JPS63195974A - 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】 発明の目的 （産業上の利用分野ン 本発明は固体電解質管と絶縁板の接合変形による破損を
防止し、かつ製造工程における効率化を図ったナトリウ
ム−硫黄電池に関するものである。

（従来の技術） 近年、電気自動車用、夜間電力貯蔵用の二次電池の開発
が盛んに行われており、中でもナトリウム−硫黄電池は
性能面及び経済面から優れているので、重要視されてい
る。即ら、性能面では鉛蓄電池に比べて理論エネルギー
密度が高く、充放電時における水素や酸素の発生といっ
た副反応もなく、活物質の利用率も高く、諌だ経済面で
はナトリウム及び硫黄が安価であるという特長を有して
いる。

このようなす←リウムー硫黄電池は陽極に溶融硫黄、陰
極に溶融金属ナトリウム及びこの両者を隔離しナトリウ
ムイオンに対して選択的な透過性を有するβアルミナ製
の固体電解質管からなり、放電時には次のような反応に
よってナトリウムイオンが固体電解質を透過して陽極の
硫黄と反応し、多硫化ナトリウムを生成する。

２Ｎａ　＋ＸＳ−＋Ｎａ　Ｓｘ また充電時には放電時とは逆の反応が起こり、ナトリウ
ム及び硫黄が生成される。

ナトリウム−硫黄電池の構造は、第９図に示すように１
は陽極端子、２は同陽極端子１の上端部に立設された円
筒状陰極容器、３は同円筒状陰極容器２の上端部に固着
されたαアルミナ製の絶縁板、４は同絶縁板３の内端部
に固着され、下方へ延びる円筒状の袋管を形成するβア
ルミナ製の円筒状固体電解質管であって、陰極作用物質
であるナトリウムイオンを透過させる機能を有している
。

５は上記絶縁板３の上端部に固着された円筒状のりザー
バー（陰極容器）、６は同リザーバー５の上部蓋の中央
部に固着され、リザーバー５を通して円筒状固体電解質
管４底部まで延びた細長い陰極管で、陰極端子を兼ねて
いる。

そして、７は陽極作用物質である硫黄を含んだカーボン
マット等の陽極用導電材、８は陰極作用物質である溶融
ナトリウムを含浸させたステンレス製のウィックである
。

上記従来のナトリウム−硫黄電池の絶縁板３と固体電解
質管４との接合部付近の構造は、第１０図に示すように
固体電解質管４が絶縁板３にガラス接合され、これはさ
らにアルミニウム板９を介して陰極容器２に接合された
ものであった。

（発明が解決しようとする問題点） 前記した従来のナトリウム−硫黄電池においては、固体
電解質４と絶縁板３とがガラス接合されているため、ガ
ラス接合熱処理及び電池の昇温による熱歪に基づいて固
体電解質管４と絶縁板３の接合部を起点として破損する
という問題点があった。

また、ナトリウム−硫黄電池の固体電解質管４と絶縁板
３の部品数が２個となるばかりでなく、固体電解質管４
を絶縁板３にガラス接合するという工程があって、製造
工程上工程数が１つ多く、製造コストも上昇するという
問題点があった。

発明の構成 （問題点を解決するための手段） 本発明は前記従来技術の問題点を解決するために、固体
電解質管上部の取付フランジの上部に陰極容器を、下部
に陰極容器を備えたナトリウム−硫黄電池において、フ
ランジ取付部の内部応力を排除すべく、固体電解質管上
部の取付フランジをβアルミナにより固体電解質管と一
体形成するという構成を採用している。

く作用） 上記構成を採用したことにより、ガラス接合熱処理によ
り発生していたフランジ取付部の内部応力を排除するこ
とができるとともに、固体電解質管と絶縁板とのガラス
接合の工程を省略することができる。

