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JP2001093570A - Electro-chemical battery separator - Google Patents

Electro-chemical battery separator

Info

Publication number
JP2001093570A
JP2001093570A JP2000246277A JP2000246277A JP2001093570A JP 2001093570 A JP2001093570 A JP 2001093570A JP 2000246277 A JP2000246277 A JP 2000246277A JP 2000246277 A JP2000246277 A JP 2000246277A JP 2001093570 A JP2001093570 A JP 2001093570A
Authority
JP
Japan
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header
tubes
tube
solid electrolyte
rim
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
JP2000246277A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Johan Coetzer
ヨハン・コーツアー
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
BI PATENT HOLDING SA
Original Assignee
BI PATENT HOLDING SA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by BI PATENT HOLDING SA filed Critical BI PATENT HOLDING SA
Publication of JP2001093570A publication Critical patent/JP2001093570A/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • H01M10/39Accumulators not provided for in groups H01M10/05-H01M10/34 working at high temperature
    • H01M10/3909Sodium-sulfur cells
    • H01M10/3918Sodium-sulfur cells characterised by the electrolyte
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method of fabricating a polycrystalline ceramic solid electrolyte separator for a high temperature electro chemical battery by sintering a particulate starting material. SOLUTION: A method of fabricating a polycrystalline ceramic solid electrolyte separator comprises the steps of mixing a particulate starting material with a binder, forming a raw artifact consisting of at least 5 tubes connected in parallel to each other, and sintering the raw artifact to form the polycrystalline ceramic solid electrolyte separator.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】本発明は、広くは、高温の再充電可能な電
気化学電池のためのセパレータに関する。さらに詳細に
は、本発明は、そのようなセパレータを作る方法に関す
る。
[0001] The present invention relates generally to separators for high temperature rechargeable electrochemical cells. More particularly, the invention relates to a method of making such a separator.

【0002】本発明によれば、一体の多結晶固体電解質
セラミックアーティファクトを形成するように焼結され
得る微粒子出発材料から、高温電気化学電池のためのセ
ラミック固体電解質セパレータを作る方法であって、成
形可能な混合物を形成するように、微粒子出発材料をバ
インダとともに混合するステップと、並列関係に配列さ
れた少なくとも5個の多数の相互接続されたチューブを
含む、一体の焼結可能な未加工のアーティファクトを形
成するように、成形可能な混合物を成形するステップ
と、焼結された多結晶セラミック固体電解質アーティフ
ァクトを形成するように、未焼結のアーティファクトを
焼結するステップとを含み、該焼結された多結晶セラミ
ック固体電解質アーティファクトは、焼結により一体に
相互接続され、並列的な関係で配列された少なくとも5
個の多数のセラミック固体電解質セパレータチューブを
含む、高温電気化学電池のためのセラミック固体電解質
セパレータを作る方法が提供される。
According to the present invention, there is provided a method of making a ceramic solid electrolyte separator for a high temperature electrochemical cell from a particulate starting material that may be sintered to form an integral polycrystalline solid electrolyte ceramic artifact, comprising: Mixing the particulate starting material with a binder to form a possible mixture; and an integral sinterable raw artifact comprising at least five multiple interconnected tubes arranged in a side-by-side relationship Forming a moldable mixture to form a sintered polycrystalline ceramic solid electrolyte artifact to form a sintered polycrystalline ceramic solid electrolyte artifact. The polycrystalline ceramic solid electrolyte artifacts are interconnected together by sintering, At least 5 arranged in Do relationship
A method is provided for making a ceramic solid electrolyte separator for a high temperature electrochemical cell that includes a number of ceramic solid electrolyte separator tubes.

【0003】固体電解質は、βアルミナまたは、できれ
ばβ”アルミナのようなナトリウムイオンの伝導体であ
れば、好都合である。微粒子出発材料は、固体電解質の
粒子の形態であってもよく、あるいは、それを焼結温度
に加熱すると、固体電解質に変質または変態される前駆
物質混合物の形態であってもよい。固体電解質が、βま
たはβ”アルミナであるとき、当該技術分野において知
られている、焼結温度に加熱された際にβまたはβ”ア
ルミナを形成するタイプのアルミニウムの適切な酸化物
または水酸化物を、ソーダおよび酸化リチウムまたはマ
グネシアから選択された組成物と共に含む粉末混合物で
あってもよい。空気中で700℃に加熱されたときに当
該酸化物となる物質であるアルミナ酸化物、ソーダ、酸
化リチウムまたはマグネシアの前駆物質が使用されても
よい。この点について、水酸化アルミニウムは、実際
上、このタイプの酸化アルミニウムの前駆物質である。
したがって、本発明の特有の実施形態においては、微粒
子材料は、βアルミナナトリウム、β”アルミナナトリ
ウム、およびそれらの混合物からなる固体電解質のグル
ープから選択された固体電解質の前駆物質であってもよ
く、バインダは、熱可塑性特性を有するバインダ、熱硬
化性特性を有するバインダ、熱可塑性特性と熱硬化性特
性の両者を有するバインダ、およびそれらのバインダの
混合物からなるグループから選択される。
It is advantageous if the solid electrolyte is a conductor of sodium ions, such as β-alumina or preferably β ″ alumina. The particulate starting material may be in the form of particles of the solid electrolyte, or It may be in the form of a precursor mixture that is transformed or transformed into a solid electrolyte when heated to a sintering temperature, known in the art when the solid electrolyte is β or β ″ alumina, A powder mixture comprising a suitable oxide or hydroxide of aluminum of the type that forms β or β ″ alumina when heated to a sintering temperature, together with a composition selected from soda and lithium oxide or magnesia. Alumina oxide, soda, lithium oxide or mag which is a substance that becomes the oxide when heated to 700 ° C. in air. Precursors may be used in shear. In this regard, aluminum hydroxide, effectively a precursor of aluminum oxide of this type.
Thus, in a particular embodiment of the present invention, the particulate material may be a precursor of a solid electrolyte selected from the group of solid electrolytes consisting of sodium beta alumina, beta sodium sodium, and mixtures thereof; The binder is selected from the group consisting of a binder having thermoplastic properties, a binder having thermosetting properties, a binder having both thermoplastic and thermosetting properties, and a mixture of those binders.

