Аккумуляторная батарея с твердым электродом

Аккумуляторная батарея с твердым электродом

Иллюстрации

Показать все

Реферат

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

[0001] Изобретение относится к аккумуляторной (вторичной) батарее, в которой используют твердый электролит, такой как β-глинозем.

ПРЕДПОСЫЛКИ УРОВНЯ ТЕХНИКИ

[0002] Аккумуляторные батареи используют в различных видах оборудования, таких как цифровые фото- и видеокамеры, портативные компьютеры (ноутбуки) и мобильные телефоны, а также в каждом из таких транспортных средств, как автомобили, летательные аппараты и сельскохозяйственные машины. Среди них в последние годы привлекают внимание натрий-серные батареи в качестве аккумуляторных батарей, которые могут хранить большое количество энергии. Традиционная натрий-серная батарея общего назначения состоит из твердого электролита цилиндрической формы с дном, выполненного из таких материалов, как β-глинозем, обладающих проницаемостью по ионам натрия, цилиндрического корпуса, удерживающего твердый электролит в своей осевой части, расплавленного натрия, который заключен в камере отрицательного электрода, предусмотренной на внутренней стороне твердого электролита, и расплавленной серы, которая заключена в камере положительного электрода, предусмотренной на внешней стороне твердого электролита и внутри корпуса. Эти натрий-серные батареи работают в состоянии, нагретом до температуры 290-350°C. Расплавленный натрий в камере отрицательного электрода проходит через твердый электролит в виде иона натрия и вступает в реакцию с серой с образованием полисульфида натрия в камере положительного электрода, при этом осуществляется разряд. При зарядке протекает обратная реакция, расплавленный натрий возвращается в камеру отрицательного электрода.

[0003] Этот твердый электролит натрий-серной батареи образован из β-глинозема или β"-глинозема, состоящего из оксида алюминия и оксида натрия, и имеет цилиндрическую форму с дном, такую как форма, похожая на пробирку.

[0004] В случае повреждения этого твердого электролита цилиндрической формы с дном расплавленный натрий, который высоко активен и удерживается в электролите, течет наружу, вступая в реакцию с расплавленной серой на стороне внешней периферийной поверхности цилиндрического твердого электролита с дном, причем эта реакция является быстрой и экзотермической.

[0005] По проблеме повреждения твердого электролита, в выложенном японском патенте № H2-112168(1990) используют контейнер отрицательного электрода, который имеет маленькое отверстие в своем дне, в камере отрицательного электрода твердого электролита цилиндрической формы с дном. Кроме того, используют защитную трубку между внутренней окружной поверхностью твердого электролита и внешней периферийной поверхностью контейнера отрицательного электрода. Это допускает такую конфигурацию, что даже если перегородка из твердого электролита повреждена, большая часть расплавленного натрия удерживается в защитной трубке для того, чтобы сдержать реакцию с серой.

[0006] Однако, даже в этой конфигурации отсутствует изменение в том, что большое количество расплавленного натрия все еще заключено внутри твердого электролита, и нельзя добиться чувства безопасности. Вдобавок, поскольку предусмотрена двойная конструкция внутри твердого электролита, конструкция батареи становится сложной.

[0007] В японской патентной публикации №S50-38030(1975) раскрыт твердый электролит пластинчатой формы. Этот твердый электролит пластинчатой формы имеет множество независимых пор вниз от центра направления толщины поверхности верхнего конца пластины. Расплавленный натрий заключен в контейнере для хранения натрия, расположенном удаленно от твердого электролита, натрий подается в поры в твердом электролите пластинчатой формы из этого контейнера для хранения. Даже если этот твердый электролит пластинчатой формы был поврежден и расплавленный натрий вытек, это не создает большой проблемы, поскольку количество расплавленного натрия в порах мало.

[0008] Однако, не легко отформовать твердый электролит пластинчатой формы. Массовое производство может быть неприемлемым и стоимость за батарею с одним аккумулятором может быть выше.

