前述冷卻手段輸出動作指令。
4. 如申請專利範圍第1至3項之任一項之熔融鹽電池裝置，其中前述冷卻手段，使前述熔融鹽電池至少冷卻至前述熔融鹽凝固的溫度為止。
5. 如申請專利範圍第1至3項之任一項之熔融鹽電池 裝置，其中前述冷媒為液態氮。
6. 如申請專利範圍第1至3項之任一項之熔融鹽電池裝置，其中前述冷卻手段，為水冷或是氣冷之任一種。
7. 如申請專利範圍第1至3項之任一項之熔融鹽電池裝置，其中前述熔融鹽電池，被收容於絕熱容器。