【0004】バインダは、熱可塑性特性と熱硬化性特性
の両者を有し、初期加熱時に熱可塑性特性を有するが、
それが熱可塑性である温度よりも高い温度に加熱された
ときには、事実上熱硬化性となる有機バインダであって
もよい。バインダの処方の形での適切なバインダは、例
えばイギリス国特許第GB1 274 211号に記述
されている。第GB1 274 211号において述べ
られているように、単一のバインダ化合物が、所要の熱
可塑性および熱硬化性特性を示すものとして提供され用
いられ得る。
[0004] The binder has both thermoplastic properties and thermosetting properties, and has thermoplastic properties upon initial heating.
It may be an organic binder that becomes thermoset in nature when heated to a temperature higher than the temperature at which it is thermoplastic. Suitable binders in the form of a binder formulation are described, for example, in GB 1 274 211. As described in GB 1 274 211, a single binder compound can be provided and used as exhibiting the required thermoplastic and thermoset properties.

【0005】適切なバインダは、熱可塑性特性と熱硬化
性特性の両方を持っているので、ポリビニルブチラルで
あり、そしてそれは、フタル酸ジブチルのような可塑剤
およびメチルエチルケトンのような溶剤と一緒に使用し
てもよく、溶剤および可塑剤は、充分に均一な成形可能
な混合物を形成するように、βまたはβ”アルミナまた
はその前駆物質混合物のような微粒出発材料にバインダ
を混合するのを容易にする。しかしながら、もしも、バ
ンベリー混合機(Banbury mixer)のよう
な高エネルギ混合機が用いられるなら、可塑剤および溶
剤は、原理上省くことができる。
A suitable binder is polyvinyl butyral because it has both thermoplastic and thermosetting properties, and it is combined with a plasticizer such as dibutyl phthalate and a solvent such as methyl ethyl ketone. Solvents and plasticizers may be used to facilitate mixing of the binder with the finely divided starting material, such as β or β ″ alumina or a precursor mixture thereof, to form a sufficiently uniform moldable mixture. However, if a high energy mixer such as a Banbury mixer is used, plasticizers and solvents can be omitted in principle.

【0006】実際には、成形は、隣り合ったチューブの
周囲が隣接し、且つ互いに一体化されるいくぶん密集し
て並列に隣接する関係で未焼結アーティファクトのチュ
ーブを提供し、あるいは、その代わりに、チューブは、
成形される材料のウェブの形で長手方向に延びるスペー
サによって、互いに離間して並列関係で配置され、各ウ
ェブは、2つの隣接するチューブの周囲に一体化される
側縁を有する。多数のチューブとは、この点について
は、少なくとも5個のチューブ、典型的には少なくとも
10個のチューブ、そして好ましくは少なくとも25個
のチューブを意味している。このように、1つの実施形
態においては、成形は、隣り合ったチューブの周囲が互
いに隣接し、且つ、焼結後は互いに一体化される密集し
て並列に隣接する関係で、未焼結アーティファクトのチ
ューブを提供するように働いてもよい。そして他の実施
形態においては、成形は、チューブが、成形される未加
工の材料のウェブの形で長手方向に延びるスペーサによ
って、互いに離間して配置され、各ウェブは、2つの隣
接するチューブの周囲に一体化される側縁を有して、互
いに間隔をあけて並列的な関係で未焼結アーティファク
トのチューブを提供するように働いてもよい。
In practice, molding provides a tube of green artifact in a somewhat compact side-by-side relationship in which adjacent tubes are adjacent and integral with each other, or alternatively, In the tube
Arranged in spaced-apart relationship with one another by spacers extending longitudinally in the form of webs of material to be molded, each web having a side edge integrated around two adjacent tubes. By multiple tubes is meant in this regard at least 5 tubes, typically at least 10 tubes, and preferably at least 25 tubes. Thus, in one embodiment, the molding is performed in such a manner that adjacent tubes have adjacent perimeters adjacent to each other, and after sintering are integrated together in a closely packed, side-by-side relationship such that unsintered artifacts May work to provide a tube. And in another embodiment, the molding is such that the tubes are spaced apart from each other by spacers that extend longitudinally in the form of a web of raw material to be molded, each web being the two adjacent tubes. Peripheries may be integrated into the periphery to serve to provide a tube of green artifact in spaced apart side-by-side relationship.

【0007】使用に際しては、セパレータは、(該セパ
レータの電池ハウジングへの接続のための)ヘッダを備
えるアセンブリの一部を形成し、そのヘッダの少なくと
も一部は、電子的におよび電気化学的に絶縁していてよ
く、該ヘッダは、例えば、第WO 98/35400号
として公開された国際特許出願第PCT/GB98/0
0389号に記述されたように、グラッシング、すなわ
ちガラス溶接によって、その内部がチューブの内部に連
通され、該チューブの開口端に一体化されまたは密閉し
て接続されている。焼結されたセパレータが、そのよう
に所要の電子的および電気化学的に絶縁特性を有する適
切なヘッダにガラス溶接されてもよい。チューブは、ヘ
ッダの反対側のすなわちヘッダから遠いセパレータの端
部において閉塞されるであろうが、チューブ間に且つチ
ューブに並んで延び、ヘッダから遠いセパレータの端部
におけるその端部において開口する空間が存在してもよ
い。成形は、ヘッダと共に一体に成形された開口端を有
する複数のセパレータチューブを、これらのチューブ
が、焼結された後に、ヘッダに密閉して結合され、該ヘ
ッダはこれらのチューブの内部に連通する内部を有し、
且つヘッダは、電子的におよび電気化学的に絶縁される
材料からなるように提供するように働いてもよい。その
代わりに、成形は、チューブの開口端が結合される周囲
への開口を有し、チューブ内部が該開口を介してヘッダ
の内部と連通するようにする床部をヘッダが備え、方法
が、床部の周縁に沿って延びる下縁を有する直立リムを
該床部に設けることと、その周縁に沿ってリムの上縁が
延びる蓋をヘッダに設けることとを含んでもよい。
In use, the separator forms part of an assembly with a header (for connection of the separator to the battery housing), at least a portion of which is electronically and electrochemically. The header may be insulated, for example, as described in International Patent Application No. PCT / GB98 / 0, published as WO 98/35400.
As described in No. 0389, the interior is communicated to the interior of the tube by glassing, ie, glass welding, and is integrated or hermetically connected to the open end of the tube. The sintered separator may be glass welded to a suitable header that has such required electronic and electrochemical insulating properties. The tube will be closed at the opposite end of the separator, i.e. at the end of the separator remote from the header, but will extend between and alongside the tube and open at its end at the end of the separator remote from the header. May be present. Molding involves sealing a plurality of separator tubes having open ends integrally molded with the header to the header after the tubes have been sintered, the header communicating with the interior of the tubes. Has an interior,
And the header may serve to provide that it is made of a material that is electronically and electrochemically insulated. Instead, the molding has an opening to the periphery to which the open end of the tube is coupled, and the header comprises a floor that allows the interior of the tube to communicate with the interior of the header through the opening, the method comprising: The method may include providing an upright rim on the floor having a lower edge extending along the periphery of the floor, and providing the header with a lid on which the upper edge of the rim extends along the periphery.

