JPH0652671B2 - 充電可能な電気化学的発電装置 - Google Patents

充電可能な電気化学的発電装置

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JPH0652671B2
JPH0652671B2 JP1045566A JP4556689A JPH0652671B2 JP H0652671 B2 JPH0652671 B2 JP H0652671B2 JP 1045566 A JP1045566 A JP 1045566A JP 4556689 A JP4556689 A JP 4556689A JP H0652671 B2 JPH0652671 B2 JP H0652671B2
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ミツシエル・アルモン
ミツシエル・デユクロ
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アジエンス・ナチオナレ・ドウ・バロリザチオン・ドウ・ラ・レシエルシエ （アンバ−ル）
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、負極、もしくは化学ポテンシャルが高い陽イ
オン「供給源」から発する陽イオンが、中間に介在する
電解質を介するイオン伝導により、正極、もしくは該陽
イオンに対応する非イオン化種（即ち、イオン化されて
いない）で、かつ化学ポテンシャルが低い物質の「ウェ
ル」へと移転することにより電気化学反応が起り、電流
の発生に導く型の新規な電気化学的な発電装置に関する
ものである。本発明は更に、特に本発明の発電装置の製
造用の、新規物質及び新規な形態の電解質及び電極にも
関するものである。
本発明は特に、負極が、その固体電解質に接する境界面
にアルカリ陽イオンを送ることができ、かつ、その陽イ
オンが正極と接触することにより荷電が外れて得られる
アルカリ金属が正極の物理的構造内もしくは分子構造内
に入り込むことができる型の発電装置に関するものであ
る。
上記の型に属する発電装置には、負極が、例えば、リチ
ウム、ナトリウムもしくはカリウムのようなアルカリ金
属より構成されているもの、例えばアルミニウムもしく
はケイ素のような他の金属に上記のようなアルカリ金属
が混合された形で存在する金属間化合物より構成されて
いるもの、及びアルカリ金属が入り込むことができる結
晶格子を有する受容型物質にアルカリ金属が侵入した形
の侵入型化合物（insertion compound）から構成されて
いるものが含まれる。
上記したような負極に、直流電流で結合している正極の
種々の構成物質についてもまた既に幾多の記述がなされ
ている。例えば硫黄、或はまた、特に好ましくは、負極
の化学ポテンシヤルに比べて必然的に低い化学ポテンシ
ヤルをもたらす遷移金属の塩のような化合物を含有する
物質が重要である。有利な手段としては、アルカリ金
属、更には、例えばアンモニウム陽イオンNH4 +のような
他のタイプの陽イオンに対応する物質が溶け入る層状構
造の型の物質が用いられる。
侵入型化合物の形でアルカリ金属を溶け入ることのでき
る上記の型の物質の中では、特にグラフアイトの単分子
層が遷移金属の塩の層の間に挿入された形で含まれてい
るグラフアイトと遷移金属の塩の「挿入化合物（interc
alary）」と呼ばれる化合物を挙げることができる。こ
れについては、１９７２年８月１８日付の仏国特許第７
２−２９７３４号に記載がある。
前記の型の発電装置に用いるように提案されている固溶
体についても種々あり、特にイオン的性質のみを伝導す
ることが特徴である金属塩もしくは金属複合体を挙げる
ことができる。念のため記述すると、例えば「β−アル
ミナ」の名称で知られているアルカリ陽イオンを含むア
ルミン酸塩を挙げることができ、この物質のアルカリ陽
イオンは、その電気化合的発電装置の作動の間、荷電を
運搬するのに直接的に関与する。
上記の種類に属する発電装置には、例えば、通常の電池
のような充電不能の発電装置（一次電池）又は、まれな
例として、蓄電池のような充電可能の発電装置がある
が、これらには数多くの問題がある。それらは、しばし
ば高温で保証されている機能に応じる程度について満足
できる電気効率（電気量）を発生することができるのみ
である。また、ナトリウム・硫黄系の蓄電池を例にとれ
ば、これは３００℃（電極物質が融解状態となる温度）
以上の機能温度でのみ充分な電流密度をつくりだすこと
ができる。高温の機能温度により考慮しなければならな
い問題点としては、そのような機能条件を可能にするよ
うな、発電装置の作用部品（電極及び電解質）を収容す
るための容器、ケース等として充分なレベルに見合つた
抵抗性を持つ材料が必要であることを挙げるべきであろ
う。
上記のような発電装置の基本的な部品の構成として、そ
の発電装置の機能する状態に於いて固体として留まる物
質を用いることによる上述の問題に対処する方法は既に
提案されている。
その発電装置の各部品の構成を、それらを収容する容器
の構成と同程度に簡単とすることができるのであれば、
今日まで殆んど乗り越えられずに来た重要な問題は一つ
となる。その問題は、それらの発電装置の機能中に電極
で発生する体積の変動に起因するものである。特に、負
極の体積は放電中に、そのアルカリ金属濃度が電解質と
の境界面に接して減るにつれて減少する傾向があり、一
方、これに反して多くの場合、正極の体積は、アルカリ
金属の原子が格子に侵入するのに応じて増加し、応々の
場合、ついには最初からの構成要素であつた物質の結晶
平面を離隔させるようになる。この場合、非常に重大な
問題点は、電解質と電極との間の電気的接触を適当に保
ち、発電装置の放電時の特徴である重大な体積変動を引
き起こす激しい局在化をできるだけ少なくすることであ
る。この型の問題点は部分的には、既述の仏国特許第７
２−２９７３４号に記された型の発電装置により解決済
である。そこには実際、アルカリ金属原子が少なくとも
微小である場合には、正極の体積を目立つ程には変える
ことなく、記載された層状化合物の平面間に侵入するこ
とができると記載されている。この固体が機械的な変形
を受けにくいということにより、電気化学反応中の負極
で発生する体積の変化を別にしても、これを発電装置の
基本部品に利用し続けることは困難である。この問題に
更に加えて、固体物質間の連続的かつ安定した接触を実
現する方法の困難さがある。この難点への対拠として、
導電性の液体物質を挾み込む方法が提案されている。し
かしまた、固体構成体間に液体の構成物質を固定してお
くことに関する困難さがあることが見出されている。
本発明は、これらの問題点の少なくとも大部分を解決す
ることを目的とするもので、特に、１００℃以下、好ま
しくは６０℃という低い温度で充分に機能することがで
きる好ましくは充電可能である電気化学的な発電装置を
提供するものである。本発明の発電装置では、作動（機
能）中、全部の構成体が固体の状態で保持され、体積の
実際の変動は非常に用意に補償することができ、かつ両
電極と電解質との間の接触が破壊される危険性を、完全
に消滅させるものではないにしても、かなり低減させる
ものである。
本発明の電気化学的発電装置は、高い化学ポテンシヤル
を持つ物質の「供給源（ソース）」から成り、アルカリ
