JPH01221870A - 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） 本発明は電池寿命を長くすることができるナトリウム−
硫黄電池に関し、特に絶縁リングと陰極容器との熱圧接
合部の耐腐食性構造に関するものである。

（従来の技術） 最近、電気自動車用、夜間電力貯蔵用の二次電池として
性能面及び経済面の両面において優れている高温型のナ
トリウム−硫黄電池の研究開発が進められている。

即ち、性能面では、ナトリウム−硫黄電池は鉛蓄電池に
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、経済面ではナトリウム及び硫黄が安価であると
いう利点を有している。

従来のナトリウム−硫黄電池は、第８図に示すように下
部に陽極端子１を備え、陽極作用物質である溶融硫黄を
含んだカーボンマット等の陽極用導電材Ｍを貯留する円
筒状の陽極容器２と、該陽極容器２の上端部に対し、α
アルミナ製の絶縁リング３を介して連結され、かつ溶融
金属ナトリウムＮａを貯留する陰極容器４と、前記絶縁
リング３の内周部に固着され、かつ陰極作用物質である
ナトリウムイオンを選択的に透過させる機能を有した下
方へ延びる円筒状の袋管を形成するβアルミナ製の固体
電解質管５とからなっている。又、陰極容器４の上部蓋
の中央部には、該陰極容器４を通して固体電解質管５底
部まで延びた細長い陰極管６が貫通支持され、該陰極管
６の上端部には、陰極端子７が固着されている。

そして、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管５を透過して陽極容器２内の硫黄
と反応し、多硫化ナトリウムを生成する。

２Ｎａ＋ＸＳ−＋Ｎａ２　　Ｓｘ 又、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。

上記のようなナトリウム−硫黄電池の絶縁リング３と陰
極容器４及び陽極容器２とはアルミニウムよりなる中間
材８を介して熱圧接により気密的に連結固定されている
。

（発明が解決しようとする課題） 前述したように、従来のナトリウム−硫黄電池の絶縁リ
ング３と陰極容器４はアルミニウムよりなる中間材８を
介在させた状態で互いに熱圧接合されていたので、陰極
容器４内の溶融金属ナトリウムＮａが前記中間材８に常
時触れており、この結果、何等かの原因で、金属ナトリ
ウムが酸化された場合、中間材８が腐食し、熱圧接合部
が剥離して、電池が破損し、その寿命を低下することが
あった。

請求項１記載の発明の目的は、上記従来の問題点を解消
して、酸化ナトリウムによる中間材の腐食を防止して、
電池の寿命を向上することができるナトリウム−硫黄電
池を提供することにある。

又、請求項２記載の発明の目的は、請求項１記載の発明
の目的に加え、部品点数を減少して絶縁リングと陰極容
器の熱圧接合部の気密信頼性を向上することができるナ
トリウム−硫黄電池を提供することにある。

又、請求項３記載の発明の目的は、加工及び組みっけを
容易に行い、陰極容器内の空間を有効に利用することが
できるナトリウム−硫黄電池を提供することにある。

（課題を解決するための手段） 請求項１記載の発明は、前記目的を達成するため、陽極
作用物質である溶融硫黄を含んだカーボンマント等の陽
極用導電材を貯留する有底筒状の陽極容器の上部に対し
、絶縁リング及びアルミニウムよりなる中間材を介して
、溶融金属ナトリウムを貯留する有蓋筒状の陰極容器を
熱圧接により固定し、前記陽極容器の内部には、上端を
前記絶縁リングの内周部に嵌合して前記陰極容器内部と
連通し、かつ陰極作用物質であるナトリウムイオンを選
択的に透過させる機能を有した有底筒状の固体電解質管
を収容したナトリウム−硫黄電池において、 前記中間材に対し溶融金属ナトリウムが触れるのを阻止
する遮蔽部材を設けるという構成を採用している。

請求項２記載の発明は、前記目的を達成するため、請求
項１記載の発明の構成において、固体電解質管又は絶縁
リングに対して、遮蔽部材としての遮蔽筒を一体に形成
するという手段をとっている。

さらに、請求項３記載の発明は、前記目的を達成するた
め、請求項１記載の発明の構成において、絶縁リングに
如して遮蔽部材としての絶縁リングを螺合するとともに
、絶縁リングと陰極容器との間に金属製のパツキンを介
在するという手段をとっている。