（実施例） 以下に本発明を具体化した一実施例を第１図を用いて説
明する。

固体電解質管４及びこれと陰極容器２及び陰極容器５と
の接合部の構造は、従来のナトリウム−硫黄電池におい
ては絶縁板３の内周部に固体電解質管４がガラス接合さ
れていたのに対して、第１図に示すように上部にβアル
ミナ製の取付フランジ４ａを有する同じくβアルミナ製
の固体電解質管４として一体化きれたものが用いられて
いる。

なお、固体電解質管４と陰極容器２及び陰極容器５との
間又は陰極容器２と陰極容器５との間の熱圧接合工程に
おける歩留り及び気密性の点から、取付フランジ４ａの
最大部の厚さはｉｍｍ以上であり、かつ固体電解質管４
のフランジ部の幅に対し０．２倍以上であることが望ま
しい。

第５図にフランジ厚味のフランジ幅に対する比とフラン
ジ破壊確率について示す。同図に示すように０．２倍以
上の厚味が望ましいことがわかる。

これは熱圧接合時の破壊は特に熱圧接合後の冷却時に発
生することから、接合時の残留応力がフランジ幅に影響
されている為このような結果になると思われる。

また第６図にフランジ厚味とフランジの破壊確率につい
て示す。同図に示すように１ｍｍ以上の厚味が望ましい
ことがわかる。熱圧接合は通常５０〜５００Ｋ（１／Ｃ
ｍ２の加圧を行うが、この際フランジ厚味が１　ｍｍ以
下では破壊される確率が高い。

フランジ厚味が大きい事で特に重要な問題は生じない。

しかし実用上固体電解質袋管の長さに対してのフランジ
厚味の比が２割以上であると固体電解質と陽極の接する
表面積が減少し電池の体積効率、重量効率を低下させる
等の問題が生ずる。

また取付フランジ４ａと陰極容器２との接合構造は、両
部材の間にαアルミナ製の絶縁板３ａを介し、さらに同
絶縁板３ａと取付フランジ４ａとの間及び陰極容器２と
の間にアルミニウム板９を介在させて上下にアルミニウ
ム熱圧着法で接合することによって形成され、取付フラ
ンジ４ａと陰取付フランジ４ａとの間及び陰極容器５と
の間にアルミニウム板９を介在させて上下にアルミニウ
ム熱圧着法で接合することにより形成されている。

このアルミニウム熱圧着法による接合は取付フランジ４
ａの上下で同時に行なうことができる。

その他の構造は従来のナトリウム−硫黄電池の構造と同
様であって、７は陰極容器２と固体電解質管４の間に充
填された陽極用導電材、８は固体電解質管４内に充填さ
れたステンレス製ウィック、６はナトリウム−硫黄電池
の中心部に位置する陰極管である。

次に上記のように構成されたナトリウム−硫黄電池の作
用について説明する。

上部に取付フランジ４ａを有するβアルミナ製の固体電
解質管４は一体化されているので、電池が加熱されても
従来のようにαアルミナとβアルミナとの間の熱膨張率
の相違及び固体電解質管４と絶縁板３との間のガラス接
合に起因する熱歪が発生することはない。

また、ナトリウム−硫黄電池の製造における部品数及び
工程数を確実に減少させ効率化を図ることができる。

なお、本実施例では取付フランジ４ａと陰極容器２との
間及び陰極容器５との間に絶縁材としてのαアルミナ板
３ａを介在させ、固体電解質管４と陰極容器２及び陰極
容器５との間の絶縁をはかったので、フランジ部でのナ
トリウムイオンの移動は全くない。

本発明は上記実施例に限定されず、次のように構成する
こともできる。

（１）取付フランジ４ａと陰極容器５との接合構造は、
前記実施例では両部材の間にαアルミナ製の絶縁板３ａ
＠介し、ざらに同絶縁板３ａと取付フランジ４ａとの間
及び陰極容器５との間にアルミニウム板９を介在させて
上下に熱圧接合することにより形成されているが、第２
図に示すように取付フランジ４ａと陰極容器５との間に
絶縁板３ａ及びアルミニウム板９を介在させることなく
接合することも可能である。この場合でも本発明のうに
取付フランジ４ａの内周側を厚く、外周側を薄く形成す
ることもできる。この場合には陰極容器２及び陰極容器
５は取付フランジ４ａの外周側の薄く形成した部分に係
合するように構成される。