[0009] Вдобавок, традиционная натрий-серная батарея имеет конфигурацию для размещения твердого электролита в центре контейнера положительного электрода, выполненного из металла, для размещения расплавленной серы.

[0010] Кроме того, натрий-серная батарея должна иметь такую конструкцию, что ее камера положительного электрода и ее камера отрицательного электрода содержат каждый из расплавленного натрия и расплавленной серы без утечки. Поскольку как сера, которая представляет собой активный материал положительного электрода, так и натрий, который представляет собой активный материал отрицательного электрода, находятся в расплавленном состоянии при рабочей температуре, другими словами, они представляют собой жидкость. Вдобавок, натрий-серная батарея должна иметь конструкцию, которая воздухонепроницаемо герметизирована и полностью блокирована от атмосферы, поскольку натрий вступает в реакцию с кислородом и влагой в атмосфере со взрывом. Следовательно, для того чтобы улучшить уплотнение каждого соединения, применяют способ пайки или способ термодиффузионного соединения, в котором используют активный металл для соединения внешнего цилиндрического контейнера с α-глиноземом.

[0011] Однако натрий-серная батарея представляет собой батарею, работающую при высокой температуре от 290 до 350°С, как описано выше, температурные изменения, обусловленные повторением работы и остановки, велики. Тепловое напряжение, основанное на различиях в расширении и сжатии внешнего цилиндрического контейнера и α-глинозема в связи с температурными изменениями, может воздействовать на уплотнительную часть. Может присоединиться механическое напряжение, основанное на внешней силе. Следовательно, имеет место риск трещин и повреждений в уплотнительной части. Вдобавок, твердый электролит, который формируют тонким для того, чтобы увеличить проводимость ионов натрия, не всегда может дать достаточную прочность. Следовательно, также имеют место опасения того, что твердый электролит может быть поврежден под действием напряжения в связи с указанными выше температурными изменениями, а кроме того, активный материал может вытекать за пределы батареи. Различные улучшения выполнены в ответ на японскую патентную публикацию №H3-187160(1991) и японскую патентную публикацию № H6-196204(1994).

ССЫЛКИ НА УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

[0012] Патентная литература

Японская патентная публикация № H2-112168(1990): Патентный документ 1

Японская патентная публикация № S50-38030(1975): Патентный документ 2.

Японская патентная публикация № H3-187160(1991): Патентный документ 3.

Японская патентная публикация № H6-196204(1994): Патентный документ 4.

Японская патентная публикация № 2001-93570: Патентный документ 5.

Японская патентная публикация № 2001-102087: Патентный документ 6.

Японская патентная публикация № 2001-243975: Патентный документ 7.

Японская патентная публикация № H7-176328(1995): Патентный документ 8.

Японская патентная публикация № H11-121031 (1999): Патентный документ 9.

Японская патентная публикация № H10-302830(1998): Патентный документ 10.

Японская патентная публикация № S63-271865(1988): Патентный документ 11.

Японская патентная публикация № S63-66863(1988): Патентный документ 12.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Проблемы, решаемые изобретением

[0013] Первая задача настоящего изобретения состоит в том, чтобы предоставить аккумуляторную батарею с твердым электролитом, имеющую конструкцию, которую можно получать более безопасной. Вторая задача настоящего изобретения состоит в том, чтобы предоставить аккумуляторную батарею с твердым электролитом, имеющую более простую конструкцию. Вдобавок, третья задача настоящего изобретения состоит в том, чтобы предоставить аккумуляторную батарею с твердым электролитом, в которой, даже в случае трещин в твердом электролите, интервал этой трещины не расширяется и трещина отклоняется в направлении закрытия. Кроме того, четвертая задача настоящего изобретения состоит в том, чтобы предоставить аккумуляторную батарею с твердым электролитом, в которой, даже если поврежден твердый электролит, доза активного материала не вытекает за пределы батареи.

