JPH0557714B2 - - Google Patents
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- JPH0557714B2 JPH0557714B2 JP8398738A JP9873883A JPH0557714B2 JP H0557714 B2 JPH0557714 B2 JP H0557714B2 JP 8398738 A JP8398738 A JP 8398738A JP 9873883 A JP9873883 A JP 9873883A JP H0557714 B2 JPH0557714 B2 JP H0557714B2
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- tube
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- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
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- H01M10/39—Accumulators not provided for in groups H01M10/05-H01M10/34 working at high temperature
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- H—ELECTRICITY
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- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
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Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、少くとも2個の端子と少くとも1個
の陽極(アノード)室および陰極(カソード)室
を有し、陽極室と陰極室がいずれもそれぞれ少く
とも1個の集電体を具備し、アルカリイオン伝導
固体電解質によつて互いに隔離され、かつ少くと
も区域的に金属ケースによつて画定されて成る、
アルカリ金属およびカルコゲン・ベースの化学電
池に関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention has at least two terminals and at least one anode chamber and at least one cathode chamber, each of the anode chamber and the cathode chamber each having at least one current collectors, separated from each other by an alkali ion-conducting solid electrolyte, and at least partially defined by a metal case;
Concerning alkali metal and chalcogen based chemical batteries.
固体電解椎を備えた、再充電可能な上記の電気
化学電池は、高いエネルギと出力密度の蓄電池を
構成するために極めて好適である。このような蓄
電池は電動車の電気エネルギ源としてますます多
く使用されている。アルカリ・カルコゲン電池に
使用される、例えばベータ酸化アルミニウム製の
固体電解質は、移動するイオンの部分伝導率が極
めて高く、電子の部分伝導率が幾十乗も低いこと
が特徴である。このような固体電解質を化学電池
の構造に使用することによつて、自己放電が事実
上起こらないようになる。なぜなら電子伝導は無
視することができ、反応物質が中性粒子として固
体電解質を通過することができないからである。 The rechargeable electrochemical cell described above with solid electrolyte is highly suitable for constructing high energy and power density storage batteries. Such storage batteries are increasingly being used as a source of electrical energy for electric vehicles. A solid electrolyte made of, for example, beta aluminum oxide used in an alkaline chalcogen battery is characterized by an extremely high partial conductivity for moving ions and a tens of times lower partial conductivity for electrons. By using such solid electrolytes in the construction of chemical cells, self-discharge becomes virtually impossible. This is because electronic conduction can be ignored and the reactants cannot pass through the solid electrolyte as neutral particles.
蓄電池または高温電池列の製造のために、多数
の上記の化学電池が互いに接続される。例えば電
動車用高温電池列においては、多数の化学電池を
直列に、ごく少数の電池を並列に接続することが
必要である。その理由は、このような高温電池列
の単位エネルギは一般に40kWh以下であるが、
個別電池の単位エネルギは80Wh以上になるから
である。このため上記高温電池列は500個以下の
電池を含む。個別電池の電圧が約2Vであつて、
上記の電池列で合計200Vを発生しようとする時
は、100個の電池を直列に接続しなければならな
い。このことは、最大5個の電池を並列に接続で
きることを意味する。この直列接続の単数個また
は複数個の電池に過負荷が起こると、電池内部の
温度が上昇する。電池の使用温度を超える温度上
昇は、電池の破壊を招くことがある。このような
欠陥電池は高オームになるから、この電池がある
直列回路を通る電池の流れ全体が中断される。 For the production of accumulators or high-temperature battery banks, a large number of the above-mentioned chemical cells are connected to each other. For example, in a high-temperature battery array for an electric vehicle, it is necessary to connect a large number of chemical batteries in series and a very small number of batteries in parallel. The reason is that the unit energy of such high-temperature battery arrays is generally 40 kWh or less, but
This is because the unit energy of an individual battery is 80Wh or more. Therefore, the high-temperature battery array includes 500 batteries or less. If the voltage of the individual battery is about 2V,
If you want to generate a total of 200V with the above battery string, you will need to connect 100 batteries in series. This means that up to 5 batteries can be connected in parallel. When one or more batteries in this series connection is overloaded, the temperature inside the batteries increases. An increase in temperature above the operating temperature of the battery may lead to battery destruction. Since such a defective battery will have a high ohm, the entire flow of batteries through the series circuit in which it resides will be interrupted.
