JP2557588B2 - ナトリウム−硫黄電池の陽極マット上への高抵抗粉体薄膜の形成方法 - Google Patents

ナトリウム−硫黄電池の陽極マット上への高抵抗粉体薄膜の形成方法

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JP2557588B2
JP2557588B2 JP4009430A JP943092A JP2557588B2 JP 2557588 B2 JP2557588 B2 JP 2557588B2 JP 4009430 A JP4009430 A JP 4009430A JP 943092 A JP943092 A JP 943092A JP 2557588 B2 JP2557588 B2 JP 2557588B2
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J8/00Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes
    • B01J8/0015Feeding of the particles in the reactor; Evacuation of the particles out of the reactor

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)
  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
  • Feeding, Discharge, Calcimining, Fusing, And Gas-Generation Devices (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、ナトリウム−硫黄電池
における陽極マット上への高抵抗粉体薄膜の形成方法
関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来、上記陽極マット上にα−アルミナ
粉末の薄膜層を均一に形成するため、ロール式の散布機
が知られている。すなわち、この散布機は粉体を貯溜す
るホッパーと、このホッパーの下部に回転可能に支持さ
れ、外周部に粉体を収容する収容溝を有する回転体と、
この回転体の外周面の近接位置に配置されて前記ホッパ
ー内の粉体の落下供給を規制するスクレーパとからなっ
ている。上記収容溝は断面V字状をなし、前記粉体を収
容、排出できるようにしている。
【0003】そして、上記回転体の下方に陽極マット
配置され、回転体が回転されると、収容溝内及び回転体
とスクレーパの隙間の粉体はスクレーパを通過後、自重
により落下して陽極マット上に散布される。その結果、
この陽極マット上に粉体の薄膜が形成される。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】ところが、前記収容溝
の形状が断面V字状で底部が狭く、深いため、この部分
の粉体は収容溝内底部にはりついて目詰まりを起こしや
すく、自重によって落下しにくくなる。そのため、収容
溝内底部にはりついて詰まり状態となった粉体は、その
部分に付着したままの状態で一回転してしまう。従っ
て、その分粉体が陽極マット上に供給されず、陽極マッ
上に薄膜が均一厚さに形成されないという問題点があ
る。そして、この陽極マットを使用したナトリウム−硫
黄電池は、後述するように電池容量の平均値が小さくな
り、電池容量のばらつきが多く、電池特性が不安定にな
るという問題があることが実験により判明した。
【0005】本発明は上記従来の問題点を解消するため
になされたものであって、その目的は、収容溝内の粉体
が確実に抜け出して陽極マット上に散布され、均一かつ
所要厚さの薄膜が形成できるナトリウム−硫黄電池にお
ける陽極マット上への高抵抗粉体薄膜の形成方法を提供
することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、第1の発明では粉体を貯留するホッパーと、このホ
ッパーの下部に回転可能に支持され、外周部に粉体を収
容する収容溝を有する回転体と、この回転体の外周面の
近接位置に配置されて前記ホッパー内の粉体の落下供給
を規制するとともに、回転体の外周の粉体をスクレープ
するスクレーパとを備え、前記収容溝を底面ほぼ円弧状
又は底面の内角が90度以上の多角形状に形成した粉体
薄膜形成用装置を使用し、前記回転体を回転させるとと
もに、ナトリウム−硫黄電池の陽極マットを前記回転体
の軸線と直角方向に移動させて、該陽極マット上に収容
溝内の粉体を落下供給して均一厚さの粉体薄膜帯を形
するという手段をとっている。
【0007】第2の発明では、第1の発明において前記
スクレーパと陽極マットとの間に介在された粉体分散用
の装置により粉体を分散させるという手段をとってい
る。第3の発明では、第1又は第2の発明において前記
収容溝を綾目状に形成するという手段をとっている。
【0008】
【作用】第1の発明では、ホッパー内下部の粉体が回転
体の収容溝に収容され、その状態で回転体の回転に伴っ
て回転する。そして、収容溝内の粉体はスクレーパを通
過した後、その自重によって収容溝から離脱し陽極マッ
上に散布される。このとき、収容溝が底面ほぼ円弧状
又は底面の内角が90度以上の多角形状に形成されてい