Средства решения проблем

[0014] Аккумуляторная батарея с твердым электролитом по настоящему изобретению характеризуется наличием активного материала отрицательного электрода, активного материала положительного электрода, отрицательного контейнера для хранения для размещения большого количества активного материала отрицательного электрода и положительного контейнера для хранения для размещения активного материала положительного электрода, выполненного в виде тела, отдельного от отрицательного контейнера для хранения. Положительный контейнер для хранения выполнен из твердого электролита, который позволяет проходить активному материалу отрицательного электрода. Твердый электролит отделяет по меньшей мере часть камеры положительного электрода, удерживающей активный материал положительного электрода, и по меньшей мере часть камеры отрицательного электрода, удерживающей другую часть активного материала отрицательного электрода. Таким образом, поскольку положительный контейнер для хранения для размещения активного материала положительного электрода и отрицательный контейнер для хранения для размещения активного материала отрицательного электрода образованы в виде отдельного тела, в аккумуляторной батарее с твердым электролитом по настоящему изобретению, даже если твердый электролит поврежден, большое количество активного материала отрицательного электрода и активного материала положительного электрода не соприкасаются по причине того, что часть активного материала отрицательного электрода и активного материала положительного электрода содержатся в различных и отдельных контейнерах для хранения. По этой причине настоящее изобретение позволяет избегать образования огромного количества тепла в связи с повреждением и получить чувство безопасности. Поскольку положительный контейнер для хранения и отрицательный контейнер для хранения образованы в виде отдельного тела, аккумуляторная батарея с твердым электролитом может получить более простую конструкцию.

[0015] Здесь типичным примером активного материала отрицательного электрода является металлический натрий. Литий и калий являются кандидатами. В качестве активного материала положительного электрода можно отметить серу или смесь серы и некоторой соли (хлорида натрия и хлорида алюминия). Активный материал положительного электрода представляет собой вещество для образования соединения, которое вступает в реакцию с активным материалом отрицательного электрода. Вдобавок, твердый электролит представляет собой керамику, которая проницаема для активного материала отрицательного электрода. Керамика представляет собой β-глинозем или β"-глинозем.

Отрицательный контейнер для хранения по настоящему изобретению предназначен вмещать большинство активного материала отрицательного электрода. Остальная его часть содержится в камере отрицательного электрода. Поскольку большое количество активного материала отрицательного электрода заключено в этом отрицательном контейнере для хранения, большое количество активного материала отрицательного электрода и активного материала положительного электрода могут быть удалены друг от друга. Таким образом, увеличивается безопасность. Вдобавок, во время разряда активный материал отрицательного электрода в отрицательной камере уменьшается при реакции разряда. Активный материал отрицательного электрода, уменьшившийся в камере отрицательного электрода, подается из отрицательного контейнера для хранения. Камерой отрицательного электрода удерживается маленькое количество. Но емкость батареи не мала.

Отрицательный контейнер для хранения образован из коррозионностойкого материала по отношению к активному материалу отрицательного электрода, предпочтительно образован из материала, который представляет собой коррозионностойкий металл. Форма отрицательного контейнера не ограничена конкретной при условии, что она выполняет функцию контейнера.

[0016] По меньшей мере часть положительного контейнера для хранения по настоящему изобретению образована из твердого электролита. Твердый электролит разделяет по меньшей мере часть камеры положительного электрода, удерживающей активный материал положительного электрода, и по меньшей мере часть камеры отрицательного электрода, удерживающей часть активного материала отрицательного электрода. Весь положительный контейнер для хранения может быть образован из твердого электролита, а также часть положительного контейнера для хранения, которая не вносит вклад в реакцию в аккумуляторе, может быть образована веществами, отличными от твердого электролита. Другими словами, в настоящем изобретении камера положительного электрода, сама образованная из твердого электролита, работает в качестве контейнера активного материала положительного электрода.

Контейнер для хранения положительного электрода по настоящему изобретению может иметь по меньшей мере одну камеру положительного электрода и множество камер отрицательных электродов, которые находятся на расстоянии от стенки этого отделения вдоль стенки для того, чтобы разделять эту камеру положительного электрода. Более конкретно, как камере положительного электрода, так и камере отрицательного электрода можно придать форму отверстия (цилиндрического), простирающегося вдоль осевого направления. Внешний вид этого положительного контейнера для хранения может иметь форму колонны.

