JPH02121271A - ナトリウム−硫黄電池およびその製造方法 - Google Patents

ナトリウム−硫黄電池およびその製造方法

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JPH02121271A
JPH02121271A JP63275085A JP27508588A JPH02121271A JP H02121271 A JPH02121271 A JP H02121271A JP 63275085 A JP63275085 A JP 63275085A JP 27508588 A JP27508588 A JP 27508588A JP H02121271 A JPH02121271 A JP H02121271A
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beta
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sodium
alumina
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JP63275085A
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Hiroshi Nemoto
宏 根本
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/36Accumulators not provided for in groups H01M10/05-H01M10/34
    • H01M10/39Accumulators not provided for in groups H01M10/05-H01M10/34 working at high temperature
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    • H01M10/3918Sodium-sulfur cells characterised by the electrolyte
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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】 [産業上の利用分野コ 未発151はナトリウム−硫黄電池およびその製造方法
に係り、更に詳しくは、ベータアルミナ固体電解質管の
外周面にガラス薄層を設けたナトリウム−i黄電池およ
びその製造方法に関する。
[従来の技術] ナトリウム−硫!yj’ili池は、一方に陰極活物質
である溶融金属ナトリウム、他方には陽極活物質である
溶融硫黄を配し1両者をナトリウムイオンに対して選択
的な透過性を41するベータアルミナ固体電解質て隔離
し、300〜350°Cで作動させる高温二次電池であ
る。
このようなナトリウム−硫黄電池の構成は、例えば第1
図に示すように、陽極活物質である溶融硫黄を含浸した
カーボンフェルト等の陽極用導電材lを収容する円筒状
の陽極容器2と、該陽極容器2の上端部と例えばアルフ
ァアルミナ製の絶縁体リング3を介して接合され、且つ
溶融金属ナトリウムを貯留する陰極容器4と、前記絶縁
体リング3の内周部に接合され、且つナトリウムイオン
Na″−を選択的に透過させる機能を有する有底円筒状
のベータアルミナ管5とからなっている。また、前記陰
極容器4の上蓋6の中央部には、陰極容器4を通して下
方向にベータアルミナ管5の底部付近まて延びた陰極管
7がet通支持されている。
以上の構成を有するナトリウム−硫黄電池において、放
電時には溶融金属ナトリウムは電子を放出してナトリウ
ムイオンとなり、これかベータアルミナ固体電解質中を
透過して陽極側に移動し陽極の硫黄と外部回路を通って
きた電子と反応して多硫化ナトリウムを生成し、2v程
度の電圧を発生する。一方、充電時には放電とは逆にナ
トリウム及びMMの生成反応か起こる。
このようにナトリウム−4ifEA電池において、ベー
タアルミナ固体電解質管は極めて重要な役割を果たして
いるものてあり、このベータアルミナ固体電解質管か破
壊、損傷等した場合には電池の機能を果たすことはてき
ない。
ところて、ナトリウム−f!M電池は、300〜350
°Cて作動するため、電池は作動時と停止時で300〜
350℃から室温まての温度変化を受けることになる。
[発明か解決しようとする課題] この場合、ベータアルミナ固体電解質管の外部にあって
陽極容器に収容されている硫黄は300〜350℃の作
動温度においては溶融しているか、室温ては固化するの
である。従って、固化の際に硫黄かベータアルミナ固体
電解質管の外周部に固着することになり、その場合には
ベータアルミナと硫黄あるいは!黄を収容している陽極
金属容器との熱膨張差に基いて、ベータアルミナ固体電
解質管が破壊され、又は損傷を受けることかある。
また、通常ベータアルミナ固体電解質管の製造ては、ス
プレードライヤーにてモ均粒径50〜80gmに造粒さ
