特開 2024-123305 安全なＮＡＳ電池

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024123305

(43)【公開日】2024-09-12

(54)【発明の名称】安全なＮＡＳ電池

(51)【国際特許分類】

   H01M 10/39 20060101AFI20240905BHJP

【ＦＩ】

H01M10/39 Z

H01M10/39 A

H01M10/39 B

【審査請求】有

【請求項の数】8

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023030588

(22)【出願日】2023-03-01

(71)【出願人】

【識別番号】391049781

【氏名又は名称】千葉 植

(72)【発明者】

【氏名】千葉 植

【テーマコード（参考）】

5H029

【Ｆターム（参考）】

5H029AJ12

5H029AK05

5H029AL13

5H029AM12

5H029BJ22

5H029BJ27

5H029DJ02

5H029DJ08

(57)【要約】

【課題】安全性の高いＮＡＳ電池とする。
【解決手段】ＮＡＳ電池の缶をより強固に接合して、事故時に缶が開放しにくい構造とする。ＮＡＳ電池を伸縮可能な構造とする。
ＮＡＳ電池に、強靭な繊維の網で補強して、厚さを薄くした電解質を採用する。陽極内に導電性と絶縁性の繊維を立体編みし、従来より空疎で抵抗値の低い充填材を使用する。
断熱容器と圧力容器の、二重密閉容器にＮＡＳ電池を収容する。圧力容器に、適切な蒸気圧の加圧液を封入する。
断熱容器の周囲に水を保持る。
ＮＡＳ電池の内部抵抗を測定し、抵抗増大で充放電を停止させる。

【選択図】 図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

ＮＡＳ電池の陰極缶を陽極缶の上に配置し、陰極板と電解質を重ねて陽極缶に蓋をし、陰極板で陰極缶に蓋をし、陽極缶と陰極缶の連結部で、陰極板と電解質と陽極缶と陰極缶をリベット等で締結する。

【請求項2】

ＮＡＳ電池の陽極缶と陰極缶を向い合わせて配置し、陽極缶と陰極缶の間を電解質で仕切り、陽極缶と陰極缶と電解質もしくは電解質を支える陰極板の、三者の内の二者に、伸縮自在な構造を持たせ、電池を伸縮可能とする。

【請求項3】

ＮＡＳ電池の電解質を、強度の高い網に電解質粒子を焼結して作成する。

【請求項4】

ＮＡＳ電池の陽極の充填材に、導電性と絶縁性の繊維を使用し、立体編みして充填材を作成する。

【請求項5】

ＮＡＳ電池を収容する容器に、断熱容器と圧力容器の二重密封容器を採用し、断熱容器に断熱材と圧力容器を収容し、圧力容器に電池と適切な蒸気圧の加圧液を収容する。

【請求項6】

ＮＡＳ電池を収容した圧力容器に、圧力容器に収容した加圧液の蒸気圧で伸縮する放熱器を装備する。

【請求項7】

ＮＡＳ電池を収容した断熱容器に、水等を収容した水容器を装着し、沸騰した際の蒸気で警笛を鳴らす。

【請求項8】

ＮＡＳ電池の内部抵抗を測定し、内部抵抗の増大で充電放電を停止させる。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

当発明は、活物質を高温で熔解させて運用し、充電可能なナトリウム硫黄電池（ＮＡＳ電池と略す）に関するものである。

【背景技術】

【0002】

電力備蓄用に、ＮＡＳ電池が既に実用化されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００１ー２４３９７７号公報

【特許文献2】特開２００２－２９８９０８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ＮＡＳ電池は高性能であるが、電気自動車には、安全性に不安があるとして採用されていない。携帯機器には、搭載方向に制約があり採用されていない。

【課題を解決するための手段】

【0005】

ＮＡＳ電池の陰極缶を陽極缶の上に配置し、陰極板と電解質を重ねて陽極缶に蓋をし、陰極板で陰極缶に蓋をし、陽極缶と陰極缶の連結部で、陰極板と電解質と陽極缶と陰極缶をリベット等で締結する。

【0006】

ＮＡＳ電池の陽極缶と陰極缶を向い合わせて配置し、陽極缶と陰極缶の間を電解質で仕切り、陽極缶と陰極缶と電解質もしくは電解質を支える陰極板の、三者の内の二者に、伸縮自在な構造を持たせ、電池を伸縮可能とする。