[0017] Здесь форма колонны представляет собой форму, которая простирается в соосном направлении. Более конкретно, возможно, что внешняя периферийная форма представляет собой круглую форму, овал, треугольник, квадрат и т.д. в любой форме. Форму колонны, упомянутую в аккумуляторной батарее по настоящему изобретению, имеет по меньшей мере одна камера положительного электрода, простирающаяся в осевом направлении. И форма поперечного сечения камеры положительного электрода может представлять собой любую форму, такую как круглая, овальная, треугольная, квадратная и т.д.

[0018] Положительный контейнер для хранения с этой формой колонны является простым и легким в производстве, поскольку он простирается в осевом направлении.

[0019] Камеры отрицательного электрода могут быть образованы в виде камерного пространства, которое имеет площадь поперечного сечения меньше площади поперечного сечения камеры положительного электрода. И камеры отрицательного электрода выполнены с формой вдоль стенок камеры положительного электрода и простираются в осевом направлении. Более конкретно, множество камер отрицательного электрода образованы вокруг камеры положительного электрода. Часть промежутка между камерами положительного электрода и отрицательного электрода в первую очередь выполняет функцию электролита. И если мы соединим активный материал положительного электрода камеры положительного электрода и активный материал отрицательного электрода камеры отрицательного электрода через внешнюю цепь, они смогут действовать как единый аккумулятор.

[0020] Аккумуляторная батарея с твердым электролитом по настоящему изобретению может иметь смещающий элемент, находящийся в контакте с внешней поверхностью по меньшей мере части положительного контейнера для хранения и побуждающий центральную сторону положительного контейнера для хранения. Этот смещающий элемент, например, представляет собой тонкий мат («коврик»), выполненный из теплостойкого материала, такого как углеродное волокно и стеклянное волокно. Поскольку этот смещающий элемент упирается в по меньшей мере часть внешней поверхности положительного контейнера для хранения, контейнер для хранения упруго прижимается в сторону его центра. Следовательно, даже если положительный контейнер для хранения поврежден и сломан, усилие прижатия смещающего элемента сжимает контейнер, закрывая трещины. Форма тела контейнера может быть сохранена. Таким образом, возможно подавление утечки активного материала положительного электрода из трещины. Следовательно, обеспечивая смещающий элемент, снижают возникновение трещин в положительном контейнере для хранения. Таким образом, предотвращают контакт активного материала положительного электрода с активным материалом отрицательного электрода.

[0021] В качестве другого смещающего элемента можно использовать ленту. Лента работает на уплотнение положительного контейнера для хранения.

[0022] Положительный контейнер для хранения по настоящему изобретению может состоять из тела контейнера и элемента отрицательного электрода. Тело контейнера может быть цилиндрическим и может быть выполнено из твердого электролита. Элемент отрицательного электрода удерживает тело контейнера и образует камеру положительного электрода между внешней периферийной поверхностью тела контейнера и внутренней поверхностью элемента отрицательного электрода.

[0023] Твердый электролит аккумуляторной батареи с твердым электролитом по настоящему изобретению может составлять цилиндрическое тело контейнера. Камера положительного электрода образована на внутренней стороне этого тела контейнера. Вдобавок, элемент отрицательного электрода покрывает внешнюю поверхность тела контейнера. Промежуток, образованный внешней периферийной поверхностью тела контейнера и внутренней поверхностью элемента отрицательного электрода, становится камерой отрицательного электрода. Другими словами, камера отрицательного электрода образована в виде промежутка между элементом отрицательного электрода и телом контейнера. Емкость камеры отрицательного электрода мала. И содержание активного материала отрицательного электрода мало. Следовательно, даже если тело контейнера выполнено с повреждениями твердого электролита, утечка активного материала отрицательного электрода снижается и можно получать большую безопасность. Кроме того, камера отрицательного электрода может быть образована почти поверх всей области внешней поверхности тела контейнера, то можно увеличивать площадь твердого электролита, который выполняет функцию разделительной стенки, и увеличить выходную мощность батареи.