電池の温度が使用温度を遥かに超えて上昇する
と、電流回路が遮断される化学電池が西独公開特
許公報第2819583号により公知である。この電池
では、2個の集電体の少くとも一方が2個の部分
片から成る。第1の部分片は電池の外に、第2の
部分片は中に配設される。両部分片は、電池の使
用温度を所定の値だけ超えた温度で融解する電導
接触部材によつて互いに結合される。こうして電
池を通る電池回路が遮断される。この場合、複数
個の区間に細分することにより、特に可融接触部
材を間挿することにより、集電体の電導性が減少
するのが欠点である。なぜなら接触部の腐食現象
が電導性の低下をもたらすからである。本発明は
冒頭に挙げた先行技術に基づいて、内部温度が
350℃の使用温度を超えて上昇すると、自動的に
高温電池列の電流回路から切離される化学電池を
提供することを目的とする。 A chemical cell is known from DE 28 19 583 A1, in which the current circuit is interrupted when the temperature of the cell rises far above the operating temperature. In this cell, at least one of the two current collectors consists of two pieces. The first part is arranged outside the battery and the second part inside. Both parts are connected to each other by electrically conductive contacts which melt at a temperature above the operating temperature of the cell by a predetermined value. The battery circuit through the battery is thus interrupted. In this case, it is a disadvantage that the electrical conductivity of the current collector is reduced by subdivision into a plurality of sections, especially by intervening fusible contact elements. This is because the corrosion phenomenon of the contact portion results in a decrease in electrical conductivity. The present invention is based on the prior art mentioned at the beginning, and the internal temperature is
The object is to provide a chemical battery that is automatically disconnected from the current circuit of the high temperature battery bank when the operating temperature rises above 350°C.
本発明により2個の端子が1個の構成単位に統
合され、電池の使用温度を超える値に電池内の温
度が上昇すると、溶融する合金を介して互いに電
導可能に(電気的に)結合されることによつて、
上記の目的が達成される。 According to the present invention, two terminals are integrated into one unit and are conductively (electrically) coupled to each other through an alloy that melts when the temperature inside the battery rises to a value above the operating temperature of the battery. By doing so,
The above objectives are achieved.
別の解決策は、温度が電池の使用温度を僅かに
超える値に上昇すると、溶融する電等性材料を介
して、2個の集電体が互いに結合されることにあ
る。 Another solution consists in bonding the two current collectors together via an electroconductive material that melts when the temperature rises to a value slightly above the operating temperature of the cell.
本発明により第1の集電体は片側が閉じた管と
して構成され、その閉じた端部が、反応体室とし
て使用されるカツプ状固体電解質の内部に配設さ
れる。第2の集電体として、やはりカツプ状に形
成され、第2の反応体室と結合された金属ケース
が使用される。片側が閉じた管の内部には第2の
電導管が配設され、その下端は溶融可能な電導栓
によつて閉塞され、外管の閉じた端部から所定の
間隔に配設される。外管の内面と内管の外面のあ
いだに円周状に絶縁物が配設される。内管の内部
に電導棒が配置される。この棒は、内管を閉塞す
る栓の凹陥部に配設される。棒は栓と電導可能に
結合される。棒と内管のあいだの空間は断熱物で
埋めることができるが、空白のままであつても、
すなわちここに電導性材料が配設されていなけれ
ば、十分である。棒は電池の金属ケースと電導的
に結合される。内管が第1の端子として使用さ
れ、外管の上端が第2の端子として使用される。
内管の下端を閉鎖する栓は、電池の使用温度を僅
かに超える温度で融解し始める電導性材料で作ら
れている。 According to the invention, the first current collector is configured as a tube closed on one side, the closed end of which is arranged inside a cup-shaped solid electrolyte serving as a reactant chamber. As the second current collector, a metal casing is used which is also cup-shaped and is connected to the second reactor chamber. A second electrically conductive pipe is disposed inside the one-sided closed tube, the lower end of which is closed by a meltable electrically conductive stopper, and is disposed at a predetermined distance from the closed end of the outer tube. An insulator is disposed circumferentially between the inner surface of the outer tube and the outer surface of the inner tube. A conductive rod is placed inside the inner tube. This rod is placed in a recessed part of the stopper that closes off the inner tube. The rod is electrically conductively coupled to the stopper. The space between the rod and the inner tube can be filled with insulation, but even if left blank,
That is, it is sufficient that no conductive material is provided here. The rod is conductively coupled to the metal case of the battery. The inner tube is used as the first terminal and the upper end of the outer tube is used as the second terminal.
The plug closing the lower end of the inner tube is made of a conductive material that begins to melt at temperatures slightly above the operating temperature of the battery.
本発明による化学電池において、電池の使用温
度を超える値に温度が上昇すると、内管の下端の
栓から融解し始める。2個の管のあいだの空間が
栓の溶融材料によつて完全に充填され、両管を電
等可能に結合するように、内管の下端を外管の閉
鎖端から離隔して配設する。 In the chemical cell according to the invention, when the temperature rises to a value above the operating temperature of the cell, melting starts from the plug at the lower end of the inner tube. The lower end of the inner tube is spaced apart from the closed end of the outer tube such that the space between the two tubes is completely filled with the molten material of the stopper, electrically connecting the tubes. .
電池内部の温度上昇が長く接続すると、栓が完
全に融解する。それによつて内管と電池の金属エ
ースのあいだに電導接触が遮断される。そこで栓
の溶融材料により、内管と、集電体および端子の
役割をする外管とのあいだに電気的な結合が形成
される。この処置によつて、化学電池を経由する
電流回路が橋絡される。電池にはもはや電流が流
れず、短絡電流も流れない。このため電池が高オ
ームにならないことが保証される。残余の電池を
流れる充放電電流はこの電池に全く影響しない。 If the temperature inside the battery rises for a long time, the stopper will completely melt. Electrical contact is thereby broken between the inner tube and the metal ace of the battery. The molten material of the plug then forms an electrical connection between the inner tube and the outer tube, which serves as current collector and terminal. This procedure bridges the current circuit through the chemical cell. No current flows through the battery anymore, and no short circuit current flows either. This ensures that the battery does not become high ohmic. The charging and discharging current flowing through the remaining batteries has no effect on this battery.