【0007】

ＮＡＳ電池の電解質を、強度の高い網に電解質粒子を焼結して作成する。

【0008】

ＮＡＳ電池の陽極の充填材に、導電性と絶縁性の繊維を使用し、立体編みして充填材を作成する。

【0009】

ＮＡＳ電池を収容する容器に、断熱容器と圧力容器の二重密封容器を採用し、断熱容器に断熱材と圧力容器を収容し、圧力容器に電池と適切な蒸気圧の加圧液を収容する。

【0010】

ＮＡＳ電池を収容した圧力容器に、圧力容器に収容した加圧液の蒸気圧で伸縮する放熱器を装備する。

【0011】

ＮＡＳ電池を収容した断熱容器に、水等を収容した水容器を装着し、沸騰した際の蒸気で警笛を鳴らす。

【0012】

ＮＡＳ電池の内部抵抗を測定し、内部抵抗の増大で充電放電を停止させる。

【発明の効果】

【0013】

従来のＮＡＳ電池は、構造を強固にして、衝撃に耐える様にしている。当発明では、寧ろ柔軟性を優先して耐衝撃性を高め、電池が潰れるよな事故でも、缶が破裂せず、活物質が混合したり漏れたりしないように、安全性を優先した構造としている。又、電池の内部抵抗と熱抵抗を削減して、高い電流容量と安全性を実現している。

【0014】

当発明のＮＡＳ電池では、陰極缶を陽極缶の上に配置し、二つの缶の連結部を、リベット等で締結し、電池の周囲を二重巻締して、電池を組み立てると。陰極缶が上にあり、陰極のナトリウムが、重力で陰極缶の下に溜まり、自然に電解質に導かれ、陽極缶との間で移動できる。缶の深さを浅くして、より扁平な構造とし、電流容量を任意に増やせる構造をしている。

【0015】

陽極缶と陰極缶の周囲には、事前に絶縁性の封止材を塗っておき、密封と絶縁を維持させ、陰極板と電解質の間には封止材を塗らずに置くと、ナトリウムは陰極板と電解質との隙間を通って流れる事ができる。

【0016】

この構造のＮＡＳ電池は、事故等で電池が大きく変形した場合でも、強固に締結され、缶の接合部が容易には分離せず、缶の気密が維持される。電池が潰されても、電池の活物質が内部で急速に混合したり外部に漏洩せず、安全性の高いＮＡＳ電池が得られる。

【0017】

前記の電池を含め、従来のＮＡＳ電池は、中に空洞があり、空洞が移動して電解質と活物質が接触しない状態では、動作が不安定に成る。その為に、方向が任意で、空洞が移動してしまう、携帯機器等には使用できなかった。

【0018】

当発明の別の構造のＮＡＳ電池は、電池を伸縮可能とし、電池を収容した圧力容器に、電池活物質より蒸気圧の高い液体を封入し、加圧液の蒸気圧で電池内の空洞を無くして稼働させる。

【0019】

伸縮可能としたＮＡＳ電池は、内部に空洞が無く、設置方向の制約がなくなり、飛行機や衛星や携帯用機器等に使用できる電池となる。ＮＡＳ電池の、活物質の蒸気圧は大気圧より低く、圧力容器を省略して大気圧で押す構造も採用できる。

【0020】

伸縮可能にしたＮＡＳ電池は、陽極缶と陰極缶を向い合せに配置し、中央を電解質で区切った構造にすると、充放電時に両缶の伸びる方向が相反していて、電池全体の寸法変化がより少ない、伸縮するＮＡＳ電池になる。

【0021】

伸縮可能にしたＮＡＳ電池は、電解質を陰極板で裏打ちすることで、事故時に電解質が大きく破損しても、陰極板は維持される可能性が高い。陰極板は、微小な穴を開けてナトリウムの流路とすると、電池内の圧力は均衡していて、電池活物質が急速に大規模に混合し電池が高温になることを防げる。

【0022】

伸縮可能にしたＮＡＳ電池は、電池の缶の周囲を二重巻締し、密封性を維持させると、電池が変形しても缶が破裂せず、電池活物質の流失や混合が避けられる可能性が高く、安全性の高いＮＡＳ電池が得られる。