【0008】典型的には、ヘッダは、チューブから電子
的におよび電気化学的に絶縁される位置に、一対の空隙
を存した金属シールリングの周囲が、好都合には熱圧縮
接合によって、密閉して結合される中央開口を備える蓋
を有し、ヘッダは、チューブの開口端に通じる開口を有
する床部、および床部の周囲と蓋の周囲の間に延びるリ
ムを有し、チューブは、床部と一体化されまたは床部の
開口にガラス溶接されるであろう。ヘッダの電子的およ
び電気化学的絶縁部分は、焼結されたαアルミナからな
っていてもよく、そして、ヘッダの床部、リムまたは蓋
のうちのいずれか1つまたはそれ以上は、αアルミナか
らなっていてもよい。特に、αアルミナからなる蓋を有
し、互いにそしてチューブと共に一体化されたリムおよ
び床部を備え、且つリム、床部およびチューブは、βま
たはβ”アルミナからなり、蓋はリムの頂部にガラス溶
接されること、互いに一体化され且つαアルミナからな
り、リムの底部においてチューブに一体化され且つβま
たはβ”アルミナからなる床部にガラス溶接される蓋お
よびリムを有すること、あるいは、蓋、リムおよび床
が、αアルミナの一体化され焼結された成形品を一緒に
形成し、床がチューブにガラス溶接されることができ
る。1つの実施形態においては、方法は、リムおよび蓋
を一緒にして一体型として全体的に成形した後に、リム
の下縁を床部の周縁に密閉してガラス溶接することを含
んでいてもよい。その代わりに、床部およびリムを一緒
にして一体型として全体的に成形した後に、リムの上縁
を蓋に密閉してガラス溶接することを含んでいてもよ
い。
[0008] Typically, the header is hermetically sealed around a metal seal ring having a pair of gaps, conveniently by thermocompression bonding, in a location that is electronically and electrochemically insulated from the tube. A lid having a central opening coupled therewith, the header having a floor with an opening leading to the open end of the tube, and a rim extending between the perimeter of the floor and the perimeter of the lid. It will be integral with the part or glass welded to the floor opening. The electronic and electrochemical insulation of the header may be comprised of sintered alpha alumina, and any one or more of the header floor, rim or lid may be comprised of alpha alumina. It may be. In particular, it has a rim and a floor integrated with each other and with the tube, having a lid made of α-alumina, and the rim, floor and tube are made of β or β ″ alumina and the lid is made of glass on top of the rim. Having a lid and rim integral with each other and made of alpha alumina, integrated with the tube at the bottom of the rim and glass welded to the floor made of beta or beta "alumina; or The rim and floor together form an integrated sintered article of alpha alumina, and the floor can be glass welded to the tube. In one embodiment, the method may include sealing and glass-welding the lower edge of the rim to the periphery of the floor after the rim and lid are integrally molded together and integrally. . Alternatively, it may include sealing the upper edge of the rim to the lid and glass welding after the floor and rim are integrally molded as a single piece.

【0009】セパレータのためのチューブ配列は、長方
形密集または長方形離間配列、および六角形密集または
六角形離間配列を含む。次に、チューブは、所望に応じ
て種々の断面を有していてよい。したがって、該チュー
ブは、円形の断面からなってもよく、間隔は、該チュー
ブが離間されるか密集されるかで、チューブ間に規定さ
れ、あるいは、該チューブは、断面において正方形、長
方形または六角形でよく、その場合、原理的には、それ
らは互いにスペーサウェブによって離間されるが、通常
は、それらの間に間隔はなく密集されるであろう。
Tube arrangements for separators include rectangular compact or rectangular spaced arrays, and hexagonal compact or hexagonally spaced arrays. Next, the tube may have various cross-sections as desired. Thus, the tubes may have a circular cross-section, the spacing being defined between the tubes, depending on whether the tubes are spaced or compacted, or the tubes may be square, rectangular or hexagonal in cross-section. They may be square, in which case they are in principle separated from one another by spacer webs, but usually they will be closely packed with no spacing between them.

【0010】以下、本発明は、実施形態によって、添付
された図面を参照して、説明されるであろう。
Hereinafter, the present invention will be described by embodiments with reference to the accompanying drawings.

【0011】図1および2には、概して参照符号10に
よって示され、ヘッダ12および14で示されるセパレ
ータを備えるセパレータアセンブリが示され、該セパレ
ータは、離間された六角形配列に配列された23個の多
数の離間された並列のセパレータチューブ16から作ら
れる。チューブ16は、互いに並んで延び、ウェブ18
によって離間されている。ヘッダ12は、カップの形態
をなし、且つαアルミナから作られており、そしてチュ
ーブ16およびウェブ18はβ”アルミナから作られて
いる。
1 and 2, there is shown a separator assembly generally designated by the reference numeral 10 and comprising separators indicated by headers 12 and 14, comprising 23 hexagonal arrays arranged in a spaced apart hexagonal arrangement. From a number of spaced side-by-side separator tubes 16. The tubes 16 extend side by side and a web 18
Are separated by Header 12 is in the form of a cup and is made of alpha alumina, and tube 16 and web 18 are made of beta "alumina.

