TW201505232A - 燃料型固體電解質二次電池 - Google Patents

Abstract

本發明以提供可迅速繼續放電的二次電池為目的。該二次電池為固體電解質二次電池，具備：具有正極活性物質、負極活性物質、正極室、負極室、及壁狀的固體電解質的電池本體；負極活性物質容器；及正極活性物質容器。其中，至少前述正極活性物質容器係構成為可和前述電池本體組卸的方式。藉由將經充電的負極活性物質容器、正極活性物質容器像燃料匣那樣和電池本體裝卸交換，電池本體即可繼續放電。

Description

燃料型固體電解質二次電池

本發明係關於使用在電動汽車等的固體電解質二次電池。

鈉硫電池正以作為可貯存大量電力的二次電池而受到矚目。鈉硫電池的構成包括：正極室，收容有屬於正極活性物質的熔融硫；負極室，收容有屬於負極活性物質的熔融鈉；壁狀固體電解質，位於前述正極室與前述負極室之間，將熔融硫和熔融鈉隔離，由具有鈉離子透過性的β氧化鋁等材質所形成。該鈉硫電池係在加熱到290至350℃動作溫度的狀態下，使負極室內的熔融鈉成為鈉離子而透過固體電解質，和正極室內的硫產生反應，生成多硫化鈉而進行放電。此外，在充電時，則進行和放電時相反的反應，使多硫化鈉分解，而生成鈉及硫。

以包含鈉硫電池的新型二次電池而言，PCT/JP2011/003022號公報所揭示的二次電池已為眾所周知。該電池為固體電解質二次電池，具備：電池本體，具有正極活性物質、負極活性物質、收容有一部分前述正極活性物質的正極室、收容有一部分前述負極活性物質的負極室、位於前述正極室與前述負極室之間藉以 將前述正極活性物質和前述負極活性物質隔離且對前述負極活性物質具有傳導性的壁狀固體電解質；負極活性物質容器，和前述負極室連通，且收容一部分前述負極活性物質；正極活性物質容器，和前述正極室連通，且收容一部分前述正極活性物質；及泵手段，使前述正極活性物質在前述正極室與前述正極活性物質容器之間循環。該新型的二次電池在進行放電、充電的電化學反應的電池本體之外，另設有分別收容屬於反應物質的一部分正極活性物質及負極活性物質的正極活性物質容器及負極活性物質容器。藉由在這些正極活性物質容器及負極活性物質容器中收容正極活性物質及負極活性物質，可使二次電池的放電容量增大。

以包含鈉硫電池的新型二次電池而言， PCT/JP2011/002914號公報亦為眾所周知。該二次電池係將收容於電池本體的負極活性物質量減少，並將大部分負極活性物質收容在負極活性物質收容用容器。由於電池本體中僅存有少量的負極活性物質，即使電池本體受損，收容於電池本體的負極活性物質和正極活性物質會直接接觸而產生化學反應，也會因為其反應量少，產生的熱量也較少。因此，即使在電池本體受損的情況中，也不會釀成巨大事故。依此結構，該電池在安全性上甚是優異。

[先前技術文獻] [專利文獻]

[專利文獻1]PCT/JP2011/003022號公報

[專利文獻2]PCT/JP2011/002914號公報

以往的二次電池在放電後必須進行充電。當然，充電時不能使用電池原來的放電功能。將該二次電池組裝作為電動汽車的二次電池時，在該電動汽車二次電池的充電結束之前，汽車不能行走使用。

本發明以提供電池本體可迅速繼續放電的二次電池為目的。更具體而言，本發明係以提供一種將經放電而放出化學能量的正極活性物質容器及負極活性物質容器如交換燃料容器般和經充電使化學能量再生的正極活性物質容器及負極活性物質容器進行交換，使電池本體可以放電的二次電池為目的。再者，本發明之目的在提供一種包含可將經放電而放出化學能量的正極活性物質容器及負極活性物質容器進行再充電的系統及方法。