【0023】

網で補強した電解質は、振動や衝撃の激しい環境でも破損しにくく、従来より電解質を薄くできる。

【0024】

網で補強した電解質は、破損した部分が網で繋がって脱落せず、亀裂も網の繊維で止まる可能性が高く、電解質に大きな欠落部が生じ難くくなる。その結果、電解質が大規模に破損し、活物質が急速に混合して、高温になって電池が破損する事故が防げ、安全性の高い電池が得られる。

【0025】

電解質の破損個所では、漏れた硫黄とナトリウムの反応が進んでＮａ２Ｓになり、Ｎａ２Ｓは熔解温度が高く固体になる。破損個所が網で微細に止まる事と相まって、破損個所が自然に塞がる可能性が高く、電解質の寿命や信頼性が向上する。

【0026】

当発明のＮＡＳ電池は、網で電解質を補強し、電池の構造は陰極板が担い、電解質を可能な限り薄くできる。Βアルミナより導電率の高い、硫黄や燐系の電解質の採用も可能であり、電解質の電気抵抗を削減し発熱を減少させ、電池の熱的安定性が改善できる。

【0027】

充放電に伴い、電解質は電池活物質に浸食されて薄くなり、浸食速度は陽極側と陰極側で異なる。浸食速度に比例して、網からの電解質の厚さを増やし、電解質内の網の位置を最適に設定でき、電解質の寿命を最長にできる。

【0028】

陽極の充填材に、従来の炭素繊維の代わりに、導電繊維と絶縁繊維を混ぜて使用する。立体編みして伸縮性の充填材を作成すると、繊維は、電解質から陽極缶に向かって均一に伸び、電流と熱の流れに沿っていて、効率的に熱と電子を運べ、充填材の量を減らせる。

【0029】

立体編みした充填材は伸縮性に富み、電池を伸縮可能とした際に、陽極缶の伸縮に対して、充填材も伸縮して対応できる。

【0030】

導電繊維は硫黄と親和性が高く、硫黄の流路になる。電解質と絶縁繊維は、硫化ナトリウムとの親和性が高く、硫化ナトリウムの流路になる。立体編みした絶縁繊維は、陽極缶内に硫化ナトリウムを行き渡らせ、導電繊維の１割以下の容積で十分機能する。硫黄は導電繊維に沿って流れ、層分離した硫黄と硫化ナトリウムが、常に電解質近辺に混在し、電池の内部抵抗の削減に寄与する。

【0031】

充填材の導電繊維に、ニクロムやステンレス等の耐蝕性の高い金属線が採用できる。電気伝導率の低いニクロム線を採用した場合でも、炭素繊維よりも電気伝導率が高く、陽極容積の１％の充填材で、陽極の電気抵抗を十分に下げられる。導電繊維に鉄やアルミニウムや銅を採用し、表面にクロムや炭素メッキ等を施して、耐蝕性を持たせて使用することも可能である。

【0032】

充填材の絶縁繊維に、耐熱性と絶縁性のガラスやセラミック繊維が採用できる。絶縁繊維で、導電繊維と電解質間の絶縁を維持させる事ができる。電解質に接触している絶縁繊維が、電解質表面の硫化ナトリウムを吸引し、反動で導電繊維を伝って硫黄を電解質近辺に引き寄せて、ナトリウムの拡散を容易にし、陽極の内部抵抗を減らせる。

【0033】

電解質近辺の、充填材の絶縁繊維と導電繊維が交差した箇所で、硫化ナトリウムが導電繊維に接触して電流が流れる。交差箇所の密度を増やすと、硫化ナトリウム内の電流流路が短縮され、陽極の内部抵抗を削減できる。電流は、電解質，硫化ナトリウム、導電繊維、陽極缶の経路で流れる。編み方や密度や繊維の太さや構成や比率を調整して、各種要請に応じた多様な充填材とする事ができる。

【0034】

充填材が、従来よりも削減され、空疎になり整列していて、流動抵抗が削減されて陽極活物質が流動し易くなる。電解質と充填材の改良で、電池の内部抵抗が減少して電力損失が減少し、電流容量と熱安定性が改善され、信頼性の高い電池が得られる。