[0024] Здесь тело контейнера является цилиндрическим, и пространство, которое разделено внутренней поверхностью тела, работает как камера положительного электрода и также представляет собой пространство, вмещающее активный материал положительного электрода. И форма поперечного сечения тела контейнера может быть круглой, овальной, треугольной, квадратной и т.д. В аккумуляторной батарее с твердым электролитом по настоящему изобретению, поскольку пространство, которое разделено внутренней поверхностью тела контейнера, используют в качестве камеры положительного электрода, камера положительного электрода простирается в осевом направлении, и форма ее поперечного сечения может представлять собой любую форму, такую как круглая, овальная, треугольная, квадратная и т.д.

[0025] Тело контейнера простирается в осевом направлении, форма тела становится простой и легкой в производстве.

[0026] Камера отрицательного электрода представляет собой пространство, образованное разделением между внешней поверхностью тела контейнера и внутренней поверхностью элемента отрицательного электрода, расположенного на внешней поверхности тела контейнера. Следовательно, камера отрицательного электрода простирается в осевом направлении и образована так, чтобы окружать периферию камеры положительного электрода, отделенной телом контейнера, состоящим из твердого электролита. Вдобавок, форма поперечного сечения камеры отрицательного электрода может представлять собой любую форму, такую как круговое кольцо, овал, треугольник, квадратная форма, в зависимости от формы тела контейнера и формы элемента отрицательного электрода, расположенного в окружении тела контейнера. Кроме того, пространство, образованное разделением между внешней поверхностью тела контейнера и внутренней поверхностью элемента отрицательного электрода, лучше формировать как можно более узким, так чтобы было возможно снизить количество заключенного в этом пространстве активного материала отрицательного электрода. Таким образом, безопасность увеличивается.

[0027] Предпочтительно, чтобы элемент отрицательного электрода имел гребни, простирающиеся в осевом направлении на его внутренней стороне через заданные интервалы. Гребни давят на внешнюю периферийную поверхность тела контейнера.

[0028] Элемент отрицательного электрода, например, может быть образован из металла, такого как нержавеющая сталь или алюминий. Гребни могут иметь по меньшей мере выступы из внутренней стороны элемента отрицательного электрода, простирающиеся вдоль внешней поверхности тела контейнера. Таким образом, например, элемент отрицательного электрода может быть снабжен гребнями через заданные интервалы на внутренней поверхности плоского пластинчатого предмета. Его также можно расположить с образованием непрерывного гребня на обеих сторонах внутренней поверхности и внешней поверхности элемента отрицательного электрода, согнутого волнообразным образом через заданные интервалы.

[0029] Способ расположения элемента отрицательного электрода, который представляет собой металлическую пластину, например, состоит в том, чтобы окружить внешнюю периферийную поверхность тела контейнера металлической пластиной. При этом длину продольного направления пластинчатого элемента отрицательного электрода формируют короче, чем длину окружности тела контейнера. Оба конца пластинчатого элемента отрицательного электрода, искривленные вдоль направления внешней периферийной поверхности, замкнуты, соединяясь в растянутом состоянии. По этой причине кончики множества гребней, образованных на внутренней поверхности элемента отрицательного электрода, находятся в контакте с внешней периферийной поверхностью тела контейнера, и гребни давят на сторону внешней периферийной поверхности тела контейнера в направлении его центра оси. Вдобавок, поскольку камера положительного электрода герметизирована при пониженном давлении, тело контейнера прижимается в осевом направлении от внешней стороны тела контейнера, далее в осевом направлении со стороны обоих концов тела контейнера посредством разности давлений с атмосферой. Как результат, тело контейнера сжато в этом направлении так, что форма тела контейнера меньше, другими словами, укорочена в окружном направлении осевой длины. По этой причине, даже если тело контейнера повреждено и сломано, сила разности давлений удерживает части трещин в направлении закрытия трещин. Таким образом, можно подавить утечку активного материала отрицательного электрода из трещины, поскольку можно сохранять форму тела контейнера до возникновения трещины.