本發明的燃料型固體電解質二次電池，具備：電池本體，具有正極活性物質、負極活性物質、收容有一部分前述正極活性物質的正極室、收容有一部分前述負極活性物質的負極室、及位於前述正極室和前述負極室之間藉以將前述正極活性物質和前述負極活性物質隔離且對前述負極活性物質具有傳導性的壁狀固體電解質；負極活性物質容器，和前述負極室連通，且收容一 部分前述負極活性物質；授受手段，將前述負極活性物質在前述負極室與前述負極活性物質容器之間進行受授；正極活性物質容器，和前述正極室連通，且收容一部分前述正極活性物質；及循環通路手段，使前述正極活性物質在前述正極室與前述正極活性物質容器之間進行循環，其特徵在：前述正極活性物質容器係構成為可和前述電池本體組卸自如。

該二次電池係使已放電的正極活性物質容器從電池本體分離，並透過將已充電的其他正極活性物質容器組入於電池本體，使電池本體可再放電。另外，已放電的負極活性物質容器也以和正極活性物質容器一起組卸自如為佳。由於負極活性物質會因放電而消耗，故負極活性物質容器中的負極活性物質會因放電而減少。這種減少可以像例如汽油那樣以對負極活性物質容器注入負極活性物質的方式來解決。

已放電的正極活性物質容器或者正極活性物質容器與負極活性物質容器可以組入已連結於電燈線等的其他電池本體，並使用來自電燈線等的電力再行充電。

本發明的燃料型固體電解質二次電池係以正極活性物質、負極活性物質、電池本體、負極活性物質容器、正極活性物質容器、授受手段及循環通路手段作為主要構成要素。正極活性物質係指和以硫為代表的負極活性物質進行反應而形成化合物的物質。負極活性物質係為以鈉為代表的金屬等物質，鋰、鉀等也是候備材料。

電池本體具有：正極室，收容有一部分正極 活性物質；負極室，收容有一部分負極活性物質；及壁狀的固體電解質，位於這些正極室與負極室之間，將正極活性物質與負極活性物質隔離，且對負極活性物質具有傳導性。所謂壁狀的固體電解質，係由β氧化鋁、β"氧化鋁等陶瓷等材質所構成，藉以將正極活性物質與負極活性物質隔開，作為讓負極活性物質透過的分隔壁作用。因而，固體電解質的形狀並無特別限定，也可為在內部空間具有可收容正極活性物質的正極室及可收容負極活性物質的負極室的容器形狀體。

負極活性物質容器為用以收容未收容於負極 室的其餘大部分負極活性物質的容器。授受手段為在負極室與負極活性物質容器或者電池本體之間收授負極活性物質者。負極活性物質從負極活性物質容器往負極室的移動，係用來彌補因電池本體的放電所致的負極活性物質從負極室消耗而發生的負極活性物質減少，負極活性物質可藉重力或氣壓而從負極活性物質容器送往負極室。另外，將電池本體充電的情況中，係形成和放電相反的負極活性物質流。亦即，藉由充電，會在負極室生成負極活性物質，並藉該生成壓力使負極活性物質從負極室返回負極型物質容器。

正極活性物質容器係用以收容未收容在正極 室的其餘大部分正極活性物質的容器。循環通路手段係將正極活性物質在正極負極活性物質容器與電池本體的正極室間循環移送者。另外，伴隨著放電，負極活性物 質會進入正極室，和正極活性物質反應而形成反應生成物。從而，正極室及正極活性物質容器係包含正極活性物質連同反應生成物。為了容易說明，茲將在正極室與正極活性物質容器之間移動的物質當作正極活性物質來說明。此外，由於電池本體的放電與充電，正極室內的反應生成物量會增減。又因這種增減，而在正極室與正極活性物質容器之間發生正極活性物質的移動。和由泵手段所產生的移動比較起來，這種移動較少。因此，有關因反應生成物量的增減而產生的移動的說明，也有將其省略的情形。