【0035】

断熱容器と圧力容器の、二重密封容器に収容したＮＡＳ電池は、断熱容器に収容した高性能な断熱材により、電池の温度を長時間維持できる。電池を利用している期間には、充放電の熱損失で電池が温められ、電池の温度を維持できる可能性が高い。規定温度より温度が低下した際には、電池や外部の電力で電池を温め、僅かな電力で電池の温度を維持できる。

【0036】

電池を収容する圧力容器に、活物質と蒸気圧が近い液体を、加圧液として封入する事で、陽極缶と圧力容器の圧力を、ほぼ均衡させられる。その結果、陽極缶に掛かる圧力差を低減でき、可能な範囲内で厚さの薄い素材を採用できる。伸縮可能とした電池では、活物質より蒸気圧の高い加圧液を選び、電池内外の圧力は常に均衡し、より薄い板材を採用できる。

【0037】

電池の放電が進んで硫黄が消失すると、残った硫化ナトリウムの沸点温度は高く、蒸気圧は急減して圧力差が広がる。陽極缶に窒素ガス等を充填し、圧力の低下を防ぐことができる。伸縮可能とした電池では、電池内に空洞はなく、圧力は外部と常に均衡していて、加圧ガスも不要にできる。

【0038】

圧力容器に封入した加圧液は、電池や圧力容器や塗装や絶縁体の表面に、溝や粒子や網を付ける等の毛細管現象の起きる毛細管構造にすると、表面を伝って加圧液が流動し易くなる。電池の缶に突起や溝を多数設け、電池の電極面の隙間を毛細管構造にすると、電解質近くを加圧液が循環しやすくなり、電池周辺の熱伝導を高めるのに効果的である。

【0039】

圧力容器に封入した加圧液が、温度差で圧力容器内を、蒸気や液体として移動循環し、極めて低い熱抵抗の熱媒体として機能し、電池や圧力容器の温度を均一に保つのに役立ち、電池の熱安定性が高くなり、電池の信頼性も向上する。

【0040】

圧力容器に装備した伸縮する放熱器は、圧力容器の温度が上昇して加圧液の蒸気圧が高まると、放熱器が伸びて断熱容器に接触し、圧力容器から断熱容器に、放熱器を経由して熱が伝わる。加圧液の圧力は温度で累乗的に変化し、比較的精度の低い放熱器でも機能する。放熱器は、蛇腹構造等の簡便な構造にして、板等を曲げて容易に作成できる。放熱器が、圧力容器の温度上昇を抑え、電池の安定動作に寄与する。

【0041】

伸縮する放熱器の動作を確実にするために、断熱容器内は真空に排気して、断熱容器の温度変動の影響を無くす事ができる。断熱容器内を真空にした場合、断熱材を省略できる場合もある。断熱容器の断熱材を省略した場合には、支柱等で圧力容器を支える必要がある。

【0042】

圧力容器に、不活性な加圧液を封入すると、電池からの一方だけの活物質の流出であれば、火災になる可能性を排除でき、安全性が高まる。加圧液に硫黄との蒸気圧の近い、各種のシリコンオイル等が利用でき、適切な蒸気圧を選択できる。

【0043】

電池の缶が破れて、活物質の流出量が多い場合には、電池は即利用できなくなる。活物質の流出量が少ない場合、電池は動くが、何れにせよ危険で利用は勧められない。

【0044】

電池の缶の破損事故では、圧力容器内に、破損した電池から流出した活物質が、加圧液の蒸気に混ざって漂う。活物質の蒸気を検出して、電池の異常を知り、迅速な対応が可能になる。活物質の極微量な蒸気を検出できると、電池の故障の前兆を検出でき、事故に発展する前に、修理補修が可能になり、信頼性と利便性が高まる。

【0045】

電池の陽極缶と陰極缶が同時に破れると、火災に発展する危険性が高い。この種の事故は、発生頻度が大幅に下がるが、完全に根絶することは難しい。内部要因でこの種の事故が極力起きないように、耐振動性や衝撃性を考慮して、缶や板や電解質の厚さや材質や構造を選ぶことになる。電池の各部の表面処理の良しあしも重要な要素であり、安定した製造と確実な不良品の排除が求められる。