Тело контейнера имеет форму, простирающуюся в соосном направлении, и пространство, вмещающее активный материал положительного электрода. Внешняя периферийная форма тела контейнера может представлять собой любую форму, такую как круглая, овальная, треугольная, квадратная и т.д. В аккумуляторной батарее с твердым электролитом по настоящему изобретению, поскольку пространство, образованное внутренней поверхностью тела контейнера, используют в качестве камеры положительного электрода, камера положительного электрода простирается в осевом направлении, и форма ее поперечного сечения может представлять собой любую форму, такую как круглая, овальная, треугольная, квадратная и т.д.

[0030] Лучше, чтобы элемент отрицательного электрода имел гребни. Те концы гребней давят на внешнюю периферийную поверхность тела контейнера, простирающегося в осевом направлении, на внутренней стороне через заданные интервалы. Вдобавок, элемент отрицательного электрода, который должен иметь волнистое сечение, простирающееся вдоль внешней периферийной поверхности тела контейнера, является предпочтительным. Кроме того, камера отрицательного электрода может быть снабжена пористыми прокладками, чтобы удерживать активный материал отрицательного электрода в дырках пористой прокладки.

[0031] Эта аккумуляторная батарея с твердым электролитом может быть имеющей смещающий элемент для смещения центральной стороны тела контейнера у контейнера для хранения активного материала положительного электрода. И этот смещающий элемент может быть предусмотрен в камере отрицательного электрода, которая расположена между внутренней стороной элемента отрицательного электрода и внешней стороной тела контейнера.

[0032] Этот смещающий элемент может представлять собой, например, тонкий мат из более сжатого углеродного волокна, обладающего термостойкостью, такого как стеклянное волокно. Поскольку этот смещающий элемент размещен между внутренней стороной элемента отрицательного электрода и внешней стороной тела контейнера и упирается в по меньшей мере часть внешней поверхности тела контейнера, контейнер для хранения упруго прижат в сторону его центра. Вдобавок, поскольку камера положительного электрода герметизирована при пониженном давлении, тело контейнера прижимается в осевом направлении с внешней стороны тела контейнера. Кроме того, тело контейнера прижимается в осевом направлении со стороны обоих концов посредством разности давлений с атмосферой. Как результат, тело контейнера сжато в этом направлении так, что форма тела контейнера меньше, другими словами, укорочена в окружном направлении осевой длины, а именно в направлении окружности тела контейнера меньше. По этой причине, даже если тело контейнера повреждено и сломано, сила разности давлений поддерживается в направлении закрытия трещин. Следовательно, можно подавить утечку активного материала отрицательного электрода из трещины, поскольку можно сохранять форму тела контейнера до возникновения трещины. Следовательно, предусмотрев смещающий элемент, снижают возникновение растрескивания тела контейнера. Возможно предотвратить смешивание активного материала положительного электрода и активного материала отрицательного электрода.

[0033] Положительный контейнер для хранения, вмещающий активный материал положительного электрода по настоящему изобретению, может быть выполнен имеющим крышку и нижнюю крышку (дно) из керамики, которые прикреплены к каждому из верхнего и нижнего концов цилиндрического тела контейнера, образованного в твердом электролите. Вдобавок, можно использовать гибкий лист для того, чтобы герметично закрывать внешнюю периферийную поверхность положительного контейнера для хранения.

[0034] Эта аккумуляторная батарея с твердым электролитом предусмотрена таким образом, что отрицательный контейнер для хранения и положительный контейнер для хранения являются раздельными и независимыми. Традиционная аккумуляторная батарея с твердым электролитом предусмотрена интегрированным образом в одной ячейке, имеющей положительный контейнер для хранения и отрицательный контейнер для хранения. Конструкция для герметизации традиционной батареи стала сложной. В настоящей аккумуляторной батарее, поскольку она предусмотрена независимым образом, можно сохранить низкие трудозатраты и можно упростить закрытую конструкцию.

