JPH03203171A - ナトリウム―硫黄電池 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明はナトリウム−硫黄電池に関し、その目的とする
ところは安全性を向上させることにある（従来の技術） ナトリウム−硫黄電池は負極活物質であるすＩ・リウム
と正極活物質である硫黄とをβ−アルξす、β゛−アル
ξなどのナトリウムイオン伝導性固体電解質により分離
し、３（１１）〜３５０°Ｃの高温で作動させる密閉型
高温二次電池である。

第３図はこのナトリウム−硫黄電池の従来構造を示す図
で、この図において固体電解質管（１）の内側はナトリ
ウムの充填された負極室（３）、外側は硫黄の充填され
た正極室（４）であり、固体電解質管（１）の上方には
α−アルミナリング（２）がガラス半田により接合され
ている。図中の符号（５）は負極蓋で円板部（６）と、
α−アルミナリング（２）の上面に接合されるフランジ
部（８）を設けた円筒部（７）とからなり、その材質は
アルミニウム、あるいはアルミニウム合金である。なお
、フランジ部（８）とα−アルごナリング（２）とはア
ル逅ニウム層を介する熱圧接合や、Ａｌ−３１系のろう
材を介するろう付接合により固着されている。また、負
極室（３）内に挿入されている図中の符号（９）で示す
部材はステンレス製で大部分のナトリウムを保持してい
るカートリッジであり、電池作動時にはナトリウムはカ
ートリッジ（９）内に充填されている不活性ガス（１２
：たとえばＮ２ガス、やＡｒガス）の圧力によりカート
リッジ底部の孔０［Ｄを通って固体電解質管（１）とカ
ートリッジ（９）との間に形成される間隙部（１１）に
供給される。即ち、不活性ガス充填部（１２１の最大圧
力を０．５気圧程度とし電池製造時に負極蓋（５）を真
空中で取り付けて負極室（３）の密封を行えば、ナトリ
ウムの間隙部（１０への供給が良好に行える。そして、
負極の集電は蓋（５）の円筒部（７）の下端が間隙部０
１）のナトリウムと接触することで行なわれている。

（発明が解決しようとする課題） ナトリウム−硫黄電池は高温で作動するタイプの電池で
あり、始動、停止による熱変化が大きくかつ、電池の充
放電時にはナトリウムイオンが固体電解質内を移動する
ため、とくに固体電解質管に熱応力やナトリウムイオン
の通過によるひずみがかかり、クラックを発生しやすい
。

そして第３図に示す従来例では固体電解質管（１）にク
ランクが発生し、その部分で過剰なナトリウムと硫黄の
反応が起こって異常に過熱しても集電部材として機能す
る！（５）の円筒部（７）にナトリウムが接触している
限り電池の作動が停止されないので大電流が流れ続け、
さらにクランクが拡大、異常な過熱といった危険な事態
に陥る可能性があり、安全性の面で問題を有している。

（課題を解決するための手段） 本発明は上記の点に鑑み、ナトリウム−硫黄電池の安全
性を向上すべくなされたもので、上端部にα−アルミナ
リングを固着した有底円筒状の固体電解質管の内側と外
側をそれぞれ負極室及び正極室とし、負極蓋の円周部分
に形成されて負極の集電を行う円筒部を前記α−アルミ
ナリングの内周側面上部に配設し、また前記円筒部に設
けたフランジ部を前記α−アルミナリングの上面に接合
したナトリウム−硫黄電池において、前記負極室内には
大部分のナトリウムを保持し、かつ前記固体電解質管の
内壁面との間の間隙部にナトリウムを供給する孔を底部
に有するカートリッジが挿入され、また前記間隙部内に
は少なくとも円筒側面部が安全管外壁と安全管内壁の二
重壁からなりその内部に前記カートリッジ内の不活性ガ
ス充填部の最大圧力よりも高圧の不活性ガスを充填した
安全管壁内空間０４１を形成し、かつ前記安全管外壁及
び安全管内壁のうち少なくとも安全管外壁が電池の異常
加熱により溶融する金属部材である安全管が挿入されて
いることを特徴とするものである。

（実施例） 以下、本発明を図示のナトリウム−硫黄電池を実施例と
して詳細に説明する。

第１図は本発明のナトリウム−硫黄電池の要部断面図、
第２図は第１図の要部拡大図で第３図と同一部材は同一
符号で示されている。この第１図、及び第２図において
固体電解質管（１）とカートリッジ（９）との間の間隙
部（１１）に挿入されている図中の符号ＱＥＩで示す部
材は安全管であり、安全管外壁（１３＾）と安全管内壁
（１３Ｂ）　との二重壁を有し、その二重壁の内部には
カートリッジ（９）内の不活性ガス充填部（１２１の最
大圧力よりも高圧の不活性ガスが充填された筒状の安全
管壁内空間０４が形成されている。例えば不活性ガス充
填部（１２１の最大圧力が０．５気圧程度であれば安全
管壁内空間０４１内の圧力は１気圧程度とすると良い。