れた原料粉体を、金属マンドレルの内型とゴム酸の外型
との間の隙間に充填した後、2 ton/cm2程度の
静水圧をかけて有底円筒状に成形し、その後焼成する。
従って、有底円筒状の固体電解質管の内周部は滑らかで
あるか、外周部はゴム型の軟らかさのため造粒粉体の凹
凸か形骸として残留する場合か多い。そのため、固体電
解質管の外側にある硫黄あるいは硫黄含浸導電材との間
で摩擦か大きくなりL記と同様、ベータアルミナ固体電
解質管か破壊又は損傷を受ける恐れか多い。
[課題を解決するための1没] そこで、本発明者は、上記の場合におけるベータアルミ
ナ固体電解質管の破壊を防止するため、種々検討を重ね
た結果、本発明を完成したものである。
即ち、本発明によれば、溶融Wt黄を収容する陽極容器
と、該陽極容器の上端部と絶縁体リングを介して接合さ
れ且つ溶融金属ナトリウムを貯留する陰極容器と、前記
絶縁体リングの内周部に接合され且つナトリウムイオン
を選択的に透過させる機能を有するベータアルミナ固体
電解質管とからなるナトリウム−Wt黄主電池おいて、
前記ベータアルミナ固体電解質管の外周面にガラス薄層
を形成したことを特徴とするすl〜ツリウム−黄電池。
か提供される。
また本発明によれば、溶融硫黄を収容する陽極容器と、
該陽極容器の−F二端部と絶縁体リングを介して接合さ
れ且つ溶融金属ナトリウムを貯留する陰極容器と、前記
絶縁体リングの内周部に接合されl−Lつナトリウムイ
オンを選択的に透過させる機能を有するベータアルミナ
固体電解質管とからなるナトリウム−Wi、黄電池を製
造する方法において、前記ベータアルミナ固体電解質管
の外周面にガラスをコーティングした後、 rii記絶
縁体リングの内周部に接合することを特徴とするナトリ
ウム−硫黄電池の製造方法、か提供される。
[作用] 本発明ては、ベータアルミナ固体電解質管の外周面にガ
ラス薄層、好ましくはアルコキシド法によるガラス薄層
を形成することを特徴としている。
ガラス薄層をベータアルミナ固体電解質管の外周面、好
ましくは固体電解質管の底部を除く外周面上に形成する
場合、固体電解質管のナトリウムイオン伝導抵抗の上昇
を極力抑える必要がある。
ガラスは通常350℃においてSOO〜1000Ω・C
Iの抵抗を有するものであり、ベータアルミナの3〜4
Ω・C−に比し極めて抵抗が大きい。従って、ガラス薄
層を形成するに際しては、ベータアルミナ固体゛市解質
管の外周面の凹部にガラスを埋込み、凸部には極めて蒔
くガラスをコーティングすることにより、固体電解質管
の外周面を平滑化することが好ましい。
一般的にはガラス薄層の厚さは凸部においては薄ければ
薄いほど好ましく、17zm以下0.5gm以下がよい
用いるガラスの種類としてはナトリウムを含むガラスて
あれば特にその種類を限定するものではなく、一般に釉
、低融点ガラスに用いられるものを使用することがてき
る。
具体的には、ホウ珪酸系ガラスなどが用いられる。なお
、アルコキシド法あるいはゾル−ゲル法によって形成さ
れるガラスか特に好ましい。
ベータアルミナ固体電解質管外周面へのガラスのコーテ
ィング方法は、ガラスペーストを塗布する方法、あるい
はゾル−ゲル法を利用しガラスゾルを固体電解質管外周
面へ塗布する方法などを用いて行なうことかてきる。
[実施例] 以下、本発明を実施例に大きさらに詳細に説明するか、
本発明はこれら実施例に限られるものてはない。
(実施例1) コーティング用ガラス原料として、アルコキシドを使用
した。
トリメチルポライドlsg、テトラオルトシリケート1
4g、蒸留水18.5g、クエン酸20g、クエン酸ナ
トリウム4gを秤量し、同体桔のイソプロピルアルコー
ルと混合しゾル状態とした。次に、ゾル状態の溶液をス
プレーによりβ−アルミナ管の外表面に数秒間吹きつけ
た。吹きつけたゾルの諺は0.6g/c■2であった。
その後、β−アルミナ管を100°Cの乾燥器中で1時
間乾燥させてゾル溶液をゲル状にした後、β−アルミナ
管を空気雰囲気の電気炉中940℃×1時間加熱した。
その結果、β−アルミナ管の外表面にNa20  B2
0:I  S 102−A1203系のガラスか形成さ
れた。電子顕微鏡て解析の結果、形成されたガラスの厚
さは2〜5#1.mであった。
また、ガラス成分中のA l 20 :lは、β−アル
ミナ管より拡散したものと判断された。
以上のガラスコーティングを施したβ−アルミナ管30
本を通常のナトリウム−硫黄電池に組立て、室温から3
50°Cの間を平均昇降温速度30’C/hrて50回
昇降温したところ、β−アルミナ管の破損は皆無であっ
た。一方、以−Eのガラスコーティング処理を施さなか
ったβ−アルミナ管を使用したナトリウム−硫黄電池の
昇降温を50回行ったところ、12木のβ−アルミナ管
の破損か認められ、本ガラス処理かβ−アルミナ管の破
壊防止に極めて効果的であることか分かった。
(実施例2) 実施例1と同様のゾル溶液を作製し、吹きつけたゾルの
14と、熱処理後形成されたガラスの厚さβ−アルミナ
管のガラスコーチインクによる電池内部抵抗上昇の関係
を調べたところ、次の結果を得た。
■   (2)(Φ     (4) ゾル付着量(g/c+”)  ナシ 0.2  11.