[0035] И тело контейнера из твердого электролита, имеющее камеру положительного электрода на его внутренней стороне, и камеру отрицательного электрода на его внешней стороне герметично закрывают посредством фиксации крышки и нижней крышки из керамики. В качестве способа фиксации в этом случае, например, в качестве способа можно считать такие, как стеклянное соединение, пайка и диффузионное соединение за счет тепла. Вдобавок, поскольку твердый электролит состоит из β-глинозема, а крышка и нижняя крышка состоят из керамики, они оба керамические. Связывание керамики и керамики является легким по сравнению со случаем связывания металла и керамики. Вдобавок, в качестве керамики для формирования крышки и нижней крышки можно использовать, например, α-глинозем, β-глинозем, β"-глинозем, нитрид кремния или карбид кремния.

[0036] Кроме того, положительный контейнер для хранения может представлять собой конструкцию для того, чтобы покрывать внешнюю периферийную поверхность контейнера мягким листом. Конструкция имеет высокую воздухонепроницаемость. Как результат, даже если возникнет утечка в связывающей части между положительным контейнером для хранения и крышкой или нижней крышкой в связи с температурными изменениями, вызванными повторяющимися работой и остановкой батареи, отсутствует возможность утечки активного материала наружу, из-за гибкого листа, который плотно закрывает положительный контейнер для хранения снаружи. Таким образом, можно получать аккумуляторную батарею с твердым электролитом с высокой безопасностью.

[0037] Камера отрицательного электрода может быть образована из множества отверстий, которые простираются в осевом направлении и размещены в окружной периферии в теле контейнера. Камера отрицательного электрода выполнена из твердого электролита и располагается на расстоянии от камеры положительного электрода. Эти дыровидные пространства образованы так, чтобы окружить камеру положительного электрода вдоль поверхности внутренней стенки цилиндрического тела контейнера, определяющего камеру положительного электрода.

[0038] Кроме того, внешняя поверхность цилиндрического тела контейнера покрыта элементом отрицательного электрода, и промежуток, образованный внешней поверхностью тела контейнера и внутренней поверхностью элемента отрицательного электрода, также можно использовать в качестве камеры отрицательного электрода. Элемент отрицательного электрода можно выполнять, например, из металлических пластин, таких как нержавеющая сталь, алюминий или тому подобное.

[0039] В качестве указанного выше гибкого листа предпочтительно использовать те, что состоят из металлической фольги. Металлическую фольгу легко использовать для того, чтобы покрывать и плотно закрывать положительный контейнер для хранения, без ограничений, таких как размер и форма положительного контейнера для хранения. И это менее дорогая стоимость материала. Вдобавок, материал металлической фольги должен обладать свойствами простоты сварки, высокой коррозионной стойкостью, высокой термостойкостью и высокой механической прочностью. В качестве такого материала можно использовать, например, алюминий, медь, никель, железо, титан, нержавеющую сталь или тому подобное. Конкретная толщина металлической фольги особо не ограничена. Соответствующим образом используют тонкую пленку со степенью эффективности, которая может требоваться в зависимости от материала металлической фольги, как описано выше.

[0040] Кроме того, в этой аккумуляторной батарее с твердым электролитом в положительном контейнере для хранения может быть предусмотрен анодный стержень, прикрепленный к крышке или нижней крышке одним концом и простирающийся в осевом направлении в камере положительного электрода. Наряду с анодным стержнем используют имеющие пластинчатую форму разделительные детали, простирающиеся радиально наружу в радиальном направлении с образованием множества отделений из камеры положительного электрода. Таким образом, возможно увеличение реакционной площади батареи в камере положительного электрода и увеличение эффективности реакции заряда-разряда.

[0041] Кроме того, эта аккумуляторная батарея с твердым электролитом может быть снабжена пористой прокладкой. Эта пористая прокладка оказывает давление, действующее на внешнюю поверхность элемента отрицательного электрода на внешней периферийной поверхности тела контейнера, выполненного из твердого электролита. По этой причине давление, действующее на внешнюю поверхность элемента отрицательного электрода, прикладывается пористой прокладкой, поддерживаемой в камере отрицательного электрода на внешней периферийной поверхности тела контейнера, и действует в качестве силы для сжатия тела контейнера. По этой причине, даже если тело контейнера повреждено и сломано, сила разности давлений удерживает части трещины в направлении закрытия трещины. Таким образом, можно подавить утечку активного материала из трещины, поскольку можно поддерживать форму тела контейнера до возникновения трещины.