【0012】チューブ16は、断面外形が円形であり、
そしてチューブ16と一体に成形される閉塞物20によ
り閉塞パネルの形で閉塞されたヘッダ12から遠い端部
を有する。ヘッダ12に隣接するチューブ16の端部
は、開口している。ヘッダ12のカップは、床部22、
およびチューブ16の上方のヘッダ空間26を取り囲ん
で直立する周囲リムすなわち壁部24を有し、アセンブ
リ10は、図1に垂直作用姿勢で示されている。チュー
ブ16の開口端部は、ヘッダ12の床部22における開
口28を通してヘッダ空間26内に開口しており、ヘッ
ダ12に、それらは、ガラス溶接またはそれらが一体に
成形されることによりしっかりと密封されている。床部
22は、長方形の外形を有し、その周囲は、図2に破線
30で示されている。ヘッダ12は、図1には示されて
いない蓋を有し、以下において、図9を参照してより詳
細に説明される。
The tube 16 has a circular cross-sectional profile,
It has an end remote from the header 12 which is closed in the form of a closing panel by a closing object 20 integrally formed with the tube 16. The end of the tube 16 adjacent to the header 12 is open. The cup of the header 12 is a floor 22,
And an upright peripheral rim or wall 24 surrounding a header space 26 above the tube 16, and the assembly 10 is shown in a vertical working position in FIG. The open ends of the tubes 16 open into the header space 26 through openings 28 in the floor 22 of the header 12, to which the headers 12 are tightly sealed by glass welding or they are integrally molded. Have been. The floor 22 has a rectangular outer shape, the periphery of which is indicated by a dashed line 30 in FIG. The header 12 has a lid not shown in FIG. 1 and will be described in more detail below with reference to FIG.

【0013】図3において、セパレータアセンブリは、
図1および2のセパレータアセンブリと同様であり、図
3において図2と同一の部分には同一の参照符号が用い
られる。図3のアセンブリと図1および2のアセンブリ
との間の相違は、図3のアセンブリは25個のチューブ
16を有し、且つ図1および2のアセンブリの六角形離
間チューブ配列の代わりに、図3のアセンブリは、長方
形(正方形)離間チューブ配列を有する。
In FIG. 3, the separator assembly comprises:
Similar to the separator assembly of FIGS. 1 and 2, the same reference numbers are used in FIG. 3 for the same parts as in FIG. The difference between the assembly of FIG. 3 and the assembly of FIGS. 1 and 2 is that the assembly of FIG. 3 has 25 tubes 16 and instead of the hexagonally spaced tube arrangement of the assembly of FIGS. The third assembly has a rectangular (square) spaced tube arrangement.

【0014】図4については、再び、図2と同一の部分
には同一の参照符号が用いられる。図4のチューブ配列
は、図1および2と同様に六角形状であるが、ウェブ1
8により互いに分離される代わりに、該チューブは、密
集された六角形状の配列であるとみなされ得る。それゆ
え、図4には、スペーサすなわちウェブがなく、チュー
ブ16は、位置32においてそれらが互いに接する個所
で、互いに一体的に溶着されている。
Referring again to FIG. 4, the same reference numerals are used for the same parts as in FIG. The tube arrangement of FIG. 4 is hexagonal, as in FIGS.
Instead of being separated from one another by 8, the tubes can be considered as a compact hexagonal array. Thus, in FIG. 4 there is no spacer or web and the tubes 16 are welded together at the point 32 where they meet.

【0015】図5については、図4と同一の部分には同
一の参照符号が用いられる。図5のアセンブリと図4の
アセンブリとの相違は、図5のアセンブリは、図4のア
センブリの23個のチューブ16の代わりに、25個の
チューブ16を有していることであり、そして、チュー
ブ16が、図4のアセンブリのチューブの配列のように
密集されて配列されていると同時に、図5のチューブ配
列は、図3のアセンブリのチューブのように長方形であ
り、ウェブ18も図5のアセンブリから省かれていて、
チューブは32において一緒に溶着されている。
5, the same reference numerals are used for the same parts as in FIG. The difference between the assembly of FIG. 5 and the assembly of FIG. 4 is that the assembly of FIG. 5 has 25 tubes 16 instead of the 23 tubes 16 of the assembly of FIG. While the tubes 16 are arranged closely together, such as the arrangement of tubes of the assembly of FIG. 4, the tube arrangement of FIG. 5 is rectangular, like the tubes of the assembly of FIG. Was omitted from the assembly of
The tubes are welded together at 32.

【0016】図6のアセンブリ10の場合には、大まか
にいって、適切である限り、図2〜5と同一の部分には
同一の参照符号が用いられる。図6のチューブ16と図
2〜5のチューブ16との相違は、図6のチューブ16
が、図2〜5のように円形の断面外形の代わりに、正六
角形外形からなることである。それゆえ、図2〜5のア
センブリ10のチューブ16は、それらに並んで延び、
チューブ16およびウェブ18(図2および3)または
単純にチューブ16(図4および5)によって境界づけ
られた長手方向に延びる空間34を有しているのに対し
て、図6のチューブ16は、六角形密集配列であり、そ
こには、チューブ間に空間34はなく、隣接するチュー
ブは、36におけるようにそれらが境を接する共通の壁
部を有する。図6のアセンブリ10は、18個のチュー
ブ16を持つことが示されている。
In the case of the assembly 10 of FIG. 6, in general, the same reference numbers are used for the same parts as in FIGS. The difference between the tube 16 of FIG. 6 and the tube 16 of FIGS.
However, as shown in FIGS. 2 to 5, instead of a circular cross-sectional outer shape, a regular hexagonal outer shape is used. Therefore, the tubes 16 of the assembly 10 of FIGS. 2-5 extend alongside them,
While having a longitudinally extending space 34 bounded by tube 16 and web 18 (FIGS. 2 and 3) or simply tube 16 (FIGS. 4 and 5), tube 16 of FIG. Hexagonal compact arrangement, where there is no space 34 between the tubes and adjacent tubes have a common wall where they border, as at 36. The assembly 10 of FIG. 6 is shown having 18 tubes 16.