本發明的燃料型固體電解質二次電池係以正 極活性物質容器可和電池本體組卸的方式構成。因此，可將已放電的正極活性物質容器自電池本體分離，並將其他已經預為充電的正極活性物質容器裝在電池本體上。電池本體可接受已經充電的正極活性物質容器的活性物質，並進行放電。卸下的正極活性物質容器可安裝於其他例如充電專用電池本體，以進行充電。已充電的活性物質容器則和已放電的活性物質容器交換使用。

本發明的燃料型固體電解質二次電池中，負 極活性物質容器也和正極活性物質容器同樣，以構成為可和電池本體組卸的方式為佳。再者，前述授受手段以設有管接頭的通路構件所構成較佳。所謂通路構件，係為形成負極活性物質通路的設計，其為負極活性物質可以通過的一個連續性內部空間。可將例如管體式軸心空間、組塊材(block member)的內部空間作為流路。該通路 構件中，在放電時，負極活性物質會從負極活性物質容器流到負極室，相反地，在充電時，負極活性物質會從負極室流到負極活性物質容器。

所謂管接頭，係指管體等的插接頭。容後具體說明。

前述循環通路手段較佳為具備：第1通路，設有將正極活性物質從正極室送往正極活性物質容器的組卸自如式管接頭；第2通路，設有將正極活性物質從正極活性物質容器送往正極室的組卸自如式管接頭；及泵手段，用以移送正極活性物質。第1通路及第2通路可皆以管體等形成。泵手段係為將正極活性物質在正極室與正極活性物質容器之間強制循環的手段。作為泵手段，可使用採用隔膜(diaphragm)、汽缸(cylinder)、螺旋翼片(propeller)等的泵裝置。泵手段的作用和專利文獻1所記載的泵手段相同。亦即，正極室內的正負活性物質的反應生成物量會因放電或充電而增加或減少。因此，反應生成物相對於正極室內的正極活性物質的比例與反應生成物相對於正極活性物質容器內的正極活性物質的比例不同。泵手段係用以減少正極室內與正極活性物質容器內之間的反應生成物的比例差異的手段。

目前為止所說明的正極活性物質、負極活性物質、電池本體、負極活性物質容器、正極活性物質容器、授受手段、循環通路手段及泵手段係為以往周知技術，可和專利文獻1的技術內容相同。

前述循環通路手段中，較佳為第1通路與第2 通路的一方通路的入口配設在正極室的上部，出口則配設在正極活性物質容器的上部；而第1通路與前述第2通路的另一方通路的入口係配設在正極活性物質容器的下部，出口則配設正極室的下部。藉此方式，在正極室內及正極活性物質容器內，正極活性物質可更均質流動，停滯部分可減少。藉此設計，正極室內及正極活性物質容器內的正極活性物質的均質性得以更為提高。

本發明中，較佳為備設有用以控制泵手段的 控制手段。控制手段係藉由例如按照電池的充放電反應來控制泵手段的運轉狀態以調節正極活性物質的移動量或移動速度者。控制手段係為在例如執行運算及控制的運算部之外，還具有記憶部、輸出入部等的電子控制裝置，其可採用根據流量感測器等量測器的量測結果執行上述控制的設計。此外，控制手段也可採用在執行泵手段控制的同時還可執行設於電池本體、正極活性物質容器及負極活性物質容器的溫度調整裝置之控制的形態。

前述固體電解質可採用具有至少一個正極室 、及沿著正極室的壁面並與壁面保持間隔而其剖面面積較正極室小的複數個負極室的容器形狀體。此處，所稱固體電解質的容器形狀體，係意指以固體電解質的內壁面所區隔出來的空間作為收容空間的形狀者。若在以容器形狀體的內壁面所區隔出來的空間設置蓋及底、或蓋或底，即成為密閉區間，並作為液體收容空間。亦即，正極室及負極室。此外，正極室及負極室可為均朝軸向排列延伸的孔狀。而且，設有孔狀正極室及負極室的容 器形狀體也可為外形呈柱狀體的型態。此處，所稱柱狀體，係指朝一軸方向延伸的形狀。具體而言，外周形狀也可採用圓形、橢圓形、三角形、四角形等任意形狀。 柱狀體也可為設有軸向延伸的至少1個正極室的形態。正極室的剖面形狀可採圓形、橢圓形、三角形、四角形等任意形狀。該柱狀體由於是軸向延伸，故形狀單純，製造較容易。