[0042] Вдобавок, посредством корректировки давления в камере положительного электрода и камере отрицательного электрода можно соответствующим образом корректировать давление, действующее на внешнюю сторону элемента отрицательного электрода. Другими словами, это давление представляет собой силу сжатия, действующую на внешнюю периферийную поверхность тела контейнера.

[0043] В качестве пористого материала, который составляет пористую прокладку, можно использовать, например, металлическое волокно, пенометалл или пористую керамику и т.п. Вдобавок, пористая прокладка поддерживается в камере отрицательного электрода, и активные материалы отрицательного электрода, такие как расплавленный натрий, пропитаны в пористую прокладку.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[0044] На фиг. 1 представлен вид в продольном разрезе натрий-серной батареи из примера 1.

На фиг. 2 представлен вид в поперечном разрезе натрий-серной батареи из примера 1.

На фиг. 3 представлен вид в перспективе тела контейнера с формой колонны из твердого электролита, которое используют для натрий-серной батареи из примера 1.

На фиг. 4 представлен вид в поперечном разрезе натрий-серной батареи из примера 2.

На фиг. 5 представлен вид в поперечном разрезе натрий-серной батареи из примера 3.

На фиг. 6 представлен вид в поперечном разрезе натрий-серной батареи из примера 4.

На фиг. 7 представлен вид в поперечном разрезе натрий-серной батареи из примера 5.

На фиг. 8 представлен вид в поперечном разрезе натрий-серной батареи из примера 6.

На фиг. 9 представлен вид в поперечном разрезе натрий-серной батареи из примера 7.

На фиг. 10 представлен вид в продольном разрезе натрий-серной батареи из примера 8.

На фиг. 11 представлен вид в поперечном разрезе натрий-серной батареи из примера 8.

На фиг. 12 представлен увеличенный вид частичного вида в поперечном разрезе натрий-серной батареи из примера 8.

На фиг. 13 представлен вид в поперечном разрезе существенной части модифицированного примера из примера 8.

На фиг. 14 представлен частично увеличенный вид на фиг. 13.

На фиг. 15 представлен вид в поперечном разрезе другого модифицированного примера из примера 8.

На фиг. 16 представлен частично увеличенный вид на фиг. 13.

На фиг. 17 представлен вид в продольном разрезе другого модифицированного примера из примера 8.

На фиг. 18 представлен вид в продольном разрезе натрий-серной батареи из примера 9.

На фиг. 19 представлен вид в поперечном разрезе натрий-серной батареи из примера 9.

На фиг. 20 представлен вид в продольном разрезе натрий-серной батареи из примера 10.

ЛУЧШИЙ ВАРИАНТ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0045] Настоящее изобретение будет описано более конкретно на примерах аккумуляторной батареи с твердым электролитом по настоящему изобретению.

ПРИМЕР 1

[0046] На фиг. 1 показан вид в продольном разрезе натрий-серной батареи 1 по первому варианту реализации настоящего изобретения, на фиг. 2 показан вид в поперечном разрезе ее существенной части и на фиг. 3 показан вид в перспективе тела контейнера, состоящего из β-глинозема для функционирования в качестве твердого электролита.

Эта натрий-серная батарея 1 образована, в первую очередь, цилиндрическим защитным стаканом 11, выполненным из металла, контейнером 13 натрия, удерживаемым через изолятор 12, который образован из стекловолокнистого мата в верхней части внутреннего пространства этого защитного стакана 11, расплавленным натрием 14, удерживаемым в контейнере 13 натрия, цилиндрическим телом 15 контейнера, образованным β-глиноземом и удерживаемым в нижней части внутреннего пространства этого защитного стакана 11, распла