【0017】図7のアセンブリ10は、図6のアセンブ
リと類似しており、別に明示しない限り、図6における
のと同一の参照符号が図7に用いられている。図6およ
び7の両アセンブリ間の相違は、図7のアセンブリには
25個のチューブ16が存在し、そして図7は、正方形
密集配列にて配列されたチューブ16を有していること
である。
The assembly 10 of FIG. 7 is similar to the assembly of FIG. 6 and the same reference numerals as in FIG. 6 are used in FIG. 7 unless otherwise indicated. The difference between the two assemblies of FIGS. 6 and 7 is that there are 25 tubes 16 in the assembly of FIG. 7, and FIG. 7 has the tubes 16 arranged in a square compact arrangement. .

【0018】図8の場合、図7のアセンブリの変形例の
単純化された図が示されており、35個のチューブ1
6、すなわち、20個のより大きなチューブを与える各
々5個のより大きなチューブ16の4つの行38、およ
び15個のより小さなチューブ16を与える各々5個の
より小さなチューブの3つの行40を有している。より
大きなチューブは、正方形の外形からなり、そしてより
小さなチューブは、細長い長方形の外形からなり、チュ
ーブは、より大きなチューブの行とより小さな行とが交
互になり、最外部の2つの行は、より大きなチューブ1
6の行38からなる、密集された長方形配列に配列され
ている。
In the case of FIG. 8, a simplified view of a variant of the assembly of FIG.
6, ie, four rows 38 of five larger tubes 16 each providing 20 larger tubes, and three rows 40 of five smaller tubes each providing 15 smaller tubes 16. are doing. The larger tubes consist of a square outline, and the smaller tubes consist of an elongated rectangular outline, the tubes alternate between larger and smaller rows of tubes, and the two outermost rows are: Bigger tube 1
It is arranged in a compact rectangular array of six rows 38.

【0019】本発明の方法に従えば、例えばアメリカ合
衆国特許第US 5 057 384号に記述された成
形可能な混合物と同様に、10〜50μmの微粒子サイ
ズを有する質量で80〜120の割合のβ”アルミナ粉
末を、質量で14〜18の割合のイギリス国特許第GB
1 274 211号の熱可塑性および熱硬化性ポリ
ビニルブチラルバインダのようなバインダと、質量で5
〜10の割合のイギリス国特許第GB 1 274 2
11号に記述されたフタル酸ジブチルおよび第GB 1
274 211号のメチルエチルケトン溶剤のような
可塑剤と共に混合することにより、成形可能な混合物が
形成される。該構成要素は、実質的に均質な混合物が形
成されるまで混合される。
According to the process of the invention, for example, similar to the moldable mixtures described in US Pat. No. 5,057,384, a ratio of β ″ of 80 to 120 by mass with a particle size of 10 to 50 μm is present. Alumina powder is a British patent GB 14-14 by weight.
A binder such as the thermoplastic and thermoset polyvinyl butyral binder of No. 1 274 211, and
British Patent No. GB 1 274 2 at a rate of 10 to 10
No. 11 dibutyl phthalate and GB 1
By mixing with a plasticizer, such as the 274 211 methyl ethyl ketone solvent, a moldable mixture is formed. The components are mixed until a substantially homogeneous mixture is formed.

【0020】それから混合物は、結合されるヘッダカッ
プ12とは別に成形される所望の長さの(図1参照)一
体の相互接続されたチューブ16の束からなる、一体す
なわちモノリシックな未焼結アーティファクトを提供す
べく注入成形される。この点については、該方法は、上
述したβ”アルミナが、同様の割合のαアルミナによっ
て置き換えられ、処方は他の点では同一の第2の成形可
能な混合物を処方することを意図している。注入成形
は、β”アルミナを有する混合物が、それらの全てが一
端が開口され、且つ他端がそこに一体に成形される閉塞
パネル20によって閉塞されたチューブ16の束を形成
すべく成形されるように実施され、任意に該チューブ
も、混合物からヘッダカップ12の一部と共に一体に成
形されるであろう。αアルミナを有する混合物は、ヘッ
ダカップ12の一部または全体をなす成形物を形成すべ
く成形される。該2つの成形物は、それから図9を参照
してこの後に説明されるように、(その焼結の後に)グ
ラッシングすなわちガラス溶接によって一緒に密閉され
てシールされる。
The mixture is then formed of a bundle of integral interconnected tubing 16 of the desired length (see FIG. 1) molded separately from the header cup 12 to be joined, ie, a monolithic, monolithic green artefact. Injection molded to provide In this regard, the method is intended to formulate a second moldable mixture in which the β ″ alumina described above is replaced by a similar proportion of α-alumina, and otherwise the same. Injection molding involves molding a mixture comprising β ″ alumina to form a bundle of tubes 16 all of which are open at one end and occluded by occlusion panels 20 integrally molded at the other end. And, optionally, the tube will also be integrally molded with a portion of the header cup 12 from the mixture. The mixture having α-alumina is molded to form a molded article that forms part or all of the header cup 12. The two moldings are then hermetically sealed together by glassing or glass welding (after their sintering), as described hereinafter with reference to FIG.

【0021】図6〜8の場合、ある選択されたチューブ
は、ヘッダから遠い開口端を備え、且つヘッダに隣接す
る端部は閉じられて成形され得ると同時に、その他はヘ
ッダ12から遠いそれらの端部において閉じられ、そし
て開口28においてヘッダ空間26内に開口すべく成形
される。
In the case of FIGS. 6-8, some selected tubes have open ends remote from the header, and the ends adjacent to the header can be closed and molded, while others are remote from the header 12. It is closed at the end and molded to open into the header space 26 at the opening 28.

