JPH02213060A - 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−硫黄電池に関するもので１さらに
詳しく言えばその破損防止と安全性向上およびナトリウ
ムの充填を容易にした構造に関するものである＠ 従来技術とその問題点 ナトリウム−硫黄電池は、陰極活物質としてのナトリウ
ムと、陽極活物質としての硫黄とをβ′−ア／Ｉ’ミナ
の如きナトリウムイオン伝導性の固体電解質管により分
離させてなる完全密閉構造の高温型二次電池である。

このようなす）ＩＩウムー硫黄電池の従来の構造を第３
図により説明する。固体電解質管１の上端にα−アルミ
ナリング２がガラス半田接合され、このα−アルミナリ
ング２の上面に陰極！！３が、下面に陽極蓋４がそれぞ
れ熱圧接合されている。前記陰極蓋３には陰極端子５が
溶接されるとともに、その中央部を貫通して陰極集電体
としての陰極パイプ６が溶接され、その下方は前記固体
電解質管１内に挿入されている。

この固体電解質管１内には金ｍ繊維７が配され、約１５
０℃の保温下において前Ｅ３陰極パイプ６より固体電解
質管１内を排気した後、同温度で溶融させたすＦリウム
８が真空充填され、充填後論極端子５の上端は封止され
る。このような陰極室構成体は、円筒形の硫黄成型体１
０が内挿され１陽極集電端子１１が溶接された陽極集電
体を兼ねる電槽９内に挿入され、陽極集電端子１１を外
側に折り曲げるとともしこ、その上端は前記陰極蓋４と
真空溶接されて完全密閉される。

上記の如き構造のナトリウム−硫黄電池では、作動温度
の３５０℃まで昇温する過程で硫黄成型体１０が熱膨張
しへ固体電解！Ｒ管１が曲げ応力を受ける。ところが、
固体電解質管１はガラス半田によってａ−アルミナリン
グ２に強固に接合されているため、前記曲げ応力を受け
てガラス半田接合部で固体電解質管１が破損することが
あった・このように固体電解質管１が破損すると、硫黄
とナトリウムとが直接反応しへ内圧が上昇して陰極蓋３
がａ−アルミナリング２の上面から剥離しへ活物質など
が漏出して隣接する正常な電池も破損させて大規模な事
故になるという問題点があった。また陰極端子５の上端
よりナトリウム８を真空充填しているため、充填後論極
端子５の内側にナトリウムが付着することがあり、陰極
端子５の上端の封止が不完全になって不良が発生すると
いう問題点があった。

さらケこ陽極集電端子１１を電ｆ１９に溶接する際、熱
の影響を受けて電槽９の開口部に偏心を生じ、陽ＷＡ！
４との溶接で不良が発生するという問題点があった。

発明の目的 本発明は上記欠点を解消するもので、ｌ！ｉｌ魚に溶接
された陰極端子の貫通穴に、上部に溝部を形成した陰極
集電体を嵌入しへこの開部を介してナトリウムを充填し
て封止することにより、貫通穴の上部の封止を完全にす
るとともに、電池の破損時に前記陰極集電体を溶断させ
ることにより、破損電池を切り離すことを目的とする。

発明の構成 本発明のす）Ｕラム−硫黄電池は、陰極室内に少なくと
も２層からなる円筒形の金属ｌ＃Ｎ維を配し１かつ陽極
室内に、内側に電気絶縁層な有しへ少なくとも一部に硫
黄を固化させている硫黄成型体を配するとともに１α−
アルミナリングの下面に熱圧接合された陽ｐｉＳ蓋をα
−アルミナリングの外周面に沿って上方に延長しへｒ＆
極補助萱を介してｔ櫓と溶接して陽極室を密閉しへかつ
α−ア／１／ｌナリングの上面に熱圧接合された陰極蓋
に貫通穴を設けた陰極端子を溶接しへこの貫通穴に溝部
を有する陰極集電体を嵌入しへかつ陰極集電体の他端を
前記金属繊維の円筒内に挿入して陰極塗を密閉したもの
である。

実施例 以下実施例により説明する。第１図は本発明のナトリウ
ム−硫黄電池の断面図で、第３図と共通する部分には同
じ符号を付している。第１図において、固体電解質管１
は、その上部が開放された外径４６１ＬｌＫ、内径４０
簡、長さ４００馴のβ′−７／１／ミナからなり、その
上部開放端に外径５６酩、内径４０ｍ１１１１．厚さ１
０鶴のα−アルミナリング２がガラス半田接合される。