而且，負極室也可為軸向延伸且沿著正極室 的壁面與該壁面保持間隔配置，其剖面面積較正極室的剖面為小的空間形成在柱狀體內部。具體而言，複數個負極室係在正極室的周圍形成複數個。各負極室與正極室的間隙部分主要是作為電解質發揮功能。

本發明中，可具有抵接於固體電解質的容器 形狀體外側面並推壓該外周面的勢能賦予構件。該勢能賦予構件可為由例如具有耐熱性的碳纖維、玻璃纖維等壓縮成薄墊(mat)狀的元件。透過使該勢能賦予構件抵接於固體電解質的容器形狀體的至少一部分外側面，而將容器形狀體朝向其中心側彈性加壓。因此，即使萬一容器形狀體破損而發生龜裂，其加壓力可朝使龜裂部分封閉的方向按壓。從而，容器形狀體可維持龜裂產生前的形狀，而可抑制負極活性物質從龜裂部位漏出的情形。 因此，透過設置勢能賦予構件，可抑制容器形狀體發生龜裂，可防止負極活性物質和正極活性物質混合。作為其他勢能賦予構件，可列舉帶子等元件。帶子的綑束力可作為勢能賦予力來運用。

本發明的電池本體較佳為在設置溫度調整手 段的同時隔著隔熱材保持在第一保護容器。再者，負極活性物質容器與正極活性物質容器較佳為彼此以電絕緣狀態隔著隔熱材保持在和前述第一保護容器不同的第二保護容器。本發明的負極活性物質或正極活性物質均必須為液體。在以鈉與硫作為活性物質使用的情況中，必須將電池本體、負極活性物質容器及正極活性物質容器都保持在290至350℃。因此，以設置加熱器等溫度調整手段、隔熱材及保護用容器為佳。

電池本體與負極活性物質容器及正極活性物 質容器保持距離相隔配置時，授受手段及第1通路、第2通路都很長，故這些構件中也以設置溫度調整手段、隔熱材及保護用蓋子等為佳。

1‧‧‧鈉硫電池

2‧‧‧電池本體

3‧‧‧交換容器

4‧‧‧熔融硫

5‧‧‧熔融鈉

21‧‧‧分隔壁

22‧‧‧外殼體

23‧‧‧第1隔熱材

24‧‧‧第1殼體

25‧‧‧第1插接部

26‧‧‧第1管體

27‧‧‧第2管體

28‧‧‧第3管體

29‧‧‧泵

33‧‧‧第2隔熱材

34‧‧‧第2殼體

35‧‧‧第2插接部

41‧‧‧硫容器

51‧‧‧鈉容器

210‧‧‧正極室

211‧‧‧上蓋

212‧‧‧下蓋

213‧‧‧集電體

215‧‧‧電極棒

216‧‧‧正極端子

220‧‧‧負極室

221‧‧‧隔開板

226‧‧‧負極端子

251‧‧‧第1插座

252‧‧‧第2插座

253‧‧‧第3插座

265‧‧‧第4管體

271‧‧‧第1通孔

275‧‧‧第5管體

281‧‧‧第2通孔

285‧‧‧第6管體

351‧‧‧第1插頭

352‧‧‧第2插頭

353‧‧‧第3插頭

圖1為本發明實施形態的鈉硫電池的縱剖面圖。

[實施發明之形態]

(實施樣態說明)

以下舉本發明二次電池的實施例將本發明作更具體的說明。

[實施例]

本發明實施例的鈉硫電池1的縱剖面圖係揭示於圖1。該鈉硫電池1係由電池本體2、及和該電池本體2組卸自如的交換容器3組成。圖1中，電池本體2與交換 容器3係顯示成分離的狀態。