【0022】図9において、別に明示しない限り、図1
と同一の部分には同一の参照符号が用いられる。ヘッダ
カップ12が、チューブ16の上端部のみと共に示され
ており、またヘッダカップ12は、中央開口44を有す
る蓋42と共に示されている。蓋42の外部(上部)表
面に、48において、開口44の周辺に沿って、密閉さ
れて熱圧縮接合された金属シールリング46が示されて
いる。リング46は、半径方向に、外方に向けて突出し
て周辺に延び、蓋42に接合されるフランジ50、およ
び該フランジ50の内周に沿って延びる直立リム52を
有する。
In FIG. 9, unless explicitly stated otherwise, FIG.
The same reference numerals are used for the same parts. The header cup 12 is shown with only the upper end of the tube 16, and the header cup 12 is shown with a lid 42 having a central opening 44. On the outer (upper) surface of the lid 42, a hermetically sealed thermocompression bonded metal seal ring 46 is shown at 48, along the periphery of the opening 44. The ring 46 has a flange 50 radially projecting outward and extending peripherally and joined to the lid 42 and an upright rim 52 extending along the inner circumference of the flange 50.

【0023】同様に、金属シールリング54は、蓋42
の内部(下部)表面に、56において、開口44の周辺
に沿って密閉されて熱圧縮接合されている。リング54
は、半径方向に、外方に向けて突出して周辺に延び、蓋
42に接合されるフランジ58、並びに開口44、およ
びリング46のリム52の内側で且つそれと同心状に、
該フランジ58の内周に沿って延びる直立リム60を有
する。
Similarly, the metal seal ring 54 is
At the inner (lower) surface of, is hermetically sealed at 56 along the periphery of the opening 44. Ring 54
Are radially outwardly projecting and extending circumferentially, inside and concentric with the flange 58 joined to the lid 42 and the rim 52 of the opening 44 and ring 46,
It has an upright rim 60 extending along the inner circumference of the flange 58.

【0024】蓋42の外周は、ヘッダカップ12のリム
24の上縁へ、ガラスビードすなわちフィレット62に
よってガラス溶接されることが示されている。
The outer periphery of lid 42 is shown to be glass welded to the upper edge of rim 24 of header cup 12 by a glass bead or fillet 62.

【0025】実際、アセンブリ10(図1も参照された
い)の作成においては、床部22およびリム24は、互
いにおよびチューブ16と共に一体に、β”アルミナを
含む混合物により成形され、そして蓋42は、αアルミ
ナを含む混合物とは別に成形される。該2つの成形物
は、それから焼結され、その後にリング46および54
が蓋42に接合され、蓋42は、それからビード62の
上縁にガラス溶接される。
In fact, in making assembly 10 (see also FIG. 1), floor 22 and rim 24 are molded together with each other and with tube 16 from a mixture comprising β ″ alumina, and lid 42 is , Α-alumina are molded separately, and the two moldings are then sintered and then the rings 46 and 54
Is joined to the lid 42, which is then glass welded to the upper edge of the bead 62.

【0026】この方法の変形例においては、床部22
が、チューブ16と一体にβ”アルミナを含む混合物に
よって成形され、且つ蓋42およびリム24が、αアル
ミナを含む混合物によって一体に成形される。この場
合、ガラス溶接は、床部22の周辺の位置64におい
て、それをリム24の下縁にガラス溶接すべく、行なわ
れるであろう。
In a variant of this method, the floor 22
Is molded integrally with the tube 16 by a mixture including β ″ alumina, and the lid 42 and the rim 24 are integrally molded by the mixture including α-alumina. In this case, the glass weld is formed around the floor 22. At location 64, it will be done to glass weld it to the lower edge of rim 24.

【0027】該方法のその他の変形例においては、蓋4
2、リム24および開口28を有する床部22は、αア
ルミナを含む混合物によって一体に成形され得るととも
に、チューブ16のみが、それらの閉塞物20と共に
β”アルミナを含む混合物によって成形される。この場
合、チューブ16の開放上端は、開口28にガラス溶接
されるであろう。
In another variant of the method, the lid 4
2, the floor 22 with the rim 24 and the opening 28 can be integrally molded with a mixture comprising α-alumina and only the tubes 16 are molded with a mixture comprising β ″ alumina with their closure 20. In that case, the open upper end of tube 16 would be glass welded to opening 28.

【0028】図1〜5の場合、チューブ16は、チュー
ブ間の空間34により明確に区別することができる。電
気化学電池に使用する際には、チューブ16は、カソー
ド材料またはアノード材料のような、電気化学的な電極
活物質を収容すると予想される。チューブ16がカソー
ド物質を収容するときは、空間34がアノード物質を収
容するであろう。そして、チューブ16がアノード物質
を収容するときは、空間34がカソード物質を収容する
であろう。
In the case of FIGS. 1 to 5, the tubes 16 can be clearly distinguished by the spaces 34 between the tubes. When used in an electrochemical cell, the tube 16 is expected to contain an electrochemical electrode active material, such as a cathode or anode material. When tube 16 contains the cathode material, space 34 will contain the anode material. And when the tube 16 contains the anode material, the space 34 will contain the cathode material.

【0029】しかしながら、図6〜8の場合には、空間
34が存在しない。したがって、もしも、チューブの固
体電解質の壁部によって離間されて、アノード物質のす
ぐ近くにカソード物質を有することが望まれるなら、い
くつかのチューブがカソード物質を収容し、且つその他
がアノード物質を収容するであろう。可能なアノード/
カソード配列が図7に示されており、そこでは、カソー
ド物質を収容しているチューブは「C」で示され、アノ
ード物質を収容しているチューブは「A」で示される。
図8の場合、例えば、より小さなチューブがアノード物
質を収容し、より大きなチューブがカソード物質を収容
してもよい。
However, in the case of FIGS. 6 to 8, the space 34 does not exist. Thus, if it is desired to have the cathode material in close proximity to the anode material, separated by the solid electrolyte walls of the tubes, some tubes will contain the cathode material and others will contain the anode material. Will do. Possible anodes /
The cathode arrangement is shown in FIG. 7, where the tube containing the cathodic material is indicated by "C" and the tube containing the anodic material is indicated by "A".
In the case of FIG. 8, for example, a smaller tube may contain the anode material and a larger tube may contain the cathode material.