【0046】

二重密封容器により、例え電池が大規模に破損し高温になっても、活物質は圧力容器内に留まる。放熱器が熱を外部に伝えるが、断熱容器の断熱は保たれ、外部に高温が直ちに広がる事が遮られ、避難や消火等の時間的余裕が生まれる。

【0047】

二重密封容器では、断熱容器が破れても、圧力容器には直に影響せず、短時間は電池の温度を維持でき、電池は正常に作動する。電気自動車等では走行時の急な停車は避けられ、安全に停車する等の時間的余裕が生まれる。断熱容器を真空に排気した場合には、真空度を監視すると、適切な対応が可能になり、安全性が高まる。

【0048】

二重密封容器では、圧力容器が破れた場合、断熱容器の破れよりも早く温度が下がる。短時間であれば電池は正常に機能し、その間に退避する等の時間的余裕が存在する。

【0049】

その他の、各種の破損パターンが考えられるが、二重密封容器で、外部への活物質の流失が抑えられ、事故の拡大を防げる可能性が高い。

【0050】

自動車等の、利用時の事故が避けられない用途では、事故に伴って電池が破裂すると、事故が一層拡大してしまう。事故時に極力電池が破裂しない事が要請され、前記の破裂しにくい電池の缶の構造が、その要請に沿っている。

【0051】

電気自動車用の単電池の重量は、１ｋｇ前後であり、軽い分耐衝撃性も向上する。また、電池の缶はアルミニウム等で作成し、強度が高く破損しにくい。電池が破裂しない事が要請されるが、経済性を勘案して、電池自体は、破損しない範囲内でより軽量に柔軟に作り、信頼性を維持しつつ、可能な限り重量を削減することになる。

【0052】

電気自動車等に利用する組電池は、単電池を数百個使用して重量も重く、電池を収容した外部容器には、衝突の衝撃に耐えられる高い強度が要請される。当発明の電池は、断熱容器の強度を上げることで対応可能である。

【0053】

断熱容器の剛性を高めてあれば、電気自動車の前後が潰れるような事故でも、床下に搭載した電池は多くの場合に変形を免れ、電池の安全性が確保される可能性が高い。更に、電池の圧力容器も潰れ、電池が変形した場合ても、当発明の電池は、電池の缶の密封が維持されて火災等に発展せず、安全性が確保される可能性が高い。

【0054】

更に、電池が破裂するような事故も起きえる。組電池は、多数の電池を使用し、多くの缶に活物質が小分けされていて、それらが一斉に混合し、高温になって一挙に爆発する事態は起きにくい。硫黄は沸点近くで使用していて、事故で温度が上がり硫黄の圧力が高まり、まだ破裂していない電池の缶が、次々と破裂する事故が起きると考えられ、圧力が高くなる前に硫黄を逃がす、防爆弁が有効になる。

【0055】

自動車では、フレーム材で自動車の剛性を担保している例が多く、電池の断熱容器を、強靭化してフレーム材や外板と共用にする事で、自動車の構造材を節約し、自動車の重量を軽減する事が可能である。

【0056】

その場合、電池は断熱容器の蓋と圧力容器までの構成となり、電池の収容空間を規格化して、異なる電気容量でサイズや種類が異なる電池を、同一に取り扱うようにできる。もしくは、小容量の電池を任意数接続して収容可能とし、容量を可変とすることも可能になる。

【0057】

断熱容器に水容器を装着し、水容器に水を収容しておくと、電池が大規模に破損して高温に成っても、断熱容器の温度を水の沸騰で抑える事ができ、直ちに外部に延焼する等の事故が防げる。また、高温に成った水の蒸気で警笛を鳴らすと、警笛の音が事故の発生を知らせ、消火や避難等の行動の切っ掛けになる。

【0058】

ＮＡＳ電池は、過充電や過放電に陥ると、急激に内部抵抗が増大する。電池の内部抵抗を測定し、内部抵抗が規定値を超えたら充電放電を打ち切ることで、過放電過充電を避けられる。

【0059】

当ＮＡＳ電池は、高温で危険な硫黄とナトリウムを大量に搭載しているが、水容器を含めた３重の容器と、変形に強い電池の缶の採用により、安全性は格段に強化されている。当発明の電池は、事故時に火災等に発展する可能性が少なく、例え内部が火災に発展しても、外部への延焼の危険性が抑えられる。