電池本體2設有：形成正極室210的以圓筒狀β 氧化鋁形成的分隔壁21、及以一體方式接合於該分隔壁21的上下端的α氧化鋁製上蓋211與下蓋212。電池本體2更設有：在分隔壁21的外周面側形成負極室220的金屬箔製筒狀外殼體22；及保持於負極室220內的多孔質片狀隔開板221。電池本體2更再具備：將上蓋211、下蓋212及外殼體22覆蓋的第1隔熱材23、收容該第1隔熱材23的金屬製第1殼體24；以及固定於第1殼體24的第1插接部25、第1管體26、第2管體27、第3管體28及泵29。

外殼體22為圓筒狀，其上端部分係液密式接 合於分隔壁21的外周面上端部分，其下端部分則液密式接合於分隔壁21的外周面下端部分。以分隔壁21的外周面與外殼體22的內周面區隔出來的薄筒狀封鎖空間為負極室220。負極室220內保持有隔開板221，以確保負極室220的空間。負極室220內充滿了熔融鈉5。熔融鈉5係以進入多孔性隔開板221的孔內，並使分隔壁21的外周面潤濕的狀態存在。

正極室210內收容有碳纖維氈(carbon fiber felt)製集電體213及一部分熔融硫4。上蓋211的中心部分形成有上下貫通的貫通孔，電極棒215的上端部則液密式固定於該貫通孔。電極棒215的下方係沿著正極室210的軸心延伸，並貫通集電體213的中央部而達到正極室210的下方。電極棒215設有都開口於其上端面的第1通孔271及第2通孔281。第1通孔271的上端開口係連結於第2管體 27，下端開口則開設於電極棒215的下端。第2通孔281的上端開口為連結於第3管體28，下端開口則開設於電極棒215的上端部分外周面。

第1管體26係構成本發明授受手段之一部分 的元件，以金屬管形成。第1管體26係將負極室220與第1插接部25的第1插座251連結。第2管體27為構成本發明第1通路的一部分，其係經由電極棒215的第1通孔271使正極室210的下方部分和第1插接部25的第2插座252連結。 另外，泵29係設於第2管體27。第3管體28係構成本發明第2通路的一部分，並經由電極棒215的第2通孔281使正極室210的上方部分與第1插接部25的第3插座253連結。

第1隔熱材23係以陶瓷纖維集合而成，並保持 在第1殼體24內。第1殼體24具高強度、也很耐熱，由鋼板等形成，具有保護內部電池部分不受外部衝擊等的保護罐功能。

正極端子216係一端固定於電極棒215的上端，另一端以電絕緣方式伸出第1殼體24的外側。負極端子226亦一端固定於外殼體22，另一端以電絕緣方式伸出第1殼體24的外側。

第1插接部25為設有第1插座251、第2插座252、第3插座253等3個插座的集合式插接頭。該第1插接部25和後面說明的第2插接部35係為液密式自由組卸者。電池本體2具有以上所述的構成。

交換容器3係如圖1所示方式，構成為可和電池本體2分離的分離體。交換容器3具有：收容一部分熔 融鈉5的鈉容器51、收容一部分熔融硫4的硫容器41、第2隔熱材33、第2殼體34及第2插接部35。

鈉容器51為金屬製，具有可收容本鈉硫電池1 所攜帶的幾乎全部熔融鈉5的容積。鈉容器51通常係在減壓下使用。封入氣體以氮氣為佳。硫容器41亦為金屬製，具有可收容本鈉硫電池1所攜帶的幾乎全部熔融鈉5及熔融硫的容積。放電完畢時，鈉5係呈多硫化鈉收容於硫容器4中。硫容器4通常也在減壓下使用。封入氣體以氮氣為佳。此外，鈉容器51與硫容器41係維持在電絕緣狀態。

第2插接部35為設有3個第1插頭351、第2插頭 352、第3插頭353等3個插頭的集合式插接頭。該第2插接部35係和前面說明的第1插接部構成1組集合式管接頭。 第2插接部35的3個第1插頭351、第2插頭352、第3插頭353係分別和第1插接部25的3個第1插座251、第2插座252、第3插座253作液密式卡合。由1個插頭及與其卡合的插座組成的管接頭，以使用例日本特開2009-97114號公報所揭示的流體插接頭為佳。所揭示的流體插接頭，在插頭和插座分開的分離狀態下，兩個插頭與插座係以可動閥關閉其通路；在插頭與插座卡合的狀態下，兩可動閥會打開，使插頭的通路和插座的通路相連通。該流體插接頭在插頭與插座分開的分離狀態下，或在插頭與插座卡合的狀態下，都是和外部呈液密式封閉，沒有液體的漏洩。