るため、収容溝内の粉体は溝内底部に付着することな
く、その自重によって容易に離脱して落下する。落下さ
れた粉体は陽極マット上に均一厚さの高抵抗粉体薄膜を
形成する。この結果ナトリウム−硫黄電池の固体電解質
管と接触する陽極マットの表面に前記薄膜による均一な
高抵抗層が形成されるため、電池容量の平均値が大きく
なり、電池容量のばらつきが少なく、電池特性が安定化
する。
【0009】第2の発明では、収容溝内の粉体はスクレ
ーパを通過した後、その自重によって落下し、金網等の
粉体分散用の装置を介して陽極マット上に落ちる。この
とき、分散装置上に落下した粉体は分散装置が金網の場
合はその網目により分散されて陽極マット上に散布され
る。そのため、マット上に形成される粉体薄膜は、前記
分散装置がない場合に生じる回転体収容溝形状の転写と
いう現象が生じることなく、より均一な厚みとなる。
又、第3の発明では、回転体の収容溝が綾目状に形成さ
れているので、回転体の軸線方向と平行に収容溝を形成
した場合と比較して陽極マット上への粉体薄膜の厚さが
より均一となる。
【0010】
【実施例】以下に本発明を具体化した一実施例について
図1〜6に従って説明する。図1に示すように、α−ア
ルミナの粉体2が収容されたホッパー1の下部には回転
体としての回転ローラ3が図中時計方向に回転可能に支
持されている。この回転ローラ3の外周部には、図2
(a)に示すように、底面が断面円弧状をなす収容溝3
aが多数切欠き形成されている(この図は図2(b)の
A−A線断面図である)。図2(b)に示すように、こ
の収容溝3aは一定間隔をおいて綾目状に形成されてい
る。収容溝3aの形状は、この綾目状か又は回転ローラ
3の軸線に平行状に形成されていることが好ましい。
【0011】この収容溝3aは、例えば粉体2の粒子径
が50〜150μmの場合には円弧の半径rが1mm、深
さhが 0.2mm、収容溝3a間の距離aが1〜2mmであ
り、このとき良好な性能が発揮される。これらの数値に
よって、収容溝3a内からの粉体2の離脱のしやすさ、
収容溝3a内の粉体2の収容量、粉体2の均一散布など
が影響されるが、ナトリウム−硫黄電池の場合は上記数
値が好ましい。
【0012】図1に示すように、回転ローラ3の近接位
置には、先端部が鋭った板状のスクレーパ4が配置さ
れ、ホッパー1内の粉体2が下方へ落下しないように規
制するとともに、回転ローラ3の外周面をスクレープし
て、粉体2が収容溝3a内で一定量になるようにしてい
る。回転ローラ3の下方位置において搬送ベルト7上に
は、粉体分散用の装置としての金網5を介してグラファ
イト製の陽極マット6が載置されている。この陽極マッ
ト6は図5(a)に示すように、板状をなし、搬送用ベ
ルト8によって左右に移動可能になっている。
【0013】ここで、ナトリウム−硫黄電池の構成につ
いて説明すると、図3に示すように、有底円筒状をなす
陽極容器11の上端部にはα−アルミナ製の絶縁リング
12が固着されている。この絶縁リング12の下部内周
面にはβ−アルミナ製の固体電解質管13の上部外周面
が接合固定されている。この固体電解質管13の内側に
は陰極室14が区画形成され、外側には陽極室15が区
画形成されている。陰極室14には陰極活物質としての
ナトリウム(Na)が収容され、陽極室15には陽極活
物質としての硫黄(S)が含浸された前記陽極マット6
が収容されている。
【0014】なお、この陽極マット6はグラファイト製
の成形品であり、ナトリウム−硫黄電池の陽極部材とし
て使用される。また、この陽極マット6がナトリウム−
硫黄電池に組込まれたとき、β−アルミナ製の固体電解
質管13側となる面に前記粉体2が散布されて薄膜層が
形成され、さらにマット6全体に硫黄Sが含浸される。
そして、粉体2の薄膜層により陽極の固体電解質管13
表面に高抵抗層が形成され、ナトリウム−硫黄電池の充
電反応時にこの高抵抗層により固体電解質管13表面で
硫黄Sが生成析出することなく、充電反応が円滑に行わ
れるようになっている。
【0015】次に、この実施例の作用について説明す
る。図1に示すように、ホッパー1内にα−アルミナの
粉体2が収容されると、その下部においては粉体2が回
転ローラ3の各収容溝3aに収容される。この状態で、
回転ローラ3を一定の例えば40 rpmの速度にて図中時
計方向へ回転させると、粉体2が収容された収容溝3a
はスクレーパ4の先端位置を通過する。このとき、ホッ
パー1内の粉体2は、スクレーパ4の先端部が回転ロー
ラ3の近接位置に配置されているため、下方への落下が
規制されるとともに、収容溝3a内において一定量とな
るようにスクレープされる。粉体2が収容された収容溝
3aはスクレーパ4を通過後さらに回転されると、その
開口部が下方を向くようになるため、粉体2は自重によ
り収容溝3a内から離脱して下方へ落下する。この場
合、回転ローラ3に振動を与えると粉体2の落下はより
完璧に行われるので好ましい。
【0016】落下した粉体2は分散用の金網5に至り、
ここで金網5の網目によって分散される。分散状態の粉
体2は搬送用ベルト8上を所定速度で移動する陽極マッ
ト6上に散布される。この陽極マット6上に散布される
粉体2は、前記収容溝3aが断面円弧状に切欠き形成さ
れているため、この収容溝3a内の全ての粉体2がその
自重によって確実に落下する。また、各収容溝3aが互
いに所定の狭い間隔で設けられているため、粉体2はほ