（作用） 請求項１記載の発明は、上記構成を採用したことにより
、陰極容器内で金属ナトリウムが何等かの原因で酸化さ
れても、絶縁リングと陰極容器との熱圧接合部の中間材
が直接酸化ナトリウムに触れることはないので、中間材
の腐食は誘発゛されず、従って、電池の寿命を向上する
ことができる。

又、請求項２記載の発明は、上記構成をとったことによ
り、請求項１記載の発明の作用に加え、部品点数が減少
するとともに、絶縁リングと陰極容器との熱圧接合部の
気密信鯨性が向上する。

さらに、請求項３記載の発明は、上記構成をとったこと
により、請求項１記載の発明の作用に加え、陰極容器内
の空間を有効に利用することができる。

（実施例） 次に、請求項２記載の発明を具体化した第一実施例を第
１図〜第４図を用いて説明する。

この第一実施例のナトリウム−硫黄電池は、後述する特
徴的部分を除いて、前述した従来のナトリウム−硫黄電
池と構成が同じである。すなわち、この実施例のナトリ
ウム−硫黄電池も、第１図に示すように下部に陽極端子
１を備えた陽極用導電材Ｍを貯留する円筒状の陽極容器
２と、該陽極容器２の上端部に対し、絶縁リング３及び
アルミニウムよりなる中間材８を介して熱圧接合により
連結され、かつ溶融金属ナトリウムＮａを貯留する陰極
容器４と、前記絶縁リング３の内周部に固着されたβア
ルミナ製の固体電解質管５と、陰極端子７を備えた陰極
管６とにより構成されている。

又、前記陰極容器４及び固体電解質管５内には、該固体
電解質管が破損した場合の安全対策として、ステンレス
製のウィック９（繊維）が充填されている。

従って、電池の放電時には溶融金属ナトリウムはナトリ
ウムイオンとなって固体電解質管５を透過し、陽極容器
２及び固体電解質管５で区画形成された陽極用導電材Ｍ
の収容空間に入り、そこで前述した反応式に基づいて硫
黄と反応し多硫化ナトリウム、特に最終的には三硫化ナ
トリウムを生成する。

さて、第一実施例のナトリウム−硫黄電池の特徴的部分
は、第１図及び第３図に示すように前記固体電解質管５
の上端部に対し、前記陰極容器４の内周面に沿うように
、かつ該陰極容器内のナトリウムが前記中間材８に触れ
るのを防止するように、該固体電解質管５と同材質の遮
蔽部材としての遮蔽筒１０を一体的に形成したことにあ
る。又、陰極容器４の下端に一体形成したフランジ部４
ａは絶縁リング３との熱圧接合上外側に形成されている
。

従って、第一実施例の発明は、陰極容器４内の金属ナト
リウムＮａが何等かの原因で酸化されても、酸化ナトリ
ウムが中間材８に触れるのを確実に防止して、該中間材
８の腐食を防止することができ、絶縁リング３と陰極容
器４との熱圧接合部の剥離をなくして、電池の寿命を向
上することができる。又、部品点数を増加する必要がな
いという利点もある。

第一実施例のナトリウム−硫黄電池は、第４図に示すよ
うに、充放電回数が増加していっても、電池容量がほぼ
同一となり、従来例と比較して、長寿命であることが実
験により判明した。

次に、第５図により請求項２記載の発明を具体化した第
二実施例を説明する。

この第二実施例では前記絶縁リング３の上面に対し、該
絶縁リング３と同材質の遮蔽部材としての遮蔽筒１１を
一体的に形成しているが、その他の構成は前記第一実施
例と同一である。

従って、この第二実施例は固体電解質管５に一体形成す
るのと比較して、全長が短くなるので、製造あるいは取
扱等が容易になるという利点があるが、その他の作用及
び効果は第一実施例と同様である。