交換容器3中，第2插接部35的第1插頭351係 經由第4管體265而連通於鈉容器51的底部，第2插頭352則經由第5管體275而連通於硫容器41的底部。第3插頭353為經由第6管體285而貫通硫容器41的底部，並開口於硫容器41的內部空間的上方部。另外，第1插頭351及第4管體265係和第2插頭352、第3插頭353、第5管體275及第6管體285維持電絕緣狀態。

交換容器3的第2隔熱材33係由和電池本體2 的第1隔熱材23相同的陶瓷纖維集合而成的元件，並保持於第2殼體34內。第2殼體34也和第1殼體24同樣具有高強度、高耐熱性，可作為保護罐，發揮保護內部的鈉容器51及硫容器41不受外部衝擊等的功能。

第2插接部35係固定在第2殼體34的下面，而 第2插接部35的3個第1插頭351、第2插頭352及第3插頭353則從第2殼體34的底面突出。

本實施例的二次電池，以未顯示於圖式的部 分而言，在電池本體2及交換容器3上皆設有包括加熱器、溫度感測器的溫度調節手段、管理泵29的動作的控制部等。

本實施例的二次電池係藉由未圖示的溫度調 節裝置預先加熱到作為動作溫度的290℃至350℃。亦即，使用外部電源使溫度調節裝置起動，將形成電池本體2的正極室210、負極室220的電池功能部分及交換容器3的包含鈉容器51、硫容器41的部分加熱到動作溫度。加熱到動作溫度時，電池本體2與交換容器3可為分離狀態、或為結合狀態的任一狀態。

電池本體2與交換容器3處在動作溫度時，就 將電池本體2與交換容器3進行結合。亦即，將電池本體2的第1插接部25和交換容器3的第2插接部35結合。藉此動作，第2插接部35的3個第1插頭351、第2插頭352、第3插頭353就分別和第1插接部25的3個第1插座251、第2插座252、第3插座253作液密式卡合。

負極室220係經由第1管體26、第1插座251、 第1插頭351、第4管體265而和鈉容器51連通。在此狀態下，藉封入於鈉容器51的氮氣壓力使鈉容器51內的熔融鈉5向下方推壓，通過第4管體265、第1插頭351、第1插座251、第1管體26而到負極室220，充滿負極室220的空間。亦即，熔融鈉5係進入負極室220所收容的隔開板221的細孔，同時潤濕覆蓋分隔壁21的外周面。由於形成負極室220的外殼體22係以金屬箔形成，故外殼體22會受到外氣壓的推壓。由於負極室220內的壓力係和鈉容器51連接，所以會處在減壓下。因此，負極室220會朝減少其容積的方向受到壓縮，而藉隔開板221使負極室220的空間(容積)得以維持。

正極室210和硫容器41之間有2條通路相連通 。其中一條為設有泵29的通路，係從硫容器41的底部開口經由第5管體275、第2插頭352、第2插座252、設有泵29的第2管體27、第1通孔271而延伸到正極室210的下方部分的通路。另一條為經由開口於正極室210的上方部分的第2通孔281、第3管體28、第3插座252、第3插頭353、第6管體285而延伸到硫容器41的上方部分的通路。

在此狀態下，若正極端子216及負極端子226 因外部負荷而連結時，泵29會因未圖示的控制部而受到驅動，使熔融硫4從硫容器41的底部輸送到正極室210的底部。接著，正極室210內的熔融硫4從正極室210的上方部分推出到第2通路，並送到硫容器41的上方部分。依此方式利用泵29的驅動，熔融硫4會從硫容器41的底部到達正極室210的下方部分，穿過正極室210內，更具體而言，係穿過集電體213的間隙並流到上方，又從正極室210的上方部分送入硫容器41的上方部分。依此方式，熔融硫4就循環於硫容器41與正極室210之間。