6  1.0ガラス 層の 厚箕μm)    ナシ 
0.5〜2 2〜5  5〜9電池内部抵抗(mΩ) 
 5.9 6.1  6.5   ’1.2β−アルミ
ナ 管の破壊  12/コ0(実施例1の結果) 01]0 その結果、@の場合、電池内部抵抗の増加か大きく電池
としての効率か低−ドした。また、■の場合は、β−ア
ルミナ管の外表面の造粒粒子の凹凸かコーティングガラ
スてすべて覆われておらず、必ずしも適当ではなかった
。昇降温試験の結果と、電池内部抵抗とのバランスを考
えると、溶液ゾルの吹きつけ量は0 、6 g/cm2
程度、ガラス厚さは2〜5uLmが適切であることか分
かった。
(実施例3) コーティングガラスの原料として、コロイタルシリカ5
3g、無水ホウ酸27g、水酸化ナトリウム25gを秤
量し、少喰の蒸留水を加えてボットミルてペースト状に
混練しなから微粉砕した。
その後、ペーストをへヶにつけてβ−アルミナ管の外表
面に薄く塗j+3し、100°CXt時間乾燥後1io
o℃xlO分′■シ気炉中で加熱した。その後、実施例
1と同様の昇降温試験を行ったところ同様の効果を得る
ことが出来た。
[発明の効果] 以」−説明したように、請求項1記載のナトリウム−硫
黄電池によれば、ベータアルミナ固体電解?j’i’i
’の外周面にガラス薄層を形成したのて、電池かy1降
温を繰返してもベータアルミナ固体電解質管の破壊損傷
は生しない。また、請求項2記載の製造方法によれば、
電池か昇降温を繰返してもベータアルミナ固体電解質管
の破壊損傷が生しない請求qilのナトリウム−硫黄電
池を製造することかできる。
【図面の簡単な説明】 第1図はナトリウム−硫黄電池の構造を示す説14図で
ある。 l・・・陽極用導電材、2・・・陽極容器、3・・・絶
縁体リング、4・・・陰極容器、5・・・ベータアルミ
ナ管、6・・・上k、7・・・陰極管。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)溶融硫黄を収容する陽極容器と、該陽極容器の上
    端部と絶縁体リングを介して接合され且つ溶融金属ナト
    リウムを貯留する陰極容器と、前記絶縁体リングの内周
    部に接合され且つナトリウムイオンを選択的に透過させ
    る機能を有するベータアルミナ固体電解質管とからなる
    ナトリウム−硫黄電池において、前記ベータアルミナ固
    体電解質管の外周面にガラス薄層を形成したことを特徴
    とするナトリウム−硫黄電池。
  2. (2)溶融硫黄を収容する陽極容器と、該陽極容器の上
    端部と絶縁体リングを介して接合され且つ溶融金属ナト
    リウムを貯留する陰極容器と、前記絶縁体リングの内周
    部に接合され且つナトリウムイオンを選択的に透過させ
    る機能を有するベータアルミナ固体電解質管とからなる
    ナトリウム−硫黄電池を製造する方法において、前記ベ
    ータアルミナ固体電解質管の外周面にガラスをコーティ
    ングした後、前記絶縁体リングの内周部に接合すること
    を特徴とするナトリウム−硫黄電池の製造方法。
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5782186A (en) * 1980-08-19 1982-05-22 Chloride Silent Power Ltd Solid electrolyte material bonding to beta-alumina ceramic, manufacture and sodium-sulfur battery and other energy converting device using same
JPS6362163A (ja) * 1986-09-01 1988-03-18 Hitachi Ltd ナトリウム−イオウ二次電池

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5782186A (en) * 1980-08-19 1982-05-22 Chloride Silent Power Ltd Solid electrolyte material bonding to beta-alumina ceramic, manufacture and sodium-sulfur battery and other energy converting device using same
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