本発明による第2の解決策においては、電池の
金属ケースがやはり集電体として利用される一
方、第2の集電体は片側が閉じた管から成る。こ
の第2の集電体の閉じた端部は、カツプ状に形成
された固体電解質の中に突出する。この管の内部
に電導円柱が配設され、その下端が管の底部から
所定の間隔にある。内柱の外側面と管の内側面の
あいだに円周状に絶縁が配設される。円柱は、端
子の役割をする電線を介して、電池の金属ケース
と電導可能な結合される円柱は下端部に、絶縁材
で内張された穴を有する。この穴の中に所定の温
度で溶融可能な金属構成部材が挿入され、穴の中
に保持される。上記構成部材は、電池の使用温度
より僅かに高い温度で融解しうる合金で作られて
いる。溶融した構成部材の材料が円柱と管のあい
だの空間を完全に埋め、管と円柱のあいだに電導
可能な結合を形成するように、円柱と管の底部と
の間隔を選定する。構成部材が電池内の温度変化
に直ちに応答するように、構成部材と、第2の集
電体の役割を有し、片側が閉じた管とが、少くと
も熱伝導が行われるように連結される
電池の正常な充放電過程の障害または電池の過
負荷が生じると、これが電池内部の温度上昇をも
たらす。電池内部の温度が350℃の使用温度を遥
かに超えて上昇すれば、円柱の穴の中に配設され
た構成部材が溶融し始める。それが比較的長い障
害であれば、構成部材が完全に融解する。溶融物
が円柱と管のあいだの空間を完全に埋めるから、
電導可能な結合が形成され、このため電池の2個
の集電体が互いに短絡する。そこで、電池が完全
に放電するまでのあいだだけ、短絡電流が電池を
流れる。続いて電池を通る電流の流れが完全に遮
断される。 In a second solution according to the invention, the metal casing of the battery is again utilized as current collector, while the second current collector consists of a tube closed on one side. The closed end of this second current collector projects into the cup-shaped solid electrolyte. A conductive cylinder is disposed inside the tube, the lower end of which is at a predetermined distance from the bottom of the tube. Insulation is disposed circumferentially between the outer surface of the inner column and the inner surface of the tube. The cylinder has a hole lined with an insulating material at its lower end, which is conductively connected to the metal case of the battery through an electric wire serving as a terminal. A metal component that can be melted at a predetermined temperature is inserted into this hole and held within the hole. The components are made of an alloy that can be melted at a temperature slightly higher than the operating temperature of the battery. The spacing between the cylinder and the bottom of the tube is selected such that the molten component material completely fills the space between the cylinder and the tube and forms an electrically conductive bond between the tube and the cylinder. The component and the tube, which acts as a second current collector and is closed on one side, are connected in at least a thermally conductive manner so that the component responds immediately to temperature changes within the battery. When the normal charging and discharging process of the battery is disrupted or the battery is overloaded, this will lead to an increase in the temperature inside the battery. If the temperature inside the battery rises well above the operating temperature of 350 degrees Celsius, the components located inside the cylindrical holes begin to melt. If it is a relatively long failure, the component will completely melt. Because the melt completely fills the space between the cylinder and the tube,
A conductive bond is formed so that the two current collectors of the cell are shorted together. The short circuit current then flows through the battery only until the battery is completely discharged. The flow of current through the battery is then completely interrupted.
次に図面に基づいて本発明を説明する。 Next, the present invention will be explained based on the drawings.
第1図に示す化学電池1は垂直断面図で示され
ている。 The chemical cell 1 shown in FIG. 1 is shown in vertical section.