陽イオン又はアンモニウム陽イオンを、固体電解質に接
する境界面に供給することのできる負極、及び上記のア
ルカリ陽イオンに対応する非イオン化種（即ち、イオン
化されていない）物質で低い化学ポテンシヤルを持つ
「ウェル」となることのできる正極とを少なくとも含む
ものであり、該固体電解質は、電流の発生のための電気
化学反応が起こる際の負極から正極へのイオンの伝導に
よるアルカリ陽イオンの移動を可能にする種類のもの
で、該固体電解質の少なくとも一部は、可塑性を持つ高
分子固体物質の内部にイオン性物質が完全に溶け込んだ
形の固溶体から構成されており、該イオン性物質はＭ＋
Ｘ−の式（式中、Ｍ＋は負極からその電解質との境界面
に供給される陽イオンに少なくとも一部は一致する陽イ
オンであるアルカリ金属陽イオンもしくはアンモニウム
イオン、Ｘ−は強酸の陰イオンである）で表されるもの
であり、また高分子固体物質の少なくとも一部もしくは
大部分は、陽イオンＭ＋に対して供与・受容体となる結
合を形成することのできるヘテロ原子（特に、酸素又は
窒素原子）を少なくとも含む一種以上の単量体から誘導
された単独重合体（ホモポリマー）及び／又は共重合体
から構成されており、電極の少なくとも一個は、該電極
と該固溶体の活性形のものを含む微粒子状の電極物質が
複合的に集塊された生成物からなり、その場合の該可塑
性を持つ高分子固体物質は、分子量５００００以上であ
り、特定の温度で融解することがなく、そして、熱可塑
性でありまた実質的に水溶性であることを特徴とする。
上記の可塑性（柔軟性）を持つ高分子固体物質は更に、
熱可塑性でかつ交差結合を持たない（即ち、非網状構造
性の）単独重合体の分子鎖から実質的に構成されている
ことが好ましい。
本発明に於いて好ましい物質は、例えば熱間圧延等で、
融解状態にしないで、或は、有機溶媒に溶解した溶液、
もしくは複数の基本構成物質の溶液、即ち、高分子物質
とM+X-の塩とをメタノールやアセトニトリルのような両
者に対する溶媒に溶かした溶液を支持体上に載せ、溶媒
を蒸発させる方法等により容易に薄い膜状（フイルム）
とすることができる。勿論、所望の可塑性（柔軟性）を
得るために充分な分子量を持つ高分子物質が用いられ
る。そのような特性は一般には、５万位の分子量から達
成されるが、勿論この数値に限られるわけではない。実
用上は、更に大きな分子量、例えば３００万を越えるも
の、が利用される。
固体電解質は実質的に湿気のない状態、即ち実質的に無
水の状態で形成される。
本発明は高い分子量により得られる可塑性（プラスチツ
ク）物質の機械的特性を利用するものである。電解質
は、後に実施例により説明するように、非常に薄い膜状
（フイルム）に形成することもできる。これらの可塑性
物質は同時に、通常のプラスチツク物資の持つ適当な性
質、特に温度の関数として粘度が変化、上昇するという
性質をも示すものである。
上記の理由により、本発明の可塑性物質は、特定の温度
で明確な融解を起こさせる原因となる低分子量を持つワ
ツクス、ろう等とは区別されるものである。また同様に
上記の理由から、溶媒中で大きく膨張する従来のゲルと
も区別されるものである。
本発明で用いる電解質の物質は、可塑性物質について前
述したような無機塩の真正な固溶体で、実質的にはいか
なる溶媒をも含まないものである。
従つて、本発明は、電極の体積の変動を補償することを
容易とする柔軟性、そして両電極との境界面に均り合う
接着性、特に発電装置の機能時に固体でいる両電極との
接着性をもたらす固体電解質を含む発電装置を提供する
ものである。
さらに、本発明の発電装置は、かなり低い温度、特に１
５０℃以下、好ましくは１００℃以下、更には約６０
℃、に於いて満足できる機能を発揮することのできるも
のであり、この点は既に述べた全ての見地からみて明白
な有利さをもたらすものである。
上記固溶体の構成にあづかる高分子物質の少なくとも一
部分が、鎖の炭素原子の４個、好ましくは２個につき、
酸素もしくは窒素のうちの少なくとも１個のヘテロ原子
を含む鎖を含有する単独重合体又は共重合体から構成さ
れ、これらのヘテロ原子が、４個の炭素原子、好ましく
は２個の炭素原子につき１個のヘテロ原子の割合で、該
鎖の形成に直接関与しているか、あるいは、炭素原子の
均一な配列によって構成される鎖の炭素原子に直接、し
かし、側部に結合しているか、のいずれかであり、これ
らの高分子物質は水溶性であり、水に膨潤性である。
第一の場合に於いては、ヘテロ原子は鎖の中で両隣の炭
素原子に挾まれている。第二の場合では、ヘテロ原子は
前記の分子鎖の炭素原子に接して、その側面に結合する
ものとなつている。この場合では、そのヘテロ原子の自
由となつている結合手は側部に付く基又は鎖を結合する
ために用いられる場合もある。
前述のような固体電解質を得るために特に用いられる高
分子物質としては、 式 上式に於いて、Ｒ′は水素原子又はRa、−CH2−Ｏ−R
a、−CH2−Ｏ−Re−Raもしくは−CH2−Ｎ＝（CH3）２の
基の一つを表わし（但し、Raは特に１−１６個、好まし
くは１−４個、の炭素原子を有するアルキルもしくはシ
クロアルキル基で、Reは−（CH2−CH2−Ｏ）ｐ−の一般
式（ｐは１−１００、特には１−２、の数値である）を
表わす）、 式 上式に於いて、Ｒ″はRaもしくは−Re−Raを表わす（但
し、Ra及びReの各々は上述の意味を有する）、又は 式 上式に於いて、Ra及びReの各々は上述の意味を有する、 で表わされる単量体単位から誘導されるものを挙げるこ
とができる。
第一の型の適当な高分子物質としてはポリ（エチレンオ
キシド）から成るものを挙げることができ、これは例え
ば２００℃の温度で加熱する技術により形成することが
できる。後述する実施例に見られるように、このポリ
（エチレンオキシド）は、少なくとも、アルカリ塩のあ
る相対濃度では、そのアルカリ塩が内部まで均一な拡散
することを困難にさせる性質をもたらす結晶構造を形成
する傾向があるにもかかわらず、本発明の発電装置に用
いるのに非常に有利な高分子物質となるものである。
本発明の電解質を構成するのに用いられる好ましい種類
の高分子物質は、これ自身新規なものであるが、 式 上式に於いて、R′はRa、−CH2−Ｏ−Ra、−CH2−Ｏ−R
e−Raもしくは−CH2−Ｎ＝（CH3）２の基の一つを表わ
す（ここで、Raは特に１−１２個、好ましくは１−４
個、の炭素原子を有するアルキルもしくはシクロアルキ
ル基で、Reは、−（CH2−CH2−Ｏ）ｐ−の一般式（ｐは
１−１０の数値である）を表わす）、 式 上式に於いて、R″はRaもしくは−Re−Raを表わす（こ
こで、Ra及びReの各々は上述の意味を有する）、又は 式 上式に於いて、Ra及びReの各々は上述の意味を有する、 で表わされる単量体単位から誘導される等方性の無定形
エラストマーである。
上記の物質の弾力性、無定形性及び等方性は、ペーター
・ブイ・ライト（Peter V.Wright）が「Br.Polym.J.，1
975,7,319-327」に「ポリ（エチレンオキシド）のイオ
ン性複合体の電気伝導性」と題する論文で述べているよ
うに、複雑なポリ（エチレンオキシド）の結晶性とは対
照的をなす性質である。この論文には、著者が、高度な
結晶性を持つポリ（エチレンオキシド）に或る種の塩を
組み入れて、その高結晶性の高分子物質と塩との複合体