【0060】

既存のＮＡＳ電池は、１０年以上の寿命があり、当電池でも同様な寿命が得られる。逆に、寿命を短く設定して、より高性能を狙うという選択肢もあり得る。

【0061】

当ＮＡＳ電池は、薄い電解質と高い導電率の充填材で内部抵抗を削減し、収容容器に封入した加圧液で低い熱抵抗を実現し、熱的な安定性を確保してあり、電流容量が増大して短時間で充電でき、電気自動車等に採用可能な電池が得られる。

【0062】

伸縮可能にしたＮＡＳ電池は、安全性を確保して、携帯機器に利用でき、寿命も長くなり、短時間で充電でき、従来より利便性の高い電池が得られる。

【図面の簡単な説明】

【0063】

【図1】ＮＡＳ電池の断面図。 （実施例１）

【図2】ＮＡＳ電池の部分断面図。 （実施例２）

【図3】組電池の断面図。 （実施例３）

【図4】電動自動車の部分断面図。 （実施例４）

【図5】携帯機器向けＮＡＳ電池の断面図。 （実施例５）

【図6】ＮＡＳ電池の充放電特性図。 （実施例６）

【発明を実施するための形態】

【0064】

当発明のＮＡＳ電池の構造や構成や有効性を実施例とともに説明する。

【実施例0065】

図１は、平板な形状のＮＡＳ電池の断面図である。

【0066】

図１の電池１は、陽極缶２の上に陰極缶６があり、缶底を左に向けて並置し、電池１の容器としている。陽極缶２の開口部を電解質９と陰極板１０で塞ぎ、陰極缶６の開口部を陰極板１０で塞いだ構造をしている。

【0067】

図１の電池１は、陽極缶２と陰極缶６と陰極板１０の周囲を二重巻締して組立てている。陰極缶６と陽極缶２と電解質９と陰極板１０が重なる缶の連結部は、補強材１９を左右に重ね、リベット１３を通して締結している。リベット１３は、漏洩が無く、陽極缶２と絶縁されている必要がある。

【0068】

図１の電池１の封止材１２で、陽極缶２と陰極缶６の密封を維持し、陽極缶２を周囲から絶縁する。高温に耐え且つ絶縁性が要求され、封止材１２に低融点のガラスや耐熱性のフッ素樹脂等が利用できる。封止材１２を、陽極缶２と陰極缶６の周囲に塗って置き、電池１を組立後に加熱し、密封を確実にする。

【0069】

図１の電池１は、陽極缶２の中に、活物質の硫黄４と硫化ナトリウム１６と充填材５と加圧ガス１４を収容している。陰極缶６の中に、活物質のナトリウム８と加圧ガス１４を収容している。

【0070】

図１の陽極缶２の加圧ガス１４として、窒素ガスが利用できる。加圧ガス１４で陽極圧力の下限を規定する。陰極缶６の加圧ガス１４には、アルゴンガスが利用できる。当電池は、加圧しなくても電解質９にナトリウム８が届き、陰極缶６の加圧ガス１４を省略することが可能である。

【0071】

図１の陽極缶２と陰極缶６と陰極板１０は、金属の薄板が使用可能である。アルミニウム材が，缶や板の要求を満たし、軽量でもあり多く採用される。図１とは異なるが、陽極缶２と陰極缶６を一体で作成し、陰極缶６の内面に絶縁塗装を施してナトリウム８と絶縁すると、同様な機能外観の電池１とすることができる。

【0072】

図１の電池１の、陽極缶２の内面は、腐食性の硫黄４や硫化ナトリウム１６に耐えるために、寿命を勘案して厚めのクロム又は炭素メッキを表面に施す。陽極缶２の外面と陰極板１０には、電極となり導電性が必要であり、酸化しないように、薄めのクロム又は炭素のメッキを表面に施す。メッキ以外に、蒸着やスパッタリングでもクロムや炭素の層を表面に付けられる。

【0073】

陽極缶２の内面のメッキは、微細な欠陥も許されず、高い品質が要請される。メッキに穴があると、陽極缶２が腐食して漏れが生じる原因になり、事故に結びつく。メッキを検査して補修すると、陽極缶の歩留まりを上げ、品質の高い電池１を提供できるので、製造技術と共に検査技術が重要になる。電解質９に付いても、欠陥の発見と補修が要請され、同様の事がいえる。