ナトリウムと硫黄をベースとするこの電子化学
電池は、実質的に金属ケース2、固体電解質3お
よび棒状集電体4から成る。金属ケース2はカツ
プの形状を有する。このカツプ状ケース2の内部
に、やはりカツプ状に形成された固体電解質3が
配設され。固体電解質3はベータ酸化アルミニウ
ムで作られている。その寸法は、金属ケース2の
内側境界面と固体電解質の外側境界面のあいだに
連続する間隙5が生じるように選定される。ここ
に示す実施例では、この間隙5が陰極室の役割を
する。固体電解質3の内部は陽極室6として使用
される。金属ケース2は開放端に、外向きのフラ
ンジ8を具備する。その上に、固体電解質3の同
じく外向きのフランジ8が載置される。固体電解
質3のフランジ8は、アルフア酸化アルミニウム
製の絶縁リングから成る。固体電解質3と絶縁リ
ングのあいだの結合は、封着用ガラス(図示せ
ず)を介して行われる。絶縁リングは固体電解質
3から外方へ張り出し、それと共にフランジ8の
機能を担当するように形成されている。ケース2
のフランジ7と固体電解質3のフランジ8のあい
だにシール9を配設することが好ましい。固体電
解質3のフランジ8によつて、ケース2と固体電
解質3のあいだにある陰極室5が陽極室6に対
し、かつ外部に対して完全に閉鎖される。陽極室
6の閉鎖は、耐食材で作られた閉鎖板11によつ
て行われる。閉鎖板11は固体電解質3のフラン
ジ8の上に載坐する。フランジ8と閉鎖板11の
あいだにシール10が配設される。金属ケース2
と固体電解質3のあいだにある陰極室5は、硫黄
を含浸した黒鉛繊維層12で充填される。ここに
示す実施例では、陰極集電体として金属ケース2
が使用される。陽極集電体4は棒状に形成され、
カツプ状固体電解質3の中、特に陽極室6の中に
深く突出する。ここに示す実施例では陽極室6
は、溶融ナイトリウムを含浸した金属繊維層13
で充填される。金属繊維層13は陽極集電体4を
密接して取囲み、かつ固体電解質3の内面に緊密
に接するように配設される。金属繊維層13は毛
管構造の働きをするから、固体電解質3の内面
の、ナトリウムによる不断の湿潤が得られる。陽
極集電体4は、例えば鋼製の、片側が閉じた管1
4から成る。この管14の閉じた端部は固体電解
質3の下部区域に配設されている。管14の開放
端は閉鎖板11の穴15を貫いて外へ貫挿され、
閉鎖板11より数ミリメートルを突出する。管1
4の内部に第2の管16が配設され、その外径は
管14の内径より僅かに小さく定められている。
2個の管(端子)14および16の横境界面のあ
いだに円周状に絶縁物17が配設される。管14
の内部に配設された管16の端部は、栓18によ
つて閉鎖される。栓18は、使用温度特に350℃
を超えると融解し始める電導性材料、特に合金で
作られている。栓18で閉鎖された管16の端部
は、管14の閉鎖端から所定の間隔に配設されて
いるから、両管14,16の下端のあいだに自由
空間19が形成される。空間19の大きさは、栓
18が融解した時、融状になつた合金がこの空間
19によつて収容され、合金により管14および
16のあいだに電導可能な結合が生じるように選
定される。このような場合に管14と管16のあ
いだに良好な電導可能な接触を得るために、管1
4と管16との横境界面のあいだに配設された絶
縁物17は、管16の下端まで完全に達していな
い。管16の内部には電導棒20が配設され、そ
の下端は栓18の凹陥部25に配設される。棒2
0は栓18を介して、管16と電導可能に結合さ
れる。棒20の上端は、電線21を介して電池1
の金属ケース2と電導可能に結合することが好ま
しい。管16の内面と棒20の外面のあいだに、
絶縁物22が配設される。それは絶縁物の中実円
柱であつて、貫通孔を有し、その中に棒20が挿
入され、保持される。上記円柱の外径は、管16
の内部にこの円柱を挿入することができ、管16
の内面のあいだに保持されるように大きさに選定
する。絶縁物として、例えはポリ四フツ化エチレ
ンが適当である。このような円柱に、棒20のた
めに棒20の外径よりやや小さな内径の穴を形成
する。その場合、棒20を穴に挿入するために、
円柱を温度400ないし500℃に熱する。それによつ
て穴の内径が拡大され、棒20を挿入することが
できる。円柱22を室温に冷却すると、穴の内径
が再びやや小さくなるから、円柱22は棒20を
緊密に取囲む。上記円柱22の外径は管16の内
径よりやや大きく選定する。円柱22を管16に
挿入するため、円柱22を室温以下の温度に冷却
す。その時円柱の外径がやや小さくなる。次に円
柱を管16の内部にたやすく挿入することができ
る。円柱22が再び室温に熱せられると、再び元
の大きさをとる。このため管16の内面に緊密に
押圧されるから、管16の内部に締まり安定され
る。 This electrochemical cell based on sodium and sulfur essentially consists of a metal case 2, a solid electrolyte 3 and a rod-shaped current collector 4. The metal case 2 has a cup shape. Inside this cup-shaped case 2, a solid electrolyte 3 also formed in a cup-shape is arranged. The solid electrolyte 3 is made of beta aluminum oxide. Its dimensions are chosen such that a continuous gap 5 is created between the inner boundary surface of the metal casing 2 and the outer boundary surface of the solid electrolyte. In the embodiment shown here, this gap 5 serves as the cathode chamber. The inside of the solid electrolyte 3 is used as an anode chamber 6. The metal case 2 has an outwardly directed flange 8 at its open end. Above it rests the also outwardly facing flange 8 of the solid electrolyte 3. The flange 8 of the solid electrolyte 3 consists of an insulating ring made of alpha aluminum oxide. The connection between the solid electrolyte 3 and the insulating ring is made through a sealing glass (not shown). The insulating ring is formed so as to project outwardly from the solid electrolyte 3 and to take over the function of the flange 8 as well. Case 2
Preferably, a seal 9 is disposed between the flange 7 of the solid electrolyte 3 and the flange 8 of the solid electrolyte 3. The flange 8 of the solid electrolyte 3 completely closes the cathode chamber 5 between the case 2 and the solid electrolyte 3 to the anode chamber 6 and to the outside. The anode chamber 6 is closed by a closing plate 11 made of corrosion-resistant material. A closure plate 11 rests on the flange 8 of the solid electrolyte 3. A seal 10 is arranged between the flange 8 and the closure plate 11. metal case 2
The cathode chamber 5 between the solid electrolyte 3 and the solid electrolyte 3 is filled with a graphite fiber layer 12 impregnated with sulfur. In the embodiment shown here, the metal case 2 is used as the cathode current collector.