の、特に転移点付近での挙動を研究したと述べられてい
る。
それらの物質の無定形性は、特にＸ線解析により見るこ
とができる。このＸ線図は、例えば、かなり高度にまで
到達した結晶組織（結晶は全体量の約８０％まで占める
ことができる）を意味する相対的に明瞭な帯を明示する
Ｘ線回折図が得られるポリ（エチレンオキシド）のよう
な結晶性の高い高分子物質とは対照的に、特に好ましく
ない場合には、極端に大きな縞を含む拡散系を示すの
で、その利用には限度がある。
無定形性はまた、少なくともある種の物質が対象である
場合には透明性により見ることもできる。例えば半透明
ポリ（エチレンオキシド）に対照的なポリ（プロピレン
オキシド）を挙げることができる。
上述のように弾力性を与えるように構成された電解質は
更に他の利点、即ち、場合により、収縮と膨張を可能と
したその性質に起因して、その電解質を用いた発電装置
の充電及び放電中の両電極の体積変動を、少なくとも部
分的には、補償できるという利点をもたらすものであ
る。
上述のような無定形物質へのアルカリ塩M+X-の拡散は同
様に非常に容易であることが見出され、そしてこの二つ
の物質の相対比率がどうであろうと、前述のように形成
した固溶体は、熱加工、特に圧延、については同等であ
り、従つてその温度を更に低くすることができる。例え
ば、ポリ（プロピレンオキシド）を主成分とする固溶体
については約１５０℃で良い。
言うまでもなく、高分子物質に対するアルカリ塩の比率
は溶解最高限界を通常は越えてはならない。その限界を
越えると明確な二つの相が生成する。この場合には高分
子物質の内部にアルカリ塩が沈殿し、この沈殿により、
形成された電解質のイオン伝導性が、特には導電性が無
いか又は少ない領域もしくは点が形成することにより、
変化する。高分子物質に対するアルカリ塩の理論的な最
大比（これは用いられるアルカリ塩の数によつて常に決
まるものとは限らない）は、アルカリ原子の数に対する
ヘテロ原子（酸素もしくは窒素）の数の比として、４又
は４より大きい数値である。この数値４は実際、上記の
ヘテロ原子の自由電子対に溶媒和され得るアルカリ陽イ
オンM+の最大に一致するものである。実際には、この比
は４から３０の間である。一般には、最大の導電性は、
その数値が４から約２０の間にある場合に得られるが、
この数値の２０、更には上記の数値の３０も、限定的な
限界を意味するものではなく、更にその上の数値もまた
本発明から除外されるものではない。高分子物質に対す
るアルカリ塩の比を減少して用いた場合には、従つて上
記の比の数値を増大させることになり、対象の物質の導
電性を減少させることになることは当該技術者にとつて
明らかである。
高分子物質内のヘテロ原子の数に対する炭素原子の数の
比（炭素原子：ヘテロ原子）は、できるだけ少ない方が
良く、特に記せば２から１８の間であり、電解物質の端
子体積当りのヘテロ原子の最大数の配置を、前述の陽イ
オンM+に対する溶媒和の活性を含め考え合わせると、好
ましい数値は２から３の間である。
固体電解質の構成に用いる塩M+X-の陰イオンについて
は、そのイオン半径が１８１Å（塩素陰イオンのイオン
半径）と同じであることが有利であり、好ましくはその
値以上のものである。この理由により、ヨウ素イオン(I
-)が好ましい。更に言えば、いくつかの原子から形成さ
れ陰イオンがその原子間に分配されている複合体から形
成されている陰イオンも挙げることができる。更にま
た、少なくとも、水性媒体中で安定に存在し、その作用
が塩酸と同等か、好ましくは、それ以上である酸に基づ
く陰イオンも考慮すべきである。
陽イオンM+としては、多くの種類の金属が含まれ、考慮
対象の塩がいくつかの金属が混在する混合塩である場合
には、明らかに、それら種々の陽イオンの正荷電の総和
がその陰イオンのまわりの負荷電と均衡しているもので
ある。そのような混合塩の例としては、（Li0.5K0.5）S
CNが挙げられる。同様なことは、いくつかの陰イオンが
明確な化学構造を持つて入り込んでいる型のM+X-型の塩
にも勿論適用されるものである。
リチウム又はナトリウムの陽イオンを、それらが、正極
の物質に、より容易に溶け込めるように小さな体積を持
つか、そして更に、その小さな体積が不測の変形を起こ
さないかどうか、を考慮しながら用いるのが有利であ
る。しかしながら、それらは制限的な条件ではなく、他
のアルカリ陽イオンもまた同じく、有利に用いることが
できる。アンモニウムイオンNH4+を用いた固溶体は、次
の電気発生系を含む電気化学的発電装置の構成物質とし
て用いられる。
陰イオンとしては、SCN-、ClO4 -、BF4 -、PF6 -、AsF6 -、
CF3CO2 -及びCF3SO3 -、から選ぶのが好ましい。
本発明の固溶体としては、リチウムもしくはナトリウム
原子から得られる陽イオンと、I-、SCN-、ClO4 -、B
F4 -、PF6 -、AsF6 -、CF3CO2 -及びCF3SO3-、から選ばれる
陰イオンから成る塩を含むものであることが好ましい。
好ましい固溶体を他の形でグループ化すると、そのイオ
ン性化合物の陰イオンは、SCN-、PF6 -、AsF6 -及びCF3SO
3 -、から選ぶのが好ましく、陽イオンは、Li+、Na+、K+
及びNH4 +、から選ぶのが好ましい。
更に、他のグループ分けにより、有利な固溶体を示す
と、そのイオン性化合物の陰イオンがPF6 -もしくはAsF6
p-で、陽イオンがRb+もしくはCs+であるものである。
一般的には、本発明による有利な化合物は、好ましくは
１５０℃以下、特には１００℃以下、更には６０℃もし
くは室温で、特に、非常に薄い電解質を用いた場合に
は、１０-5Ω-1・cm-1以上のイオン伝導性を示すもので
ある。
本発明の他の大きな有利な点としては実際、本発明の物
質を用いることにより、非常に薄い電解質の膜（フイル
ム）、例えば１００分の１ミリメーターの位、即ち１０
０分の0.1から１００分の２０ミリメーター、とりわ
け、１００分の１から１００分の３ミリメーター程度の
もの、を製造することが可能となることでもある。
本発明の発電装置に於ける電解質の実質的な役目とし
て、陽イオンを負極から正極へと、分離壁が全くない場
合にも、運搬することができる点が注目されるであろ
う。この電解質は非常に薄くすることが可能で、特に、
その電解質が結合している両電極より、はるかに薄くで
きる。電解質は、その厚さを、例えば、一緒に用いる電
極の厚さの３０％以下、更には１０％程度にすることが
できる。電解質の物質の機械特性とその可塑性によつ
て、このように極端に薄くすることができるために、こ
のものから構成される発電装置の部品の容積上の収容力
を大きく増大させることができる。イオン性化合物M+X-
と前述の高分子化合物との固溶体を製造するためには、
例えば、メタノールもしくはアセトニトリルのような双
方にとつて共通な溶媒に、そのイオン性化合物と高分子
化合物とを溶解して行なうことができる。上記の固溶体
を得るための他の方法としては、高分子物質とイオン化
合物との混合物を粉砕し、その高分子物質（化合物）の
重合温度とほぼ同じか、もしくは高い温度でその混合物
を融解させ、次いで固溶体の形成に必要な程度まで、熱
い状態で混練する方法を挙げることができる。
上記の方法に於いて用いることのできる基本構成物質間
の相対比は、最終生成物についての所望の相対比にほぼ