このようにすると取付フランジ４ａに対する陰極容器２
及び陰極容器５の取付けが正確、確実になる。なお、取
付フランジ４ａの外周側の薄肉部ぜの厚さは１１ＩＩＩ
以上であることが好ましい。

（３）取付フランジ４ａの厚さを第４図に示すように前
記実施例のそれに比較して厚くすることにより、同取付
フランジ４ａと陰極容器２及び陰極容器５とを直接接合
することができる。

この場合には、フランジ部の上下両面に電池電圧が印加
されるため、Ｎａイオンの分極が生じ熱圧接合部の気密
性が劣る。第８図は電圧印加時の熱サイクルを行った際
の気密性について示したものである。

試験方法は、第７図に示すような熱圧接合したものの陰
極及び陰極容器に２ｖ印加したまま空温と３５０°Ｃと
の熱サイクルを１回行った後Ｈｅリーク速度を測定した
。

なお、試験には全て１０　以下のＨｅリーク速度のもの
を用いた。

第８図かられかるように、フランジの厚さは５ｍｍ以上
が好ましいことがわかる。

発明の効果 本発明のナトリウム−硫黄電池は、電池の加熱による熱
歪に基づいて生ずる固体電解質管又は絶縁板の破損が防
止されて信頼性が高められるとともに、ナトリウム−硫
黄電池の製造工程における部品数及び、工程数が減少し
、製造に要するコストの低減を図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】

第１図は本発明のナトリウム−硫黄電池の一実施例を示
す要部縦断面図、第２図〜第４図は本発明のナトリウム
−硫黄電池の別間を示ず要部縦断面図、第５図はフラン
ジ厚味のフランジ幅に対する比とフランジ破１５確率を
示すグラフ、第６図はフランジ厚味とフランジ確率の関
係を示すグラフ、第７図は陰極容器と陰極容器との間に
電圧を印加した状態を示す縦断面図、第８図はフランジ
部の厚味とＨｅリーク速度の関係を示すグラフ、第９図
は従来のす１ヘリウム−硫黄電池を示す縦断面図、第１
０図は従来のナトリウトムー随黄電池の要部縦断面図で
ある。 ２・・・陰極容器、４・・・固体電解Ｍ管、４ａ・・・
取付フランジ、５・・・陰極容器。 特許出願人　　　　東京７１力　株式会とユ日本１ｉ！
Ｉ７−　　株式会ｉ± 代　理　人　　　弁理士　　恩１）１１９賞フラン：／
郭厚吐／７ジンジ部ψ嶋 ７ラン多都厚吠（ｍｍ）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、固体電解質管（４）上部の取付フランジ（４ａ）の
   上部に陰極容器（５）を、下部に陽極容器（２）を備え
   たナトリウム−硫黄電池において、フランジ取付部の内
   部応力を排除すべく、固体電解質管（４）上部の取付フ
   ランジ（４ａ）をβアルミナにより固体電解質管（４）
   と一体成形したことを特徴とするナトリウム−硫黄電池
   。 ２、取付フランジ（４ａ）の厚さは、フランジ部の幅に
   対し０．２倍以上であり、しかも１ｍｍ以上である特許
   請求の範囲第１項に記載のナトリウム−硫黄電池。 ３、取付フランジ（４ａ）は、その上部及び／又は下部
   にαアルミナからなる絶縁板（９）を介して、陰極容器
   （５）及び／又は陽極容器（２）が接合されたものであ
   る特許請求の範囲第１項に記載のナトリウム−硫黄電池
   。 ４、取付フランジ（４ａ）は、円環状又は外周側を薄く
   内周側を厚くした円環状である特許請求の範囲第１項に
   記載のナトリウム−硫黄電池。 ５、取付フランジ（４ａ）の外周側の薄肉部分の厚さは
   、１ｍｍ以上である特許請求の範囲第４項に記載のナト
   リウム−硫黄電池。