is used. The anode current collector 4 is formed into a rod shape,
It protrudes deeply into the cup-shaped solid electrolyte 3, particularly into the anode chamber 6. In the embodiment shown here, the anode chamber 6
is a metal fiber layer 13 impregnated with molten nitrium.
filled with. The metal fiber layer 13 is disposed so as to closely surround the anode current collector 4 and to be in close contact with the inner surface of the solid electrolyte 3. Since the metal fiber layer 13 acts as a capillary structure, the inner surface of the solid electrolyte 3 can be constantly moistened with sodium. The anode current collector 4 is, for example, a tube 1 made of steel and closed on one side.
Consists of 4. The closed end of this tube 14 is arranged in the lower area of the solid electrolyte 3. The open end of the tube 14 is inserted through the hole 15 of the closure plate 11 and outwardly,
It protrudes several millimeters from the closing plate 11. tube 1
A second tube 16 is disposed inside the tube 4, and the outer diameter of the second tube 16 is set to be slightly smaller than the inner diameter of the tube 14.
An insulator 17 is disposed circumferentially between the lateral interfaces of the two tubes (terminals) 14 and 16. tube 14
The end of the tube 16, which is located inside the tube, is closed by a plug 18. The plug 18 has a working temperature of 350°C.
Made of conductive materials, especially alloys, that begin to melt when exceeded. The end of the tube 16 closed with the stopper 18 is arranged at a predetermined distance from the closed end of the tube 14, so that a free space 19 is formed between the lower ends of the tubes 14,16. The size of the space 19 is selected such that, when the plug 18 melts, the molten alloy is accommodated by the space 19 and the alloy creates an electrically conductive connection between the tubes 14 and 16. . In order to obtain good conductive contact between tubes 14 and 16 in such cases, tubes 1
The insulation 17 arranged between the lateral interface between tube 16 and tube 16 does not extend completely to the lower end of tube 16 . A conductive rod 20 is disposed inside the tube 16, and its lower end is disposed in the recess 25 of the stopper 18. stick 2
0 is electrically conductively coupled to tube 16 via plug 18 . The upper end of the rod 20 is connected to the battery 1 via an electric wire 21.
It is preferable that the metal case 2 is electrically conductively connected to the metal case 2 of the present invention. Between the inner surface of the tube 16 and the outer surface of the rod 20,
An insulator 22 is provided. It is a solid cylinder of insulation with a through hole into which the rod 20 is inserted and held. The outer diameter of the above cylinder is the tube 16
This cylinder can be inserted inside the tube 16
sized so that it is retained between the inner surfaces of the For example, polytetrafluoroethylene is suitable as the insulator. A hole having an inner diameter slightly smaller than the outer diameter of the rod 20 is formed for the rod 20 in such a cylinder. In that case, in order to insert the rod 20 into the hole,
Heat the cylinder to a temperature of 400 to 500°C. The inner diameter of the hole is thereby enlarged and the rod 20 can be inserted. When the cylinder 22 is cooled to room temperature, the inner diameter of the hole becomes slightly smaller again so that the cylinder 22 tightly surrounds the rod 20. The outer diameter of the cylinder 22 is selected to be slightly larger than the inner diameter of the tube 16. In order to insert the cylinder 22 into the tube 16, the cylinder 22 is cooled to a temperature below room temperature. At that time, the outer diameter of the cylinder becomes slightly smaller. The cylinder can then be easily inserted inside the tube 16. When the cylinder 22 is heated to room temperature again, it assumes its original size again. Therefore, since it is tightly pressed against the inner surface of the tube 16, it is tightened and stabilized inside the tube 16.
ここに示す実施態様では、管16の上端かつ電
線23に接続され、この電線を介して隣の電池
(図示せず)に接続される。第2の電線24が管
14の上端に接続され、やはり別の電池(ここに
図示せず)との接続に用いられる。 In the embodiment shown here, the upper end of the tube 16 is connected to a wire 23 through which it is connected to an adjacent battery (not shown). A second electrical wire 24 is connected to the top end of tube 14 and is also used for connection to another battery (not shown here).