一致する。高分子物質１kgに対して少なくとも１モルの
イオン性化合物を用いるのが好ましい。但し、採用され
る相対比は、高分子物質内へのイオン性化合物の溶解限
度に対応する相対比を越えてはならない。
本発明の他の特徴によれば、上述のようにして形成した
電解質に、イオン伝導専用の構成物質、例えば、リチウ
ム、ナトリウムもしくはカリウムが入つたβ−アルミ
ナ、リチウムとアルミン酸とヨウ素の混合物（LiI(Al2O
3)）、Na3Zr2PSi2O12の式を有するジルコニウムとナト
リウムのケイ燐酸複塩、更には亜鉛とリチウムのゲルマ
ニウム複塩（Li14ZnGe4O16）のような物質、を更に加え
ることができる。これらの物質は、得られる複合的電解
質のイオン伝導特性をもまた改善する効果を持つもので
ある。これらの添加は、固溶体と、この無機物の粉末と
を一緒に混練する方法か、又は前記したような有機溶媒
にイオン伝導性の固溶体を溶かした溶液もしくはその形
成に関与する構成物質を溶かした溶液に、その無機物質
をけん濁させて、このけん濁液を蒸発にかける方法のい
ずれかが有利である。これらのタイプの構成物質の各々
の相対比は任意であるが、しかし、得られた複合物質
が、圧延により薄膜（フイルム）が得られる程度或は所
望の機械的性質をつくりだすことのできる程度を越えて
まで、その無機物質によるイオン伝導性を大きくしては
ならない。それでもなお、無機系構成物質もしくはイオ
ン伝導専用の無機系構成物質の比率は、全体量に対して
９０％に達することもでき、好ましくは５０から８０％
（いずれも重量％）である。特に、複合物質を、非常に
薄い膜状（フイルム）もしくは板状（シート）の電解質
に成形することを予定している場合には、粒径が約0.1
μ（又は、更に小さいもの）から５００μ、好ましくは
0.1から１０ミクロン、にまで細粒化された無機物質を
用いることが望ましい。ただし、これらの数値は制限的
に解釈されるべきものではない。
電解質物質には更にまた、非導電性の不活性な粉末であ
る粒状物を加えることもできる。これらの粒状物は、そ
の粒径に応じて、圧延操作時に到達する可能な最も薄い
厚さを決定するものである。
イオン性化合物として用いられる塩の製造方法を記述す
る必要は無いであろう。同様に、高分子物質も容易に得
ることができる。
ある種の単量体又はそれに対応する重合体は市場で入手
することが可能であるか、或は既知の方法により製造す
ることができる。例えば、種々の重合体（単独重合体も
しくは共重合体）に対応する単量体として、次の型の単
量体単位を持つものを挙げることができる。
上式に於いて、Ｒ′は前述の意味を有するもので、市場
にて入手可能であるものとして、特に、Ｒ′がＨ，C
H3，C2H5，HC＝CH（ビニル）、C12H24，C12H22（シクロ
ドデカン）、C14H30もしくはC6H5（フエニル）、更にま
た、Ｒ′がCH2-O-Raで表わされるもの、但し、Raは、CH
3，C2H5，C3H7（ｎ−プロピルとイソプロピル）、C
4H3，C5H11，C6H13，C8H17，C12H25，C16H33，C6H5（フ
エニル）、もしくはCH3C6H4（オルト、メタもしくはパ
ラのトリル）を挙げることができる。
これらに対応する高分子物質は、既知の方法により、対
応する単量体を単独重合もしくは共重合することにより
得ることができる。その方法として、例えば、米国特許
第3,728,320号及び第3,728,321号に記載されているよう
な触媒を用いる方法を挙げることができる。
上述の種類の物質に属する高分子物質及び次に単量体単
位： の単量体（モノマー）から得られる高分子物質は、エピ
クロルヒドリンを重合させ、次いで得られた重合体を、
ジメチルアミンで、或は好ましくは、例えばテトラヒド
ロフランのような重合体の溶媒中でリチウムのジメチル
アミド錯体で、処理することにより得ることができる。
次の式： （Ｒ″は前述の意味を有する）で表わされるタイプの単
量体単位から誘導される種類の高分子物質は、例えば、
ダブリユ・ジー・バーブ（W.G.Barb）のJ.Chem.Soc.257
7(1955)、フアルブベルケ・ヘキスト・アー・ゲーの西
独国公告公報第914,325号（１９４９）、及びその他の
刊行物に記載されているように特に触媒の存在下で、ア
ジリジンを重合することにより得ることができる。
次の式： （Re及びRaは前述の意味を有する）で表わされるタイプ
の単量体単位から誘導される種類の高分子物質の内、Re
がCH2−CH2−Ｏで表わされ、かつRaがメチル基もしくは
エチル基であるもの、或は、Reが（CH2−CH2−Ｏ−）ｐ
で表わされ（ｐは２から４の間を変動）、かつRaがメチ
ル基であるものは、各々、市場にて入手することが可能
である。
他の前述の種類の物質については、例えば「Encycloped
ia of Polymer Science and Technology」、１４巻、５
０４頁（ニユーヨークのInterscience Publisheres編
集）もしくは米国特許第2,3115,67号に記載された合成
経路を利用すれば得ることができる。
電気化学的発電装置に入れるための電解質自体の製造に
ついては、その物質（材質）自体の製造について本明細
書に前述した方法の一つの方法もしくは他の方法を特に
利用することができる。
例えば、選択した金属塩と高分子物質との溶液から出発
して、これを板の上に流し、次いで乾燥器を用いて、約
５０℃の温度で溶媒を蒸発により除去する。これを乾燥
した後、支持体（これは実際には、例えばポリテトラフ
ルオロエチレンのような接着性でない材質から構成され
ていることが有利である）から引きはがすことのできる
薄膜が得られる。得られる薄膜の厚さは、自動的に、溶
液中に入れられた最初の物質の量の関数となるであろ
う。
問題となる支持体を、電極の一つ、特に正極、から構成
することもでき、これにより、形成した電解質は最終製
品の発電装置内に組み入れることになる。次いで、負極
を、特にその負極がナトリウムもしくはその低融解点合
金から成る場合、電解質の自由表面上に、そのナトリウ
ムもしくはその合金を液体状態にして流し、そして形成
した層を冷却する。この作業は勿論、不活性ふん囲気
下、無水の状態で行なう。発電装置の各部品の他の製造
法については、全ておのずから理解することができるで
あろう。同様に、予め調製した薄膜状の電解質の両面に
各々薄い膜とした電極物質を単純に積層する方法をも利
用することができる。
一般に、そして特に充電可能な二次電池の型の「全固体
系」発電装置については、その負極の構成物質として、
固体電解質との接界面にアルカリイオンを遊離させ得る
全ての化合物、即ち対応するアルカリ金属に比べて小さ
な電気的親和力を示す全ての化合物、を用いることがで
きる。従つて、金属それ自身を用いることができる他
に、上述の条件に適合する金属間化合物もしくは合金、
例えば、リチウムとアルミニウム又はケイ素、ナトリウ
ムもしくはヒ素の合金、を用いることができる。同じ
く、アルカリ金属が侵入することが可能な結晶格子を有
する受容体物質に、アルカリ金属が侵入した形の化合物
をも用いることができる。特には、その構造内にアルカ
リ原子が侵入することのできる層状構造化合物も用いる
ことができ、この「挿入型化合物」は、アルカリ金属の
化学ポテンシヤルに近い化学ポテンシヤルを示すものか