次に、第”６図により請求項３記載の発明を具体化した
第三実施例を説明する。

この第三実施例では絶縁リング３と陰極容器４とを熱圧
接合した後、前記リング３の内周面に形成したネジ部３
ａに同じくαアルミナ製の遮蔽部材としての遮蔽リング
１２のネジ部１２ａを螺合固定し、該遮蔽リング１２に
より前記陰極容器４の下端に一体形成したフランジ部４
ａを絶縁リング３側へ締付固定している。又、前記遮蔽
リング１２とフランジ部４ａとの間には、酸化ナトリウ
ムに対する耐腐食性に優れた例えばニッケル、ステンレ
ス等の金属をパツキン１３として介在させている。なお
、この第三実施例においては、前記遮蔽リング１２を絶
縁リング３の熱膨張係数と同じ係数で、酸化ナトリウム
に対する耐腐食性が高い金属により形成してもよい。

この第三実施例の発明は、前記二つの実施例と比較して
、陰極容器４内の空間を有効に利用することができると
いう利点があるが、その他の作用及び効果は前記実施例
と同様である。

なお、本発明は第７図に示すように絶縁リング３の外側
部に対し上向きの円筒部３ｂを一体に形成してその上端
部に中間材８を介して金属製の蓋板１４を接合固定する
ことにより、酸化ナトリウムが上方の中間材８に触れな
いようにして、該中間材８の腐食を防止するようにして
もよい。

（発明の効果） 請求項１のナトリウム−硫黄電池は、絶縁リングと陰極
容器との熱圧接合部の腐食を抑制して、電池寿命の向上
を計ることができる効果がある。

又、請求項２のナトリウム−硫黄電池は請求項１のナト
リウム−硫黄電池の効果に加えて部品点数を増加しない
で、製造及び組みっけを容易に行うことができる効果が
ある。

さらに、請求項３のナトリウム−硫黄電池は請求項１の
ナトリウム−硫黄電池の効果に加えて陰極容器内の空間
を有効に利用することができる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第４図は請求項２のナトリウム−硫黄電池の第
一実施例を示し、第１図はナトリウム−硫黄電池の中央
部縦断面図、第２図は第１図のＡ−Ａ線拡大断面図、第
３図は要部の拡大断面図、第４図は電池の充放電回数と
容量との関係を示すグラフ、第５図は同じく請求項２の
ナトリウム−硫黄電池の第二実施例を示す中央部縦断面
図、第６図は請求項３のナトリウム−硫黄電池を具体化
した第三実施例を示す要部の拡大断面図、第７図は本発
明の別の実施例を示す部分断面図、第８図は従来例を示
す中央部縦断面図である。 ■・・・陽極端子、２・・・陽極容器、３・・・絶縁リ
ング、３ａ・・・ネジ部、３ｂ・・・円筒部、４・・・
陰極容器、４ａ・・・フランジ部、５・・・固体電解質
管、６・・・陰極管、７・・・陰極端子、８・・・中間
材、９・・・ウィック、１０．１１・・・遮蔽部材とし
ての遮蔽筒、１２・・・遮蔽部材としての遮蔽リング、
１３・・・パツキン、Ｎａ・・・溶融金属ナトリウム、
Ｍ・・・陽極用導電材。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、陽極作用物質である溶融硫黄を含んだカーボンマッ
   ト等の陽極用導電材（Ｍ）を貯留する有底筒状の陽極容
   器（２）の上部に対し、絶縁リング（３）及びアルミニ
   ウムよりなる中間材（８）を介して、溶融金属ナトリウ
   ム（Ｎａ）を貯留する有蓋筒状の陰極容器（４）を熱圧
   接により固定し、前記陽極容器（２）の内部には、上端
   を前記絶縁リング（３）の内周部に嵌合して前記陰極容
   器（４）内部と連通し、かつ陰極作用物質であるナトリ
   ウムイオンを選択的に透過させる機能を有した有底筒状
   の固体電解質管（５）を収容したナトリウム−硫黄電池
   において、 前記中間材に対し溶融金属ナトリウム（Ｎａ）が触れる
   のを阻止する遮蔽部材を設けたことを特徴とするナトリ
   ウム−硫黄電池。 ２、前記遮蔽部材は前記固体電解質管（５）又は前記絶
   縁リング（３）と一体に形成された遮蔽筒（１０、１１
   ）である請求項１記載のナトリウム−硫黄電池。 ３、前記遮蔽部材は前記絶縁リング（３）に螺合固定さ
   れ、かつ前記陰極容器（４）の下端フランジ部をパッキ
   ン（１３）を介して締付固定する遮蔽リング（１２）で
   ある請求項１記載のナトリウム−硫黄電池。