【0074】

図１の電池１の組立後に、各々の缶に圧縮空気を吹き込んで、漏れがないか耐圧試験を行う。陽極缶２と陰極缶６及び陰極板１０間の、電気の絶縁試験も行う。

【0075】

次に、陽極缶２に、注入口１７から加熱して液体の硫黄４と加圧ガス１４を注入し、陰極缶６に、注入口１８から加熱して液体のナトリウム８と加圧ガス１４を注入する。次に、電池１の内部を、加圧ガス１４の注入時の適正圧力に減圧し、注入口１７と１８を封じる。

【0076】

図１の注入口１７と１８を使用せず、事前に成形した、充填材５を内蔵した硫黄４とナトリウム８を缶に入れ、加圧ガス１４の減圧雰囲気下で巻締し、連結部をリベット１３で締結する手法も可能である。

【0077】

組み上がった電池１を３００℃に加熱すると、硫黄４とナトリウム８が熔解し、電池として機能する。初期状態は満充電であり、電池１を放電して電圧と電流の特性を検査し、不良品を排除する。

【0078】

図１の陰極缶６が上にあり、ナトリウム８が減少しても確実に電解質９に届く。陰極缶６に収容したナトリウム８は、電解質９と陰極板１０との間隙を通って移動する。電解質９や陰極板１０の表面に、細かな溝や凹凸を設けて、ナトリウム８の移動を容易にする事も有効である。電解質９は陰極板１０に裏打ちされ、電池の構造を支える必要がないので、可能な範囲で薄くできる。

【0079】

図１の陰極板１０には多数の突起３があり、突起３が積層した電池１の陽極缶２や端子板と接触して、低い電気抵抗値で接続可能な様に、突起３を配置する。電池１を積み重ねて使用する際には、電池１の電極面以外は絶縁塗装して使用すると、電流の漏洩や短絡事故を防いで安全性が高まる。

【0080】

図１の突起３により、電池１を積み重ねた際に空間が空き、空間を毛細管構造に表面処理し、実施例３の加圧液１５の流路として突起３の周囲が機能し、電池１周辺の熱抵抗を下げるのに役立つ。

【0081】

図１の陽極缶２と陰極缶６は、組立修理の際には常温で内部が低圧になり、大気圧で潰されて変形しないように、強度や柔軟性を考慮する必要がある。

【0082】

図１の電池１は、食品缶等に採用されている、アルミニウムや鉄の薄板を採用でき、長年の製造経験の蓄積もあり、缶や板に高い信頼性が期待できる。

【0083】

図１の充填材５と電解質９は、実施例２の充填材５と電解質９を採用して、電池１の高い電流容量を実現する。

【0084】

図１の電池１は、陰極缶６を上にして配置し、横に電池１を積層して使用し、電気自動車の床下に搭載しやすい形状をしている。電池１は電流が図１の左右方向に、陽極缶２と充填材５と電解質９と陰極板１０を経由して流れ、低い内部抵抗を実現しやすい形状をしている。陽極缶２と陰極缶６の深さを浅くし、横幅を伸ばして、電池１の面積を増やすと、同一電気容量でより電流容量の大きな電池１が得られる。

【0085】

図１の電池１は、事故等で電池１が大きく変形しても、電池１の連結部をリベット１３で保持されて開かず密封状態を維持し、周囲の二重巻締と相まって、液体である活物質の急激な流出や混合を阻み、電池１の安全性を確保できる。

【実施例0086】

図２は、ＮＡＳ電池の部分断面図である。

【0087】

図２は、図１の電池１の、陰極板１０から陽極缶２間の一部を図示している。陰極板１０の上に電解質９があり、その上に充填材５があり、最上部に陽極缶２がある。図２は、電解質９と充填材５の詳細構造を図示している。

【0088】

図２の電解質９内の網２８は、緯線２０と経線２１を縦横に織って作られ、電解質９を補強する。高温での焼結に耐えられる、炭素やセラミック等の繊維が網２８に利用できる。網２８の位置は、上下の厚さを陽極側と陰極側の損耗速度に比例させ、厚さが偏っている。