ら選ばれる。得られる侵入型化合物の例としては、全体
の式としてLiC6，KC8，その他、のように表わされるグ
ラフアイト、又はアルカリ金属と、アルミニウムのホウ
化物との混合物を挙げることができる。これらの列記は
当然、制限的な性質を持つものではなく、アルカリ金属
を含む侵入型化合物で、純粋なアルカリ金属の化学ポテ
ンシヤルとあまり大きな差のない化学ポテンシヤルを持
つものは全て用いることができる。アルカリ金属の化学
ポテンシヤルに比べて0.5電子ボルト（eV）よりも低く
ない化学ポテンシヤルを持つ侵入型化合物から選ぶこと
が好ましい。
上記とは逆に、正極について言えば、アルカリ金属に対
して強い電子的活性を有し、かつ、アルカリ金属がイオ
ンの状態である時に、それが金属の状態にある場合に持
つ化学ポテンシヤルに比べて弱い化学ポテンシヤルを、
そのアルカリ金属に供与することのできるアルカリと遷
移金属の化合物もしくは塩を含む混合物もしくは挿入化
合物は全て用いることができる。二つの化学ポテンシヤ
ルの差としては、2.5eVもしくはそれ以上、例えば約3e
V、が有利であると考えられる。
正極で用いるのに有利な遷移金属の例としては、チタ
ン、バナジウム、クロム、マンガン、鉄、ニツケル、コ
バルト、銅、ニオブ、タンタル、モリブデン等を挙げる
ことができる。
非制限的な例として挙げると、前述の仏国特許第72-297
34号に記載されているような、その構造内にアルカリ原
子がある比率で侵入するのを受容できるようなグラフア
イトと遷移金属塩との挿入型化合物を、前記の条件に合
うものとして挙げることができる。この型の化合物は、
例えば、グラフアイト・NiCl2のようなグラフアイト・
遷移金属塩型化合物を挙げることができる。他の例とし
ては、これは同様に非制限的なものであるが、遷移金属
の二硫化系列物、例えば、TiS2，NbSe2，その他、 遷移金属のオキシハロゲン化物、例えば、FeOCl，CrOB
r，その他、 遷移金属のハロ窒化物、例えば、TiNCl，ZrNCl，HfNB
r，その他、 を挙げることができる。
上記の物質は勿論、既にその受容性構造内に予めアルカ
リ金属を、それがある比率で挿入された形で、保持して
いても良い。ただし、その比率は、飽和比率を越えては
ならない。
本発明の好ましい他の特徴、即ち、本発明の発電装置に
独立して使用し得るという特徴に従い、一以上の電極
を、該電解質と同じ性質を有する固溶体のタイプの物
質、好ましくは、該電解質自体、をその電極内に組み入
れることにより、変成（一部変更）することができる。
従つて、電極は電極物質、特に、電極として活性な物質
及び、場合によつては、少なくとも一部分は、電荷を外
部の導電体に輸送する役目をする電子の伝導に対して作
用を持たない化合物と、他の部分としての、上記の固溶
体と、から成り、好ましくは、均質と見られる程度の複
合的な、集塊生成物としても考えることができる。
イオンと電子を同時に伝導する物質から構成された電極
は、「全固体」型の発電装置の電極の形成に特に適して
いる。かくして形成された電極は、高分子構成物質によ
り付与される柔軟性があるために、二次電池の場合の発
電装置の機能中、即ち充電中もしくは放電中に、その電
極そして、場合により、発電装置の他の構成物質が引き
受けなければならない体積の変動にうまく適応すること
ができる。同様にして、例えば、結合相手の電解質の表
面に対しての接合性及び適合性が改良された電極表面が
得られる。
上記のことは、発電装置の機能中に、その活性物質によ
り特定の割合で発生する体積の変化の少なくとも一部分
に対して電極全体を改良することのできる弾力性を、上
記の柔軟性に加えて有する高分子物質を選んだ時に、上
記の点は特記すべきものとなる。
更にまた、電気化学反応が実質的には電解質と電極との
境界面のみに於いて起こるようになつていた従来の発電
装置とは対照的に、電極部分にイオン伝導性の固溶体を
組み入れることにより、電極領域全体に於ける電気化学
反応を、活性物質の粒子での反応のレベルまで拡張する
効果が生まれる。電解質から電極へのイオン性電荷の輸
送の改善により、発電装置の機能温度を相対的に低くす
ることができる。活性物質の粒子、そして場合により、
一以上の補助のあるいは他の役目を持つ不活性な電気伝
導体の粒径は、約１から約３００μ、例えば１０から１
００μ、の間にあることが好ましい。固有のイオン伝導
性が相対的に小さい活性物質を用いる場合は、上記の粒
径を小さくするのが有利である。組み入れられた固溶体
は更に、電解質の他の構成物質の結合剤としての役目を
果たしていることにも気がつくことであろう。
電極に固溶体を組み入れるか、或は前記の集塊状物を用
いることの他の有利な点は、外部ふん囲気に対して保護
しなければならない活性物質を用いる場合に特に明らか
になる。その例として、特に正極に関するものとして
は、必然的に、湿気と酸素の完全な不存在下で操作を行
なわなければならないナトリウムの場合が挙げられる。
上述の条件は、これまでに記した種類のイオン伝導性の
高分子物質にナトリウムを粒子状又は粉末状で組み入れ
ることによつて外すことができるわけではない。しかし
ながら、厳重さを緩和することができるので、純粋な金
属の場合よりも操作が容易となる。
前記の固溶体と電極の他の構成物質との複合体を集塊状
にすることにより、決められた体積に成形するのを困難
にするような機械的特性を持つ電極物質を用いる場合に
は、特に有利となる。例えば、アルミニウムとリチウム
の合金から構成される電極物質を挙げることができる。
これらの金属は単独では可延性が殆んどない。
固溶体と電極物質との比率は大きな範囲で変えることが
できる。しかし、固溶体の比率は２５重量％を越えない
ことが望ましいが、勿論、この数値は制限的な意味を持
つものではない。しかしながら当該専門家であれば、共
存する電気容量の低下をもたらすからという簡単な理由
により、実用上は、電極中の固溶体の比率を過度に増加
させて用いることはしないであろう。
前述のような変成電極は、その一部として、微粒化され
た状態の電極物質から成る構成物質と、他部として、固
溶体、とを密に混合もしくは混練し、場合によつては更
に、固溶体の粒子を融解させるために加熱を行ない、こ
うして固溶体内に電極物質の粒子が良く入り込むように
して、得ることができる。また、固溶体、又はその固溶
体を形成するための出発物質、即ちこの場合では、一部
として高分子物質、そして他部として、M+X-の塩、から
成る構成物質を有機溶媒に溶かした溶液内に微粒化した
電極物質を懸濁させ、次に、本発明の発電装置の電解質
の好ましい製造方法の説明の際に既に記した条件と類似
の条件下で溶媒を蒸発させることによっても、変成電極
を製造することができる。
前記のように改良を行なった電極は、その固有の柔軟
（可塑）性、特には熱可塑性、そして場合によっては弾
力性（前に規定した無定形で等方性を持つ高分子物質を
用いる場合）のために、従来の電解質、特に固体電解
質、例えば前の方で規定した無機イオン伝導体から主と
して構成されている固体電解質、を用いた電気化学的発
電装置に用いるのにもまた適切なものである。
本発明によれば、特に、例えばポリテトラフルオロエチ
レンのような支持体上に前述のような懸濁液を流すこと
により電極を容易に形成することができる。
以上のようにして得られた電子とイオンの両方共を伝導