また、安全管０３）の材質はアルミニウムやステンレス
など、耐食性に優れた金属で本実施例では安全管外壁（
１３Ａ）は肉厚５０〜５（１１）　μのアル逅ニウム又
は肉厚５０〜３（１１）　μのステンレスからなり、一
方安全管内壁（１３Ｂ）は安全管外壁（１３＾）よりも
大きい肉厚のアルミニウム又はステンレスを用いている
。なお、安全管０９の下方に図中の符号（１３Ｃ）で示
す部分はアルミニウム繊維やステンレス繊維などを圧縮
してカートリッジ（９）の底面及び固体電解質管（１）
の形状にあわせて適宜成型した部材で、その多孔性によ
りカートリッジ（９）底面の孔０ωからのナトリウムの
供給を良好にするとともに電池の製造時や運搬時、作動
時などにカートリッジ（９）の衝撃をうけて固体電解質
管（１）が破損するのを防ぐ緩衝体としての役割も果た
す。ただし、この部材（１３Ｃ）は必ずしも設ける必要
はなく、例えばカートリッジ（９）の底部を固体電解質
管（１）の底部と略同−形状として安全管αつを固体電
解質管（１）の内表面全体に不活性ガスの充填された安
全管壁内空間０４）を有する形状としてもよい。

（作用及び効果） このように構成されたものは、電池作動時の熱サイクル
やナトリウムイオンの移動により固体電解質管（１）に
ひずみがかかってクランクが発生し、その部分でナトリ
ウムと硫黄の過剰反応が進んで異常な過熱が起こると安
全管外管（１３Ａ）が溶融し、安全管壁内空間０４１に
充填されている不活性ガスが放出される。そして、その
不活性ガスが間隙部０１）の上方に溜り、間隙部（１１
）内のナトリウムを下方に押し、ナトリウム液面が負極
の集電を行っている円筒部（７）の下端部よりも下がっ
て接触が絶たれると電池の作動は止まり、電流が流れな
くなるので、それ以上に破損が広がらず、また異常な過
熱を抑制でき危険が回避できる。

以上に説明したとおり、本発明のものは従来の問題点を
一掃したナトリウム−硫黄電池として、産業の発展に寄
与するところは極めて大である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を示す要部断面図、第２図は第
１図の要部拡大図、第３図は従来例を示す図である。 （１）：固体電解質管、（２）：α−アルａナリング、
（３）：負極室、（４）：正極室、（５）：負極蓋、（
７）：円筒部、（８）：フランジ部、（９）：カートリ
ッジ、（１１））：孔、（１１）　：間隙部、（１２）
：不活性ガス充填部、０３）：安全管、（１３Ａ）　　
：安全管外壁、（１３Ｂ）　　ｊ安全管内壁、Ｑ４）　
：安全管壁内空間。 １１Δ １１Ｂ 特開平３ ２０３１７１　（４）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 上端部にα−アルミナリング（２）を固着した有底円筒
   状の固体電解質管（１）の内側と外側をそれぞれ負極室
   （３）及び正極室（４）とし、負極蓋（５）の円周部分
   に形成されて負極の集電を行う円筒部（７）を前記α−
   アルミナリング（２）の内周側面上部に配設し、また前
   記円筒部（７）に設けたフランジ部（８）を前記α−ア
   ルミナリング（２）の上面に接合したナトリウム−硫黄
   電池において、前記負極室（３）内には大部分のナトリ
   ウムを保持し、かつ前記固体電解質管（１）の内壁面と
   の間の間隙部（１１）にナトリウムを供給する孔（１０
   ）を底部に有するカートリッジ（９）が挿入され、また
   前記間隙部（１１）内には少なくとも円筒側面部が安全
   管外壁（１３Ａ）と安全管内壁（１３Ｂ）の二重壁から
   なりその内部に前記カートリッジ（９）内の不活性ガス
   充填部（１２）の最大圧力よりも高圧の不活性ガスを充
   填した安全管壁内空間（１４）を形成し、かつ前記安全
   管外壁（１３Ａ）及び安全管内壁（１３Ｂ）のうち少な
   くとも安全管外壁（１３Ａ）が電池の異常加熱により溶
   融する金属部材である安全管（１３）が挿入されている
   ことを特徴とするナトリウム−硫黄電池。