【0030】図1〜5(同様の考察が適用される場合図
6〜8についても)の場合、1つの電極物質(事情に応
じてカソード物質またはアノード物質)を収容する全て
のチューブは、典型的には、そこからヘッダ12内に開
口し、それらの反対の、ヘッダから遠い端部は、閉塞パ
ネル20により閉塞されるであろう。そして、他の電極
物質(事情に応じてアノード物質またはカソード物質)
を収容する全てのチューブは、ヘッダ12から遠い端部
を開口し、同時に、それらのヘッダ12に近接する端部
は、ヘッダ床部22により閉塞するであろう。
In FIGS. 1-5 (and for similar considerations also for FIGS. 6-8), all tubes containing one electrode material (cathode or anode depending on the circumstances) are typically In particular, the ends that open into the header 12 from which they are opposite and will be remote from the header will be closed by the closing panel 20. And other electrode materials (anode material or cathode material depending on the circumstances)
Will open at the end remote from the header 12 while their ends proximate to the header 12 will be closed by the header floor 22.

【0031】各場合において、チューブの壁部に密に近
接して、場合によってはそれによって囲まれて(図2〜
5)、チューブの壁部によってカソード活物質から分離
されるべくアノード活物質を提供するセパレータアセン
ブリ10が得られる。ヘッダ12は、電気化学電池のハ
ウジング内の適所に、ヘッダ空間26と連通するチュー
ブ内の1つの電極物質、およびヘッダから閉塞されヘッ
ダから遠いチューブ束の端部においてセパレータアセン
ブリ10と電池ハウジングとの間の空間に連通するチュ
ーブ間の空間または他のチューブにおける他の電極物質
と共に、アセンブリ10を接続するために提供される。
本発明の方法は、少なくとも図面を参照して説明したよ
うに、成形によるアセンブリ後に、所望に応じて、容易
に焼結され得る、注入成形によるヘッダおよび相互接続
されるチューブ束を含む、セパレータアセンブリを大量
生産するための便利且つ望ましい方法を提供する。
In each case, it is in close proximity to, and possibly surrounded by, the wall of the tube (FIG. 2).
5) A separator assembly 10 is provided that provides the anode active material to be separated from the cathode active material by the wall of the tube. The header 12 has one electrode material in a tube communicating with the header space 26 in place in the housing of the electrochemical cell and the separator assembly 10 and the battery housing at the end of the tube bundle closed from the header and remote from the header. Provided to connect the assembly 10 with other electrode material in the space between tubes or other tubes communicating with the interspace.
The method of the present invention comprises a separator assembly including an injection molded header and an interconnected tube bundle that can be easily sintered, if desired, after assembly by molding, as described with reference to at least the figures. Provides a convenient and desirable method for mass-producing.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の方法に従った作られたヘッダを含むセ
パレータアセンブリの、図2のI〜I線の方向における
模式的側面立面断面図である。
FIG. 1 is a schematic side elevational sectional view of a separator assembly including a header made in accordance with the method of the present invention in the direction of the line II of FIG.

【図2】図1のアセンブリの図1におけるII〜II線
の方向における模式的断面平面図である。
2 is a schematic sectional plan view of the assembly of FIG. 1 in the direction of the line II-II in FIG. 1;

【図3】本発明の方法に従って作られた、図1および図
2のアセンブリのチューブ配列とは異なり、且つ互いに
相違するチューブ配列を有する、図2に対応するセパレ
ータアセンブリの模式図である。
FIG. 3 is a schematic view of a separator assembly corresponding to FIG. 2 made according to the method of the invention and having a different tube arrangement than the tube arrangement of the assembly of FIGS. 1 and 2;

【図4】本発明の方法に従って作られた、図1および図
2のアセンブリのチューブ配列とは異なり、且つ互いに
相違するチューブ配列を有する、図2に対応するセパレ
ータアセンブリの模式図である。
FIG. 4 is a schematic view of a separator assembly corresponding to FIG. 2 made according to the method of the present invention and having a different tube arrangement than the tube arrangement of the assembly of FIGS. 1 and 2;

【図5】本発明の方法に従って作られた、図1および図
2のアセンブリのチューブ配列とは異なり、且つ互いに
相違するチューブ配列を有する、図2に対応するセパレ
ータアセンブリの模式図である。
FIG. 5 is a schematic view of the separator assembly corresponding to FIG. 2 made according to the method of the present invention and having a different tube arrangement than the tube arrangement of the assembly of FIGS. 1 and 2;

【図6】本発明の方法に従って作られた、図1および図
2のアセンブリのチューブ配列とは異なり、且つ互いに
相違するチューブ配列を有する、図2に対応するセパレ
ータアセンブリの模式図である。
FIG. 6 is a schematic view of the separator assembly corresponding to FIG. 2 made according to the method of the present invention and having a different tube arrangement than the tube arrangement of the assembly of FIGS. 1 and 2;

【図7】本発明の方法に従って作られた、図1および図
2のアセンブリのチューブ配列とは異なり、且つ互いに
相違するチューブ配列を有する、図2に対応するセパレ
ータアセンブリの模式図である。
FIG. 7 is a schematic view of the separator assembly corresponding to FIG. 2 made according to the method of the present invention and having a different tube arrangement than the tube arrangement of the assembly of FIGS. 1 and 2;

【図8】本発明の方法に従って作られた、図1および図
2のアセンブリのチューブ配列とは異なり、且つ互いに
相違するチューブ配列を有する、図2に対応するセパレ
ータアセンブリの模式図である。
FIG. 8 is a schematic view of the separator assembly corresponding to FIG. 2 made according to the method of the present invention and having a different tube arrangement than the tube arrangement of the assembly of FIGS. 1 and 2;

【図9】図1のアセンブリのヘッダを拡大して詳細を示
す。
FIG. 9 shows an enlarged detail of the header of the assembly of FIG. 1;

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10 セパレータアセンブリ 12 ヘッダ 14 セパレータ 16 セパレータチューブ 18 ウェブ 20 閉塞物 22 床部 24、52、60 リム 26 ヘッダ空間 28 開口 30 床部周囲 34 チューブ間の空間 36 壁部 38、40 行 42 蓋 44 中央開口 46、54 金属シールリング 50、58 フランジ 62 ビード DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Separator assembly 12 Header 14 Separator 16 Separator tube 18 Web 20 Closure 22 Floor 24, 52, 60 Rim 26 Header space 28 Opening 30 Perimeter of floor 34 Space between tubes 36 Wall 38, 40 rows 42 Cover 44 Central opening 46, 54 Metal seal ring 50, 58 Flange 62 Bead