することのできる組成物は、電気化学的発電装置の電極
を直接製造するために適当であるが、更に、大きな表面
を持つ電極を工業的に容易かつ安価に製造することがで
きるという、もう一つの有利な点をもたらすことができ
る。実際、この組成物の可塑性により、特に圧延法によ
り、対象の電極に成型することができる。種々の形態の
ものを考えることができる。また、薄膜状もしくは薄板
状にした電解質と、対応する電極とを単に積層させるこ
とによつても電気化学的発電装置の部品を得ることも可
能である。積層部品は或は、例えば誘導体コンデンサの
製造に利用されている従来法に従つて、らせん状に巻く
こともできる。
本発明の有利さを特に生かす方法として、電解質を構成
する固溶体と、電極に組み入れる物質とを同一のものと
し、そしてその固溶体が、電解質から上記の電極内へと
実質的に連続的な形で伸びるようにし、その結果、発電
装置の部品が作動を行なつている間（即ち、充電中もし
くは放電中）の電解質と電極との間の接触の性質を密に
なるようにする方法がある。このような発電装置の部品
を得るための方法としては、例えば電極と電解質の各薄
層を適当な順序で連続的に成型する方法があり、そのよ
うな薄膜をつくるためには、例えば以下のような前述の
技術を場合に応じて用いれば良い。
(1)支持体、好ましくは非接着性のもの、もしくは予め
電解質から形成されている薄膜、の上に、固溶体の形成
に際して記した物質の溶液もしくは固溶体を得るために
必要な構成物質の溶液に電極物質をけん濁させたけん濁
液を載せる方法で、これは電極を製造する方法である。
(2)特に、予め電極が形成されている薄膜上に、上記の
溶液だけを載せ、次いで溶媒を蒸発させる方法で、これ
は薄膜状の電解質を製造する方法である。
同じような特性を示す発電装置の部品は勿論、他の方法
によつても同様に得ることができる。特に、電極と電解
質の薄膜を別々に成形し、次に、例えばそれらの固溶体
が軟化することのできる温度に加熱して圧延する等の方
法により、それらが接触するように再結合を起こさせる
方法を挙げることができる。
従つて、本発明は、各種の構成部品の極端に薄くするこ
とのできる、充電可能の、電流を発生することのできる
発電装置の製造を可能にするものである。例を挙げる
と、厚みが約0.01から約0.2mmの間の薄膜状もしくは薄
板状の電解質と、厚みが約0.1から0.5mmの薄膜状もしく
は薄板状の電極から成る極端に薄い発電装置の部品を製
造することが可能である。これらの数値は勿論、本発明
の範囲を制限するものとして解釈すべきではない。上記
のように形成された各部品は、湿気に敏感な化合物を用
いている場合には特に、完全に密閉できる容器、ケース
等に入れて隔離することは当然である。場合によつて
は、発電装置の各部品の種々の部分（電解質と、対立す
る極を持つ複数の電極）は、弾性と柔軟性を持つ手段、
ある場合には、発電装置の機能中に発生する体積変動を
電極が吸収できる余裕をもたらすような弾性を持つ追加
の薄膜により相互に支持するように置かれる場合もあ
る。電解質を構成するために、そして場合により電極内
に組み入れるために弾力性のある高分子物質を用いた場
合には、発電装置の各部品の必須成分の少なくともある
物が、状況に応じて膨張もしくは収縮することができ、
それ自身で体積の変動を補償することが可能となるた
め、上記のような弾性の手段を用いることは不必要とな
る場合もある。特に容器の厚みに関して言えば、前記の
構成要素の結合体の向い合つた外面に圧力がかからない
場合の通常の構成要素の最小の厚みの総和に一致する大
きさを持つケースを用意するのが有利であろう。勿論、
向上した出力性能を持つ発電装置を得るために、各種の
部品を直列に結合することもできる。
本発明は電気エネルギーの生産が要求されるあらゆる領
域で利用することが可能である。それは、例えば、心臓
刺激用電池もしくはペースメーカーのような非常に弱い
出力で、一方、長期に渡る機能の持続性を持つ発電装置
のような極小電子機器の領域から、電気駆動の領域、或
いは、電力源の出力曲線の平滑化（電力需要の少ない時
間にエネルギーを蓄積し、一方、ピーク時間には電力網
に大量のエネルギーを流すこと）が必要な領域での、大
量の電流の輸送（エネルギーの蓄積と放出）に関する利
用までを想定することができる。
本発明のその他の特徴及び利点は、本発明の利用可能性
を示す以下の実施例の記述中から明白となるであろう。
これらの実施例は本発明を制限するものではないことは
当然である。
第１例 この例は、発電装置の製造に関するものである。
固体電解質は、ポリ（エチレンオキシド）中にヨウ化ナ
トリウム（NaI）を入れた固溶体から構成されている。
これは、１００mlのメタノールに分子量５００万のポリ
（エチレンオキシド）３ｇを溶解させ、次いで、これに
2.5ｇのヨウ化ナトリウムを加えることにより得ること
ができる。次に、ポリテトラフルオロエチレンの板の上
に、上記のように得られた溶液の一部を流し、その厚み
が５mmになるようにする。５０℃の乾燥器で溶媒を除去
する。完全に乾燥すると、厚みが約0.02mmの板状のもの
が得られる。
正極は、硫化チタン（TiS2）７５重量％グラフアイト粉
末１０重量％及び上記の電解質１５重量％から形成され
る。上記と同じ大きさを持つポリテトラフルオロエチレ
ンの板の上に、メタノールもしくはアセトニトリルに電
極構成物質をけん濁させたけん濁液を流し、次いで有機
溶媒を蒸発させることにより得ることができる。得られ
る電極の薄膜は厚みが約0.3mmである。次に、得られた
正極と電解質との薄膜を、１５０℃で加熱して圧延する
ことにより接触状態にさせる。負極は、非常に純粋な液
体ナトリウムを、固体電解上に厚み２mmとなるように流
してつくる。
発電装置の部品である電解質及び対立する極を持つ２つ
の電極については、第１図の数値２，４，６により図式
的に示してある。これらは密閉性の容器８に収められて
いる。弾性のある薄板１０は、発電装置のそれらの部品
の基本的構成物質を相互にきちんと保持させる役目をし
ている。
電解質自体が弾力性を持つ高分子物質により構成されて
いる場合には、発電装置の基本要素として存在しなくて
も良い、それらの弾性のある材料は、この例に於いて
は、特にナトリウム電極４と電解質２との境界面につい
ては必要である。これに対して、それらの構成材の使用
は電解質２と正極６との間には必要性は少ない。これ
は、電解質２のイオン性物質が、電極６の方に、この電
極に含まれるイオン伝導性を付与された高分子物質の量
の関係で、言わば伸びているからである。密閉性の容器
には当然、各々１２及び１４で示してある電極に結びつ
いている電気伝導体用の通路が用意されている、そして
それらは同様にして、図示されていない外部の回路に連
結している。
上記のようにして得られた発電装置は、次の性質を示
す：最大起電力は2.6ボルトで、１０キロオームの抵抗
で、１cm2の電極表面について流すことのできる電流強
度は、0.2mA。これらの結果は、電気伝導度が約１０-5
オーム-1・cm-1で、４５℃の温度に於いて得られたもの
であることが注目される。
第２例 上記の型の電気化学的発電装置は同じ条件で、次の方法
で調製した薄膜状電解質を用いることにより作ることが
できる。
アセトニトリル３０ml中に、分子量約１０万のポリ（プ
ロピレンオキシド）１ｇを溶解し、次いで、この得られ