正極端子216及負極端子226經由外部負荷而 連結時，就開始放電。負極室220的鈉5以鈉離子的型態通過分隔壁21，並到達正極室210。在正極室210中，鈉離子會對集電體213交付電子，且和硫4反應而形成多硫化鈉。多硫化鈉會溶入熔融硫4，正極室220內的多硫化鈉濃度係與放電量成比例增高。由於熔融硫4在正極室210與硫容器41之間進行循環，因放電所生成的多硫化鈉也在正極室210與硫容器41之間循環，使多硫化鈉的濃度藉熔融硫4的循環而一致化。

另一方面，在負極室220中，鈉5通過分隔壁 的部分會因放電而失去，使負極室220內受到減壓，導致鈉容器51內的壓力相對增高。由於該壓力差，鈉容器51內的鈉5會經由第1管體26等而送到負極室220。從而，使鈉容器51內的鈉5隨著放電一起減少。此外，由於在正極室210內會因放電而生成多硫化鈉，且依所生成的多硫化 鈉量使熔融硫4的量增多，其增加的部分就蓄存於硫容器41，使硫容器41內的熔融硫4的液面增高。在預定量的放電中，鈉容器51內的熔融鈉5的量會變成既定的最少量，相反的，硫容器41內的熔融硫4量會成為既定的最大量，而達到最大放電量。達最大放電量時控制部就將放電停止，泵29的運轉也停止。因此，該鈉硫電池的動作就停止。

在達到最大放電量的狀態下，可用外部電源 將該鈉硫電池進行充電。此外，本鈉硫電池已放電的交換容器3可和既已充電的另外交換容器交換，再度將電池本體2使用於放電。交換容器3的交換方法，係先確認電池本體2未放電也未充電、泵29也未動作的情況。然後，將第1插接部25和第2插接部35分離，且將已放電的交換容器3從電池本體2分離。之後，已充電完畢的其他交換容器依前文說明的方式結合於電池本體2。藉此方式，電池本體2就可再度使用於放電。以交換容器3的交換來使電池本體2可再放電的特性即為本實施樣態的鈉硫電池的功效。

已放電的交換容器可藉由結合於例如設在停 車場等的其他電池本體，並進行充電，而將交換容器轉換為已充電完畢的交換容器。已放電的交換容器可用其他電池本體充電的特性亦屬本實施樣態的鈉硫電池的功效。

茲用圖1的鈉硫電池1說明充電的情況。另外 ，圖1的交換容器3是已充電完畢的狀態，故放電完畢時 的交換容器3的鈉容器51內的熔融鈉5的液面係在接近底部的較低位置。硫容器41也是已充電完了時的狀態，放電完畢時的硫容器41內的熔融硫4的液面係在上方的較高位置。

在此狀態下，若正極端子216及負極端子226 連接於外部電源，且藉未圖示的控制部使泵29驅動，熔融硫4就從硫容器41的底部送到正極室210的底部。然後，使正極室210內的熔融硫4從正極室210的上方部分推出到第2通路，並送到硫容器41的上方部分。依此方式，藉由泵29的驅動，熔融硫4就從硫容器41的底部到達正極室210的下方部分，並在正極室210內流到上方，又從正極室210的上方部分送到硫容器41的上方部分。依此方式，熔融硫4就在硫容器41和正極室210之間循環。

同時，正極端子216及負極端子226和外部電 源連結時，充電就開始。溶解於正極室210的熔融硫4中的多硫化鈉會從集電體213接受電子，分為硫和鈉離子，鈉離子會通過分隔壁21，到達負極室220，成為電子與鈉。電子則流到外部電源；所生成的鈉會提高負極室220的內壓，並藉由高壓力將鈉送到鈉容器51內。在正極室210內，因為充電而使多硫化鈉減少，並生成硫。正極室210與硫容器41係以泵29、第2管體27、第3管體28等使熔融硫4進行循環，硫容器41內的熔融硫4或正極室210內的熔融硫4都獲得一致化，同時，熔融硫4中的多硫化鈉會減少，硫會增加。在容積方面，由於生成的硫的容積比失去的多硫化鈉的容積還少，所以熔融硫4的容積會減少 ，硫容器41內的熔融硫4的液面會降低。