電池1の内部で電池の使用温度すなわち、400
℃以上の温度値を超える温度上昇が起こると、栓
18か融解し始める。この栓の作製のために、融
点が350ないし400℃の合金を使用する。栓18が
完全に融解すると、電池の金属ケースと電導可能
に結合された棒20と管16のあいだの電導可能
な結合が完全に遮断される。空間19の中に流れ
た合金がこの室19を完全に満たし、管14と管
16のあいだに電導可能な結合を形成する。陰極
室5の集電体の役割をする金属ケース2と電池1
の接続電極16のあいだの電導可能な接触の遮断
によつて、この電池を経由する電流回路が遮断さ
れる。管14と管16とのあいだの電気的な結合
によつて、電池が橋絡される。電池1が複数個の
電池(ここに図示せず)の直列回路に挿設されて
いる場合は、この直列回路の他の電池の充放電電
流が2個の端子(管)14,16のあいだを流
れ、この電流がこの電池1に何ら影響しない。従
つて電池1の不完全放電や短絡電流の流れが起こ
ることはない。例えばこの電池と直列に接続され
た電池がまだ完全に放電されていなければ、この
電池から来る放電電流が2個の端子14,16を
経て流れるのである。 Battery operating temperature inside battery 1, i.e. 400
If a temperature increase occurs that exceeds a temperature value of 0.degree. C. or more, the plug 18 will begin to melt. For the production of this stopper, an alloy with a melting point of 350 to 400° C. is used. When the plug 18 completely melts, the conductive connection between the rod 20 and the tube 16, which is conductively connected to the metal case of the battery, is completely interrupted. The alloy flowing into space 19 completely fills this chamber 19 and forms an electrically conductive connection between tube 14 and tube 16. Metal case 2 and battery 1 that serve as a current collector for cathode chamber 5
By interrupting the electrically conductive contact between the connecting electrodes 16 of the cell, the current circuit via this battery is interrupted. The electrical connection between tubes 14 and 16 bridges the battery. When the battery 1 is inserted in a series circuit of multiple batteries (not shown here), the charging/discharging current of the other batteries in this series circuit is transferred between the two terminals (tubes) 14 and 16. This current flows through the battery 1 and has no effect on the battery 1. Therefore, incomplete discharge of the battery 1 and short-circuit current flow will not occur. For example, if a battery connected in series with this battery has not yet been completely discharged, the discharge current coming from this battery will flow through the two terminals 14, 16.
第2図に同じく垂直断面図で示した化学電池1
は実質的に金属ケース2、固体電解質3、棒形集
電体4から成る。その金属ケース2もまたカツプ
の形状を有する。ケース2の内部にやはりカツプ
状に形成された固体電解質3が配設される。固体
電解質3はこの場合もベータ酸化アルミニウム製
である。その寸法は、金属ケース2の内側境界面
と固体電解質3の外側境界面のあいだに連続する
間隙5か生じるように、選定される。ここに示す
実施例ではこの間隙5が陰極室として使用され
る。陰極室は、硫黄を含浸した黒鉛繊維層12で
充填される。固体電解質3の内室は陽極室6とし
て使用される。金属ケースの上端は、やはり外向
きのフランジ7を具備する。この上に固体電解質
3の同じく外向きのフランジが載置される。固体
電解質3のフランジ8は、アリフア酸化アルミニ
ウム製の絶縁リングから成る。固体電解質3と絶
縁リング8のあいだの結合は、封着用ガラス(こ
こに図示せず)によつて行われる。絶縁リング
(フランジ)8は固体電解質3から外へ張り出し、
同時にフランジ8の機能を担当するように、形成
されている。ケース2のフランジ7と固体電解質
3のフランジ8のあいだに、シール9を配設する
ことが好ましい。固体電解質3のフランジ8によ
つて、ケース2と固体電解質3のあいだの陰極室
が陽極室6に対して、また外部に対して、完全に
閉鎖される。陽極室の閉鎖は、耐食性不電導材料
で作られた閉鎖板11によつて行われる。閉鎖板
11は固体電解質3のフランジ8の上に載せられ
ている。フランジ8と閉鎖板11のあいだにシー
ル10が配設される。ここに示す実施例では、金
属ケースが陰極集電体の機能を担当する。陽極集
電体4は棒の形状を有し、カツプ状固体電解質
3、特に陽極室6の中に深く突出する。陽極室6
は、溶融ナトリウムを含浸した金属繊維層13で
充填される。金属繊維層13は陽極集電体4を密
接に取囲み、固体電解質3の内面に緊密に接する
ように配設される。金属繊維層13は毛管構造の
作用を有するから、固体電解質3の内面を常にナ
トリウムで濡らすことができる。このことは電池
1の最適な機能のために絶対に必要である。陽極
集電体4は、片側が閉鎖された鋼製の管4Rから
成る。管4Rの閉鎖端は、カツプ状の固体電解質
の中に配設されている。この管4Rの内部に、電
導材料製の棒または円柱14が配設される。円柱
14の外径は管4Rの内径より僅かに小さい。管
4Rの内側面と円柱14の外側面のあいだに円周
状に絶縁物15が配設されているから、管4Rと
円柱14のあいだに電導可能な結合が形成されな
い。管4Rの中に配設された円柱14の端部は、
円柱14の縦軸を通る穴16を有する。穴は絶縁
物17で内張される。穴16の内部に所定温度溶
融する構成部材18が配設され、保持される。こ
の構成部材18は、電池の使用温度より僅かに高
い温度で融解し始める合金で作られている。構成
部材18の長さは、管4Rの端部と少くとも熱伝
導接触するように選定する。円柱14の下端は、
管4Rの閉鎖端から所定の間隔に配設される。こ
の間隔は、円柱14と管4Rのあいだに残る空間
19の容積が構成部材18の容積と同じ大きさで
あるように選定する。特に電池の使用温度を超え
て温度が上昇した時に、溶融した構成部材の材料
が空間19を完全に満たし、円柱14と管4Rの
あいだに電導可能な結合を形成するように、空間
19の大きさを選定する。ここに示す実施例で
は、管4Rの開放端が閉鎖板11の中心孔を貫い
て外へ通され、閉鎖板11の上に数ミリメートル
張り出す。円柱14は電池1から外へ突出し、電
池1の接続電極の役割をする電線20を介して、
電池1の金属ケース2と電導可能に結合される。
管4Rの上端は第2の接続電極として使用され
る。電池の内部で温度上昇が起こると、2個の集
電体が構成部材18の溶融物によつて互いに電導
可能に結合される。 Chemical cell 1 also shown in vertical cross section in Figure 2