ぼ連続的に落下する。しかも、落下した粉体2は分散用
の金網5により、拡散されてほぼ均一な状態で散布され
る。
【0017】従って、図5(b)に示すように、陽極マ
ット6上には粉体2の均一な薄膜が形成される。そのた
め、各陽極マット6間における薄膜のばらつきが少なく
なる。この陽極マット6は、硫黄Sの含浸時に、図5
(c)に示すように、湾曲形状に成形されて陽極成形体
7を形成し、ナトリウム−硫黄電池の陽極室15内に収
容される。これら陽極成形体7上には各々同一重量の粉
体2による均一薄膜が形成されているため、ナトリウム
−硫黄電池に組込まれたとき、陽極成形体7の固体電解
質管13側に厚さ一定の均一な高抵抗層が形成されるこ
ととなる。これによってナトリウム−硫黄電池の作動時
においては、固体電解質管13の陽極側表面は均一な高
抵抗層により覆われており、充電時に部分的に固体電解
質管13表面で硫黄Sが析出することがなく、安定した
特性を発揮する。その結果、電池の充電効率が向上し、
ばらつきの少ない電池性能が発揮される。
【0018】この電池効率を確認するために、この実施
例の装置によって得られた陽極マット6と従来のV字状
の溝を有する装置によって得られた陽極マットとをそれ
ぞれ組込んだ多数の電池について、電池容量を測定し
た。そして、その結果を電池容量とデータ数との関係の
グラフにして図6に示す。このグラフに示すように、実
施例の曲線Xは従来例の曲線Yに比べ、電池容量の平均
値が大きくなり(曲線のピーク位置が右へ移動)、しか
も電池容量のばらつきが少なく(曲線がシャープ)、電
池特性が安定している。
【0019】上述したようにこの実施例では、収容溝3
a内の粉体2が自重により収容溝3a内から確実に抜け
出して陽極マット6上に均一に散布される。従って、陽
極マット6上には均一でしかも所要厚さの薄膜が形成さ
れる。
【0020】この発明は上記実施例に限定されるもので
はなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲で例えば次のよう
に構成してもよい。 (イ)図7に示すように、収容溝3aを逆台形状に切欠
き形成すること。また、六角形状、八角形状などの底面
の内角が90度以上の多角形状に切欠き形成すること。 (ロ)回転ローラ3と陽極マット6との間に介在される
分散用金網5を省略すること。
【0021】
【発明の効果】以上詳述したように第1の発明によれ
ば、収容溝内の粉体が確実に離脱して陽極マット上に散
布され、均一かつ所要厚さの薄膜が形成され、このため
ナトリウム−硫黄電池の固体電解質管と接触する陽極マ
ットの表面に前記薄膜による均一な高抵抗層が形成さ
れ、電池容量の平均値が大きくなり、電池容量のばらつ
きが少なく、電池特性を安定化することができるという
優れた効果を奏する。
【0022】第2及び第3の発明によれば、陽極マット
上に形成される粉体薄膜はより均一かつ所要厚さに形成
され、ナトリウム−硫黄電池の電池容量の平均値がさら
に大きくなり、電池容量のばらつきをさらに少なく、電
池特性を一層安定化することができるという優れた効果
を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】 この発明の形成方法に使用される装置を表す
概略断面図。
【図2】 (a)は回転ローラ外周の収容溝を示す部分
断面図であり、図2(b)のA−A線断面図、(b)は
回転ローラ外周の収容溝を平面的に示す図。
【図3】 ナトリウム−硫黄電池を示す断面図。
【図4】 図3のB−B線断面図。
【図5】 (a)〜(c)は陽極マットの成形工程を示
す斜視図。
【図6】 ナトリウム−硫黄電池の特性を示すグラフ。
【図7】 収容溝の別例を示す部分断面図。
【符号の説明】 1…ホッパー、2…粉体、3…回転体
としての回転ローラ、3a…収容溝、4…スクレーパ、
5…分散用の装置としての金網、6…陽極マット。

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 粉体を貯留するホッパーと、このホッパ
    ーの下部に回転可能に支持され、外周部に粉体を収容す
    る収容溝を有する回転体と、この回転体の外周面の近接
    位置に配置されて前記ホッパー内の粉体の落下供給を規
    制するとともに、回転体の外周の粉体をスクレープする
    スクレーパとを備え、前記収容溝を底面ほぼ円弧状又は
    底面の内角が90度以上の多角形状に形成した粉体薄膜
    形成用装置を使用し、前記回転体を回転させるととも
    に、ナトリウム−硫黄電池の陽極マットを前記回転体の
    軸線と直角方向に移動させて、該陽極マット上に収容溝
    内の粉体を落下供給して均一厚さの粉体薄膜帯を形成す
    るナトリウム−硫黄電池の陽極マット上への高抵抗粉体
    薄膜の形成方法。
  2. 【請求項2】 前記スクレーパと陽極マットとの間に
    在された粉体分散用の装置により粉体を分散させること
    を特徴とする請求項1に記載のナトリウム−硫黄電池の
    陽極マット上への高抵抗粉体薄膜の形成方法
  3. 【請求項3】 前記収容溝は綾目状に形成されている請
    求項1又は2に記載のナトリウム−硫黄電池の陽極マッ
    ト上への高抵抗粉体薄膜の形成方法。
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