【0089】

図２の電解質９は、βアルミナ等の微粒子を溶剤と混ぜて網２８に塗布し、焼結して電解質９を製造する。βアルミナ以外に、ＮＡＴＰ（Ｎａ－Ａｌ－Ｔｉ－Ｐ３Ｏ５）等のより導電率の高い材料があり、採用すると更に電解質９の内部抵抗を下げられる。損耗速度が速く、別途保護膜を必要とする場合もある。

【0090】

図２の電解質９は、網２８により振動や衝撃で破損しにくくなり、電池１の信頼性を高められる。網２８は機能的には障害物なので、有用な範囲で、可能な限り細い繊維を使用し疎に編む。網２８の位置近くまで、電解質９が損耗しても、電解質としての機能を果たせ、寿命に応じた最小な厚さの電解質９にできる。

【0091】

電解質９の破損が起きても、網２８により小規模に収まり、破損個所が固体のＮａ２Ｓで塞がる可能性が高く、自己修復性が期待できる。網２８により、電解質９の損傷が起きても、修復されて大事故に発展する可能性が低くなる。

【0092】

図２の充填材５は、緯線２２と経線２３と上緯線２７と絶縁経線２４で構成されている。充填材５は、硫黄４と硫化ナトリウム１６の低い電気と熱の伝導率を補って、電池１の内部抵抗と温度差を低減する役目を担っている。

【0093】

図２の充填材５は、導電繊維と絶縁繊維を混ぜて使用し、立体編みして厚さと柔軟性を持たせる。充填材５に、ある程度の電気抵抗を持たせた方が、電池１の動作が安定し、電気抵抗がある程度高く耐蝕性のニクロム線が有用である。充填材５の繊維は、充填材５の抵抗値を勘案して、繊維の構成や編み方を決定する。

【0094】

図２の充填材５の、緯線２２と上緯線２７は離れて居て、経線２３が交互に緯線２２と上緯線２７に絡んで編まれ、厚みのある充填材５としている。上緯線２７無しで、経線２３をループ状に編んでも同じ結果になるが、上緯線２７で経線２３の位置が固定され、充填材５の均一性を維持させる効果がある。

【0095】

図２の充填材５の、緯線２２は必要数の倍あり、半数の緯線２２は絶縁経線２４で充填材５に編み込まれている。絶縁経線２４が、電解質９と緯線２２や経線２３との間隔を維持させ絶縁させる。絶縁経線２４に細い繊維を使用して、電解質９と緯線２２や経線２３との間隔を狭めている。絶縁経線２４は、緯線２２を四回の内一回跳躍して編み、電解質９との接触面積を増やし、少ない絶縁経線２４で、より効果的に電解質９から硫化ナトリウム１６を引き寄せられる。

【0096】

図２の電解質９と絶縁経線２４は、硫化ナトリウム１６と親和性が高く、硫化ナトリウム１６が、電解質９と絶縁経線２４の周囲に保持される。残された空間に、導電繊維を伝って硫黄４が流動して電解質９に接近する。絶縁経線２４に接触している、緯線２２や経線２３の絶縁繊維を伝って、陽極内に硫化ナトリウム１６が流動していく。

【0097】

充填材５に、導電繊維と絶縁繊維を混ぜて使用することで、硫黄４の量が大きく変動しても、電解質９は安定的に動作する。

【0098】

電解質９の表面のナトリウム８と硫化ナトリウム１６の界面で、電池としての電圧が維持される。電解質９と硫化ナトリウム１６の界面を、ナトリウム８が移動して電流が流れる。更に硫化ナトリウム１６と硫黄４の界面でナトリウム８が拡散移動し、硫化ナトリウム１６と硫黄４の比率が変化する。この界面は、硫黄４が絶縁体で電流が流れず、界面電圧が存在したとしても、電池１に反映されない。硫黄４が消費尽くされると、硫化ナトリウム１６内を、ナトリウム８が濃度勾配に応じて拡散移動する。

【0099】

図２の充填材５を、陽極缶２の深さよりも幾分か厚くし、充填材５で内部から電解質９と陽極缶２を押させ、充填材５を安定して陽極缶２に収容する。図５の伸縮性の電池１にも採用可能で、図５の陽極缶２の深さは最大約５０％増え、それに応じて伸びるように図５の充填材５を作成する。