た溶液に４４８ｇのリチウムのトリフルオロメタンスル
ホン酸塩を加える。この溶液から出発して、第１例の条
件に従つて操作することにより、薄膜状の固溶体を得る
ことができる。この物質は、約４５℃の温度で、１０-5
オーム-1・cm-1の電気伝導度を示す。従つて、この物質
を用いた発電装置は、その機能温度で充分な電気量を生
産することができる。この電気量は、その温度より若干
高い温度での機能させた場合、改善されるだけではな
く、発電装置の容器もしくはケースを作るのに都合の良
い物質の耐熱特性とも共存することができる。その例と
しては、軟化点が１００℃付近にあるポリエチレン、ポ
リプロピレンもしくはポリスチレンのような成型性物質
を挙げることができる。
第３例 同様にして、後の第１表に記した電気化学的特性と構成
物質を有する固溶体を用いて、あまり高くない温度で機
能することのできる発電装置を作つた。全ての固溶体
は、第１例に記載した方法により製造したが、勿論、高
分子物質とイオン性塩との比率は対応するようにした。
表中で、PEOはポリ（エチレンオキシド）を、PPOはポリ
（プロピレンオキシド）を示すものであり、固溶体の構
成に関する数値は、アルカリ金属の陽イオンの数に対す
るヘテロ原子の数の比率を表わすものである。表示した
架度（θ〔１０-5〕）は、上記の固溶体から構成される
電解質の電気伝導度が１０-5オーム-1・cm-1になる温度
に一致する。
第２及び３図は、例として特に選んだ二種の物質、PEO/
Na+CF3SO3 -とPPO/Li+CF3SO3 -の電気伝導度の、温度の関
数としての変化を示すものである。それらの陽イオンの
数に対するヘテロ原子の数の比率は各々4.5（前者）と
６（後者）である。これらの物質の内の二番目の物質に
ついて転移点が見られないことが注目される。この転移
点の不存在は、その物質の不定形な特性によるものであ
る。
第４例 前述の三種類の各々に属する重合体を入れた他の固溶体
を同様な条件下で得た。それらは、次の表に示した組成
物特性を示した。
各々の複合体の電気伝導度を８０℃で測定したところ、
全て１０-5オーム-1・cm-1を越えていた。
更にまた、本発明の発電装置の構成に適するその他数多
くの上記の型の固溶体を作ることができる。その例とし
て、一方として、前述した無機塩、そして他の一方とし
て、以下に補充的な例として記したような高分子化合物
の利用を挙げることができる。
ポリ（グリシジル−エトキシ−エチル エーテル） ポリ（グリシジル−メトキシ−エトキシ−エトキシ−エ
チル エーテル） ポリ（Ｎ−メトキシ−エチル アジリジン） 自ずから理解できるように、そして更に前述の記載から
わかるように、本発明は、ここに特に詳細に記した利用
方法及び実施方法に限定されるものではなく、むしろ、
そのあらゆる変型をも含むものである。その例として特
に、各々が、電解質と電極に関して前述した特性を示す
部品を結合して構成した発電装置を複数個、更に直列に
連結させて得られる電気化学的発電装置を挙げることが
できる。
【図面の簡単な説明】
第１図は、本発明の応用例としての二次電池の部品の原
理を示す図であり、第２及び３図は、例として挙げた或
る固体電解質の電気伝導度（Ω-1・cm-1で表示）の変化
を、温度（℃及び／又はケルビン温度の逆数に1000を乗
じたもの、即ち で表示）の関数として示すものである。 ２：電解質、４：電極（負極）、６：電極（正極）、
８：容器、１０：弾性薄膜。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ミツシエル・デユクロ フランス国、38100 グルノーブル、リ ユ・エリ・カルタン、２ (56)参考文献 特開 昭53−63534（ＪＰ，Ａ) 特開 昭53−133727（ＪＰ，Ａ) 特開 昭53−133729（ＪＰ，Ａ) Ｂｒ．Ｐｏｌｙｍ．Ｊ． 1975，７, Ｐ．319〜327

Claims (22)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】少なくとも一の負極と、該負極から固体電
    解質によって隔てられた少なくとも一の正極を含み、該
    負極は該電解質との境界においてアルカリ陽イオン又は
    アンモニウム陽イオンを供給するより高い化学ポテンシ
    ャルを有する物質の「供給源」を形成し、該正極は、上
    記アルカリ陽イオンに対応する非イオン化種についての
    より低い化学ポテンシャルにおける「ウェル」を形成
    し、かつ、該電解質は、電流発生から生じる電気化学的
    反応が起きる際に、イオン伝導によって該負極から正極
    へと、このアルカリ陽イオンの移動を可能にするもので
    ある電気化学的発電装置であって、 該電解質は、固体の可塑性高分子物質中にイオン性化合
    物が完全に溶け込んだ固溶体によって少なくとも一部分
    が構成されており； 該イオン性化合物は式Ｍ＋Ｘ−（式中、Ｍ＋はアルカリ
    金属又はアンモニウムイオンから誘導される陽イオンで
    あって、この陽イオンは、少なくとも一部分が、上記電
    解質との境界において上記負極によって供給される陽イ
    オンに対応しており、Ｘ−は強酸の陰イオンである）を
    有し； 該固溶体の構成にあづかる高分子物質の少なくとも一部
    分が、鎖の炭素原子の４個、好ましくは２個につき、酸
    素もしくは窒素のうちの少なくとも１個のヘテロ原子を
    含む鎖を含有する単独重合体又は共重合体から構成さ
    れ、これらのヘテロ原子が、４個の炭素原子、好ましく
    は２個の炭素原子につき１個のヘテロ原子の割合で、該
    鎖の形成に直接関与しているか、あるいは、炭素原子の
    均一な配列によって構成される鎖の炭素原子に直接、し
    かし側部に結合しているか、のいずれかであり、これら
    は分子量が５０，０００以上であり、特定の温度で融解
    することなく、熱可塑性であり、水に膨潤性であり； 電極の少なくとも１つは、該電極と該固溶体の活性形の
    ものを含む微粒子状の電極物質が複合的に集塊された生
    成物によって構成されている ことを特徴とする電気化学的発電装置。
  2. 【請求項２】可塑性を持つ高分子固体物質が、交差結合
    を持たない単独重合体もしくは共重合体の分子鎖から実
    質的に構成されていることを特徴とする特許請求の範囲
    第１項記載の発電装置。
  3. 【請求項３】両電極と固体電解質とが実質的に無水の状
    態であることを特徴とする特許請求の範囲第１項又は第
    ２項記載の発電装置。
  4. 【請求項４】固体電解質の高分子物質が、 式 （上式に於いて、Ｒ′は水素原子又はＲａ、−ＣＨ２−
    Ｏ−Ｒａ、−ＣＨ２−Ｏ−Ｒｅ−Ｒａもしくは−ＣＨ２
    −Ｎ＝（ＣＨ３）２で表わされる基の一つを表わし、こ
    こでＲａは特に１−１６個、好ましくは１−４個の炭素
    原子を有するアルキル基もしくはシクロアルキル基を表
    わし、Ｒｅは−（ＣＨ２−ＣＨ２−Ｏ）ｐ−を表わし、
    ここでｐは１−１００、特には１又は２の数値を表わ
    す）、 式 （上式に於いて、Ｒ″はＲａもしくは−Ｒｅ−Ｒａを表
    わし、Ｒａ及びＲｅの各々は上述の意味を有する）、又