Claims (8)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 一体の多結晶セラミック固体電解質アー
ティファクトを形成するように焼結され得る微粒子出発
材料から、高温電気化学電池のためのセラミック固体電
解質セパレータを作る方法であって、 成形可能な混合物を形成するように、微粒子出発材料を
バインダとともに混合するステップと、 並列関係に配列された少なくとも5個の多数の相互接続
されたチューブを含む、一体の焼結可能な未加工のアー
ティファクトを形成するように、成形可能な混合物を成
形するステップと、 焼結された多結晶セラミック固体電解質アーティファク
トを形成するように、未焼結のアーティファクトを焼結
するステップとを含み、該焼結された多結晶セラミック
固体電解質アーティファクトは、焼結により一体に相互
接続され、且つ並列的な関係に配列された少なくとも5
個の多数のセラミック固体電解質セパレータチューブを
含む、高温電気化学電池のためのセラミック固体電解質
セパレータを作る方法。
A method of making a ceramic solid electrolyte separator for a high temperature electrochemical cell from a particulate starting material that can be sintered to form an integral polycrystalline ceramic solid electrolyte artifact, comprising: Mixing the particulate starting material with a binder to form; and forming an integral sinterable raw artifact comprising at least five multiple interconnected tubes arranged in a side-by-side relationship. Forming a moldable mixture; and sintering the unsintered artifact to form a sintered polycrystalline ceramic solid electrolyte artifact, wherein the sintered polycrystalline ceramic comprises: Solid electrolyte artifacts are interconnected together by sintering and in a parallel relationship. At least 5 arranged
A method of making a ceramic solid electrolyte separator for a high temperature electrochemical cell comprising a number of ceramic solid electrolyte separator tubes.
【請求項2】 微粒子出発材料は、βアルミナナトリウ
ム、β”アルミナナトリウム、およびそれらの混合物か
らなる固体電解質のグループから選択された固体電解質
の前駆物質であり、バインダは、熱可塑性特性を有する
バインダ、熱硬化性特性を有するバインダ、熱可塑性特
性と熱硬化性特性の両者を有するバインダ、およびそれ
らのバインダの混合物からなるグループから選択される
請求項1に記載の方法。
2. The particulate starting material is a precursor of a solid electrolyte selected from the group of solid electrolytes consisting of sodium beta-alumina, sodium beta "-alumina, and mixtures thereof, wherein the binder is a binder having thermoplastic properties. The method of claim 1, wherein the binder is selected from the group consisting of: a binder having thermosetting properties, a binder having both thermoplastic and thermosetting properties, and a mixture of those binders.
【請求項3】 成形は、隣り合ったチューブの周囲が互
いに隣接し、且つ、焼結後は互いに一体化される密集し
て並列に隣接する関係で、未焼結アーティファクトのチ
ューブを提供するように働く請求項1または2に記載の
方法。
3. The molding is to provide a tube of unsintered artifact in a closely juxtaposed side-by-side relationship in which adjacent tubes are adjacent to each other and integrated after sintering. 3. A method according to claim 1 or claim 2, which works for.
【請求項4】 成形は、チューブが、成形される未焼結
材料のウェブの形態で長手方向に延びるスペーサによっ
て、互いに離間して配置され、各ウェブは、2つの隣接
するチューブの周囲に一体化される側縁を有して、互い
に間隔をあけて並列的な関係で未焼結アーティファクト
のチューブを提供するように働く請求項1または2に記
載の方法。
4. The molding wherein the tubes are spaced apart from each other by spacers extending longitudinally in the form of a web of green material to be molded, each web being integral around two adjacent tubes. 3. A method as claimed in claim 1 or claim 2 having a side edge that is textured and operative to provide a tube of green artifact in spaced-apart, side-by-side relationship.
【請求項5】 成形は、チューブが、焼結した後に、ヘ
ッダに密閉して結合されるように、ヘッダと共に一体に
成形される開口端を有する複数のセパレータチューブを
提供するように働き、該ヘッダは、内部がこれらのチュ
ーブの内部に連通しており、且つ該ヘッダは、電子的に
且つ電気化学的に絶縁する材料からなる、請求項1〜4
のいずれか一項に記載の方法。
5. The molding serves to provide a plurality of separator tubes having open ends that are integrally molded with the header such that the tubes are hermetically bonded to the header after sintering. 5. A header, the interior of which communicates with the interior of the tubes, and the header is made of a material that is electrically and electrochemically insulating.
The method according to any one of the preceding claims.
【請求項6】 成形は、チューブの開口端が結合される
周囲への開口を有する床部をヘッダに提供するように働
き、チューブ内部が開口を介してヘッダの内部と連通
し、方法は、床部の周囲に沿って延びる下縁を有する直
立リムを該床部に設けることと、周囲に沿ってリムの上
縁が延びる蓋をヘッダに設けることとを含む請求項5に
記載の方法。
6. The shaping serves to provide the header with a floor having an opening to the periphery to which the open end of the tube is coupled, wherein the interior of the tube communicates with the interior of the header through the opening. 6. The method of claim 5, comprising providing an upright rim on the floor having a lower edge extending along the perimeter of the floor, and providing a header on the header with an upper edge extending along the perimeter of the rim.
【請求項7】 リムおよび蓋を一緒にして一体型として
全体的に成形した後に、リムの下縁を床部の周囲に密閉
してガラス溶接することを含む請求項6に記載の方法。
7. The method of claim 6, including after the rim and lid have been integrally molded together as a single piece, the lower edge of the rim is hermetically sealed around the floor and glass welded.
【請求項8】 床部およびリムを一緒にして一体型とし
て全体的に成形した後に、リムの上縁を蓋に密閉してガ
ラス溶接することを含む請求項6に記載の方法。
8. The method according to claim 6, comprising sealing the upper edge of the rim to the lid and glass welding after the floor and the rim are integrally formed as one piece together.
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