substantially consists of a metal case 2, a solid electrolyte 3, and a rod-shaped current collector 4. The metal case 2 also has the shape of a cup. Inside the case 2, a solid electrolyte 3 also formed in a cup shape is arranged. The solid electrolyte 3 is again made of beta aluminum oxide. Its dimensions are chosen such that a continuous gap 5 is created between the inner boundary surface of the metal case 2 and the outer boundary surface of the solid electrolyte 3. In the embodiment shown here, this gap 5 is used as a cathode chamber. The cathode chamber is filled with a layer of graphite fibers 12 impregnated with sulfur. The interior of the solid electrolyte 3 is used as an anode chamber 6. The upper end of the metal case is provided with a flange 7 which also faces outward. On top of this is placed the also outwardly facing flange of the solid electrolyte 3. The flange 8 of the solid electrolyte 3 consists of an insulating ring made of Arifa aluminum oxide. The connection between the solid electrolyte 3 and the insulating ring 8 is achieved by a sealing glass (not shown here). The insulating ring (flange) 8 protrudes outward from the solid electrolyte 3,
At the same time, it is formed to take charge of the function of the flange 8. Preferably, a seal 9 is provided between the flange 7 of the case 2 and the flange 8 of the solid electrolyte 3. The flange 8 of the solid electrolyte 3 completely closes the cathode chamber between the case 2 and the solid electrolyte 3 to the anode chamber 6 and to the outside. Closing of the anode chamber takes place by means of a closing plate 11 made of corrosion-resistant, non-conducting material. The closing plate 11 rests on the flange 8 of the solid electrolyte 3. A seal 10 is arranged between the flange 8 and the closure plate 11. In the embodiment shown here, the metal case takes charge of the function of the cathode current collector. The anode current collector 4 has the shape of a rod and protrudes deeply into the cup-shaped solid electrolyte 3 , particularly into the anode chamber 6 . Anode chamber 6
is filled with a metal fiber layer 13 impregnated with molten sodium. The metal fiber layer 13 closely surrounds the anode current collector 4 and is disposed in close contact with the inner surface of the solid electrolyte 3. Since the metal fiber layer 13 has a capillary structure, the inner surface of the solid electrolyte 3 can be constantly wetted with sodium. This is absolutely necessary for optimal functioning of the battery 1. The anode current collector 4 consists of a steel tube 4R with one side closed. The closed end of the tube 4R is disposed within a cup-shaped solid electrolyte. A rod or cylinder 14 made of a conductive material is disposed inside this tube 4R. The outer diameter of the cylinder 14 is slightly smaller than the inner diameter of the tube 4R. Since the insulator 15 is disposed circumferentially between the inner surface of the tube 4R and the outer surface of the cylinder 14, no electrically conductive connection is formed between the tube 4R and the cylinder 14. The end of the cylinder 14 disposed inside the tube 4R is
It has a hole 16 passing through the longitudinal axis of the cylinder 14. The hole is lined with an insulator 17. A component 18 that melts at a predetermined temperature is disposed inside the hole 16 and is held therein. This component 18 is made of an alloy that begins to melt at a temperature slightly above the operating temperature of the battery. The length of the component 18 is selected so that it makes at least thermally conductive contact with the end of the tube 4R. The lower end of the cylinder 14 is
It is arranged at a predetermined interval from the closed end of the pipe 4R. This spacing is selected such that the volume of the space 19 remaining between the cylinder 14 and the tube 4R is the same as the volume of the component 18. The dimensions of the space 19 are such that, especially when the temperature rises above the operating temperature of the battery, the molten component material completely fills the space 19 and forms an electrically conductive bond between the cylinder 14 and the tube 4R. Select the In the embodiment shown here, the open end of the tube 4R is passed out through a central hole in the closure plate 11 and overhangs the closure plate 11 by a few millimeters. The cylinder 14 protrudes outward from the battery 1 and connects the battery 1 with an electric wire 20 that serves as a connection electrode.