    は 式 （上式に於いて、Ｒａ及びＲｅの各々は上述の意味を有
    する）、 で表わされる単量体単位から誘導されたものであること
    を特徴とする特許請求の範囲第１項記載の発電装置。
  5. 【請求項５】固体電解質の高分子物質が、ポリ（エチレ
    ンオキシド）であることを特徴とする特許請求の範囲第
    ４項記載の発電装置。
  6. 【請求項６】固体電解質の高分子物質が、 式 （上式において、Ｒ′はＲａ，−ＣＨ２−Ｏ−Ｒａ、−
    ＣＨ２−Ｏ−Ｒｅ−Ｒａもしくは−ＣＨ２−Ｎ＝（ＣＨ
    ３）２で表わされる基の一つを表わし、ここでＲａは特
    に１−１２個、好ましくは１−４個の炭素原子を有する
    アルキル基もしくはシクロアルキル基を表わし、Ｒｅは
    −（ＣＨ２−ＣＨ２−Ｏ）ｐ−を表わし、ここでｐは１
    −１０の数値を表わす）、 式 （上式に於いて、Ｒ″はＲａもしくは−Ｒｅ−Ｒａを表
    わし、Ｒａ及びＲｅの各々は上述の意味を有する）、又
    は 式 （上式に於いて、Ｒａ及びＲｅの各々は上述の意味を有
    する）、 で表わされる単量体単位から誘導された等方性の無定形
    エラストマー物質であることを特徴とする特許請求の範
    囲第１項記載の発電装置。
  7. 【請求項７】固体電解質の高分子物質が、ポリ（プロピ
    レンオキシド）であることを特徴とする特許請求の範囲
    第６項記載の発電装置。
  8. 【請求項８】固体電解質の高分子物質が、３００万以上
    の分子量を有することを特徴とする特許請求の範囲第１
    項ないし第７項のいずれか１項記載の発電装置。
  9. 【請求項９】固体電解質中の陽イオンの数に対する高分
    子物質のヘテロ原子の数の比が４以上、特に４から３０
    であることを特徴とする特許請求の範囲第１項ないし第
    ８項のいずれか１項記載の発電装置。
  10. 【請求項１０】固体電解質の構成体中の高分子物質に含
    まれるヘテロ原子の数に対する炭素原子の数の比が２か
    ら１８の間、特に２もしくは３であることを特徴とする
    特許請求の範囲第１項ないし第９項のいずれか１項記載
    の発電装置。
  11. 【請求項１１】固体電解質のイオン性化合物Ｍ＋Ｘ−の
    陰イオンが、好ましくは、Ｉ−、ＳＣＮ−、ＣｌＯ4 -、
    ＢＦ4 -、ＰＦ6 -、ＡｓＦ6 -、ＣＦ３ＣＯ2 -及びＣＦ３Ｓ
    Ｏ3 -、から選ばれた非局在化荷電の陰イオンであり、か
    つ陽イオンが、好ましくはＬｉ＋及びＮａ＋から選ばれ
    たものであることを特徴とする特許請求の範囲第１項な
    いし第10項のいずれか１項記載の発電装置。
  12. 【請求項１２】イオン性化合物の陰イオンが、ＳＣ
    Ｎ−、ＰＦ6 -、ＡｓＦ6 -及びＣＦ３ＳＯ3 -から選ばれた
    ものであり、かつ陽イオンが、Ｌｉ＋、Ｎａ＋、Ｋ＋及
    びＮＨ4 +から選ばれたものであることを特徴とする特許
    請求の範囲第１項ないし第10項のいずれか１項記載の発
    電装置。
  13. 【請求項１３】イオン性化合物の陰イオンが、ＰＦ6 -も
    しくはＡｓＦ6 -であり、陽イオンがＲｂ＋もしくはＣｓ
    ＋であることを特徴とする特許請求の範囲第１項ないし
    第10項のいずれか１項記載の発電装置。
  14. 【請求項１４】固体電解質のイオン性化合物Ｍ＋Ｘ
    −が、Ｌｉ＋Ｂｒ−、Ｌｉ＋Ｉ−、Ｎａ＋Ｉ−、Ｌｉ＋
    ＳＣＮ−、Ｎａ＋ＳＣＮ−、Ｋ＋ＳＣＮ−、Ｒｂ＋ＳＣ
    Ｎ−、Ｃｓ＋ＳＣＮ−、ＮＨ4 +ＳＣＮ−、Ｌｉ＋ＣｌＯ
    4 -、Ｎａ＋ＣｌＯ4 -、Ｌｉ＋ＰＦ6 -、Ｎａ＋ＰＦ6 -、Ｋ
    ＋ＰＦ6 -、ＮＨ4 +ＰＦ6 -、Ｌｉ＋ＡｓＦ6 -、Ｎａ＋Ａｓ
    Ｆ6 -、Ｋ＋ＡｓＦ6 -、ＮＨ4 +ＡｓＦ6 -、Ｌｉ＋ＣＦ３Ｓ
    Ｏ3 -、Ｎａ＋ＣＦ３ＳＯ3 -、Ｋ＋ＣＦ３ＳＯ3 -、Ｒｂ＋
    ＣＦ３ＳＯ3 -、Ｃｓ＋ＣＦ３ＳＯ3 -及びＮＨ4 +CF3SO3 -
    から選ばれたものであることを特徴とする特許請求の範
    囲第１項ないし第14項のいずれか１項記載の発電装置。
  15. 【請求項１５】固体電解質中に更に、少なくとも一種の
    イオン伝導専用の他の構成成分が、全体に組込まれた形
    で含有されていることを特徴とする特許請求の範囲第１
    項ないし第14項のいずれか１項記載の発電装置。
  16. 【請求項１６】粒径が特に１から５００ミクロン程度の
    粒子状のイオン伝導専用の無機化合物と固溶体が見掛け
    上は均質を呈している集塊状物質から電解質が構成され
    ており、この電解質に対する無機化合物の重量比が約５
    ０％から約９０％の間であることを特徴とする特許請求
    の範囲第15項記載の発電装置。
  17. 【請求項１７】負極が、電解質の記述に際して限定した
    アルカリ陽イオンＭ＋を放出することのできるアルカリ
    金属、金属間化合物、合金、侵入形化合物もしくはその
    類似物のような化合物から構成され、かつ正極が、遷移
    金属の化合物（特にその金属塩の型のもの）もしくはそ
    の金属塩が挿入された化合物を含み、その構造内部でア
    ルカリ金属原子の拡散が可能であるような物質から形成
    されていることを特徴とする特許請求の範囲第１項ない
    し第16項のいずれか１項記載の発電装置。
  18. 【請求項１８】少なくとも一個の電極が、電極物質、特
    に活性形のもの、そして場合により、その一部は電気伝
    導に関しては不活性な化合物、他の部分は単一相の固溶
    体である密な集塊状物質から構成されていることを特徴
    とする特許請求の範囲第１項ないし第17項記載のいずれ
    か１項記載の発電装置。
  19. 【請求項１９】活性形物質そして更に、場合により、電
    気伝導に関して不活性である化合物が、対象の電極の重
    量に対する重量比で好ましくは２５％を越えない量であ
    り、かつ粒径が好ましくは約１から約５００ミクロンの
    間の粒状であることを特徴とする特許請求の範囲第18項
    記載の発電装置。
  20. 【請求項２０】電解質及び両電極が、圧延もしくはその
    類似方法により当該材質から形成された薄いフィルムの
    積層体から形成されていることを特徴とする特許請求の
    範囲第18又は19項記載の発電装置。
  21. 【請求項２１】固溶体が、電解質から発して、そのまま
    実質的に連続する形で、固溶体に結合し、かつ特許請求
    の範囲第18項に記載の密に形成されている電極の一つに
    まで伸びていることを特徴とする特許請求の範囲第18項
    ないし第20項のいずれか１項記載の発電装置。
  22. 【請求項２２】発電装置の部品が、０．０１から約０．
    ０２mmの厚さを有する薄膜状もしくは薄板状の電解質、
    そして場合により更に、０．１から０．５mmの厚さを有
    する薄板状もしくは薄膜状の電極から構成されているこ
    とを特徴とする特許請求の範囲第１項ないし第21項のい
    ずれか１項記載の発電装置。
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