繼續充電時，正極室210內及硫室41內的硫會 增加，多硫化鈉會減少，硫容器41內的熔融硫4的液面會降低。相反地，負極室220內及鈉容器51內的鈉5會增多，鈉容器51內的熔融鈉5的會液面則升高。然後，就形成圖1的交換容器3所示的充電完畢狀態。充電已完畢的交換容器可再度結合於其他電池本體來使用。此外，已充電的交換容器較佳為以設在內部的溫度調節裝置或其他溫度調節裝置保持在290℃至350℃動作溫度。

本實施例的鈉硫電池1中，雖將放電及充電分 開說明，但也可以交換容器3不交換的方式進行放電及充電。

此外，本實施樣態的鈉硫電池1中，供電池反應的熔融鈉5及熔融硫4的大部分係分別收容於鈉容器51及硫容器41，但實際上在進行電池反應的電池本體2的內部，僅收容供反應的一部分熔融鈉5與一部分熔融硫4。亦即，收容活性物質的空間與活性物質反應的空間係分開獨立設置。藉由依此方式實施功能分立，可以實現安全性較高的鈉硫電池，且確保較大的電池容量，故可獲得較大的輸出，使電池性能獲得提升。

Claims (8)

1. 一種燃料型固體電解質二次電池，具備：電池本體，具有正極活性物質、負極活性物質、收容有一部分前述正極活性物質的正極室、收容有一部分前述負極活性物質的負極室、及位於前述正極室和前述負極室之間並將前述正極活性物質和前述負極活性物質隔離且對前述負極活性物質具有傳導性的壁狀固體電解質；負極活性物質容器，和前述負極室連通，且收容一部分前述負極活性物質；授受手段，將前述負極活性物質在前述負極室與前述負極活性物質容器之間進行收授；正極活性物質容器，和前述正極室連通，且收容一部分前述正極活性物質；及循環通路手段，使前述正極活性物質在前述正極室與前述正極活性物質容器之間進行循環，其特徵在：前述正極活性物質容器係構成為可和前述電池本體組卸自如。
2. 如請求項1之燃料型固體電解質二次電池，其中，前述負極活性物質容器係構成為可和前述電池本體組卸，且前述授受手段係以設有組卸自如式管接頭的通路構件所構成。
3. 如請求項1或2之燃料型固體電解質二次電池，其中，前述循環通路手段具備：第1通路，設有將前述正極活性物質從前述正極室送往正極活性物質容器的組卸自 如式管接頭；第2通路，設有將前述正極活性物質從前述正極活性物質容器送往前述正極室的組卸自如式管接頭；及泵手段，用來移送前述正極活性物質。
4. 如請求項3之燃料型固體電解質二次電池，其中，前述管接頭係為以就座狀態打開通路，以離座狀態關閉通路的液密插接頭。
5. 如請求項4之燃料型固體電解質二次電池，其中，前述第1通路與前述第2通路的一方通路的入口係配設在前述正極室的上部，且出口係配設在前述正極活性物質容器的上部；前述第1通路與前述第2通路的另一方通路的入口係配設在前述正極活性物質容器的下部，且出口係配設在前述正極室的下部。
6. 如請求項4之燃料型固體電解質二次電池，其中，具備控制前述泵手段的控制手段。
7. 如請求項4之燃料型固體電解質二次電池，其中，前述電池本體設有溫度調整手段，同時隔著隔熱材保持於第一保護容器，前述負極活性物質容器與前述正極活性物質容器係以彼此電絕緣狀態隔著隔熱材保持在和前述第一保護容器不同的第二保護容器。
8. 如請求項7之燃料型固體電解質二次電池，其中，前述正極活性物質為硫，前述負極活性物質為鈉。