It is electrically conductively coupled to the metal case 2 of the battery 1 .
The upper end of the tube 4R is used as a second connection electrode. When a temperature increase occurs inside the cell, the two current collectors are electrically conductively coupled together by the melt of component 18.
本発明は第1図と第2図とに示した実施例に限
るものでなく、2個の集電体または2個の接続電
極が温度上昇の際に電導性の部材の溶融物によつ
て接続されて互いに短絡される、すべての化学電
池を包含する。第1図と第2図とに示す電池は、
そのまま逆向きの電流が流れる電池として使用す
ることもできる。 The present invention is not limited to the embodiments shown in FIGS. 1 and 2, but the two current collectors or the two connecting electrodes are connected by melting the electrically conductive material when the temperature rises. Includes all chemical cells that are connected and shorted together. The batteries shown in Figures 1 and 2 are
It can also be used as a battery in which current flows in the opposite direction.
第1図は本発明による化学電池の垂直断面図、
第2図はこの電池の変型の垂直断面図を示す。
1……化学電池、2……集電体、3……固体電
解質、4……集電体、5……陰極室、6……陽極
室、14……端子(第1の管)、16……端子
(第2の管)、18……溶融可能な構成部材。
FIG. 1 is a vertical cross-sectional view of a chemical cell according to the present invention;
FIG. 2 shows a vertical cross-section of this battery variant. DESCRIPTION OF SYMBOLS 1... Chemical battery, 2... Current collector, 3... Solid electrolyte, 4... Current collector, 5... Cathode chamber, 6... Anode chamber, 14... Terminal (first tube), 16 ... terminal (second tube), 18 ... meltable component.
Claims (1)
各々金属ケース及び金属管を具備し、該陽極室と
陰極室は、カツプ型アルカリイオン導電固体電解
質によつて互いに隔離されると共に、少なくとも
幾つかの領域において前記金属ケース及び金属管
によつて区域的に規定され、前記金属管は、第1
の金属管と第2の金属管とから構成され、該第1
の金属管は、一端を閉塞された管状に形成され、
かつ閉塞された一端が前記カツプ型アルカリイオ
ン導電固体電解質の内部に配設され、前記第1の
金属管内に第2の金属管が設けられ、前記第2の
金属管の下端を溶融可能な合金の導電性の栓が閉
鎖し、前記第2の金属管は、第1の金属管の閉塞
された一端から所定の間隔で配設され、第1及び
第2の金属管の端部間に空間を提供し、前記空間
を溶融された前記栓が満たすことにより前記2つ
の金属管だけをこの合金を介して導電的に接続せ
しめるもので、第1の金属管の内面と第2の金属
管の外面との間の上部に第1の絶縁材料が設けら
れ、第2の金属管内に円柱状の導電棒が設けら
れ、前記導電棒は、前記第2の金属管を閉塞する
前記栓の凹陥部中にその下端が配設され、この下
端と導電的に接続され、第2の絶縁材料が前記導
電棒と第2の金属管の間に設けられ、前記導電棒
が導電的に前記金属ケースに接続され、電池の2
つの電気的端子のうち一方は第2の金属管により
形成され、他方の電気的端子は第1の金属管によ
り形成されるアルカリ金属及びカルコゲンベース
の化学電池。 2 前記電池の金属ケースは、2つの反応空間の
うちの1つと接続され、別の電流集電器の役割を
し、前記第2の金属管内に設けられた導電棒と導
電的に接続される請求項1に記載の化学電池。[Scope of Claims] 1 It has an anode chamber and a cathode chamber, and the anode chamber and the cathode chamber are each equipped with a metal case and a metal tube, and the anode chamber and the cathode chamber are made of a cup-type alkali ion conductive solid electrolyte. the first
and a second metal tube, the first metal tube
The metal tube is formed into a tubular shape with one end closed,
and a closed end is disposed inside the cup-shaped alkali ion conductive solid electrolyte, a second metal tube is provided within the first metal tube, and a lower end of the second metal tube is made of a meltable alloy. the conductive stopper is closed, and the second metal tube is disposed at a predetermined distance from the closed end of the first metal tube, with a space between the ends of the first and second metal tubes. By filling the space with the molten plug, only the two metal tubes are electrically connected via the alloy, and the inner surface of the first metal tube and the second metal tube are connected to each other conductively. A first insulating material is provided in the upper part between the outer surface and the second metal tube, and a cylindrical conductive rod is provided in the second metal tube, and the conductive rod is connected to a concave portion of the stopper that closes the second metal tube. a lower end thereof is disposed within and conductively connected to the lower end, a second insulating material is provided between the conductive rod and a second metal tube, and the conductive rod is conductively connected to the metal case. Connected and battery 2
An alkali metal and chalcogen-based chemical cell, wherein one of the two electrical terminals is formed by a second metal tube and the other electrical terminal is formed by the first metal tube. 2. The metal case of the battery is connected to one of the two reaction spaces, acts as another current collector, and is electrically conductively connected to a conductive rod provided in the second metal tube. The chemical battery according to item 1.
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