このα−ア／Ｖミナリング２の上面に陰極蓋５を、下面
にｒ４極蓋４をそれぞれ熱圧接合する。前記ＦＩＩ極蓋
４はａ−ア／１／（ナリングの外周面に沿って上方に延
長させ曳第１の　ゝ ４陽極補助蓋１３−１および第２の陽極補助蓋１３−２
に溶接される。また前記隘極蓋３には、固体電解質管１
の上部開放端をおおうように陰極端子５が溶接され、該
陰極端子５の中央に直径７朋の貫通穴５′を設けるとと
もに、この貫通穴５′には、第４図（転）のような一端
に深さ５　ｓｓｇ　Ｓ幅２１１８、長さ４０闘の異部６
′を有する外径８鵡、長さ３７０錦のアルミニウム製の
陰極集電体６′が嵌入され、他端を少なくとも２層から
なる円筒形の金属繊維１２−１　、１２−２の円筒内に
挿入しへ固体電解質管の内底部から１０關上方に位置さ
せる。こうして陰極集電体６′を貫通穴５′に嵌入する
ことにより、第４図（ｂ）のように陰極集電体６′の溝
部６′の周縁が変形して上部穴６ムと側部穴６Ｂとが形
成され、前記上部穴６ムと側部穴６Ｂとを介して陰極室
内にす）リウ五８を真空充填する。充填されたナトリウ
ム８は金属繊維１２−１．１２−２の円筒内にも入り、
陰極集電体６′と電気的に接触する・前記金属１層維１
２−１は内径１８鰭、厚さ約ｊｗ、高さ５４０ｍのステ
ンレス織布（繊維径８声解）であり、その外側にフェル
ト状の金属繊維１２−２を重ねて外径が４１１１１１１
になるように巻回させて固定している。前記陰極端子５
の貫通穴５′の上部には円筒部５′を形成しへこの円筒
部５′内に内側にねじ部を設けた陰極端子蓋１４を挿入
して真空溶接して陰極室を密閉するとともに、を槽蓋１
７との間に絶縁部材２０を介在させたボＡ／　）　１５
’を前記ねじ部に螺着させ、陰極接続端子１５をナツト
締めする。一方１円筒形の硫黄成型体１０が内挿された
電槽９を前記固体電解質管１の下方から装着しへ上端を
第２の前記陽極補助蓋１３−２に溶接して陽極室を密閉
するとともに、その上部に陽極端子１６が溶接された電
槽蓋１７を溶接しへ該陽極端子１６にＶｋｗ１接続端子
１８をナツト締めして完成電池とする。

第２図は本発明の他の実施例のナトリウム−硫黄電池の
要部Ｉｔｌｉ而−で、第１図と共通する部分には同じ符
号を付している。第２図のナトリウム−硫黄電池は、陽
極室内に配する硫黄成型体１０の内側にセラミック繊維
やガフス鎗鉱などからなるｔ気絶縁Ｊ％１１０Ａを設け
、少なくとも一部ｔｃＲ黄固化層１０Ｂを形成するとと
もに、陰極室を密閉するための陰極端子Ｗ１４の凹状部
に電池作動温度で溶融状態にある鉛や鉛−錫合金などの
金属１９を配したことを特徴とするものである。該金属
１９は電池組立時にボルト１５′の下端の四部２１内に
配しておき、電池作動ｍ度で溶融状態になるこの金ｇ１
９を介して陰極端子５をボルト１５′により上方に延長
させようとするものである。前記ボルト１５′の周縁に
は絶縁部材２０を設け、この絶縁部材２０を介して第２
のｔ槽蓋１７−２に接続するとともに、コノ第２（１）
ＫｎＭ１７−２の他端はベローズ構造の陽極補助蓋１６
と第１の電槽Ｍ１７−１とを介してＷＬ櫓９に溶接され
て陽極室が密閉されてなる。なお、前記電気絶縁Ｍ１０
Ａは充電時ｌＣ硫黄の偏析を防止するものであり、硫黄
同化層１０Ｂは陽極活物質の利用率を向上させるととも
に、多硫化ナトリウムによる熱圧接合部の腐食防止を図
るものである。

本発明のす）１７ウムー硫黄電池でｔよ、陽極補助！１
３や第２図では特に電池作動温度で溶融状態にある金属
１９により、陰極接続端子１５や陽極接続端子１８を柔
軟にすることができ、特に振動の多い電気自動車などに
適しへまた多数の電池を直、並列に接続した時に柔軟性
をもたせることができる。

今１第１図のような本発明電池と第３図のような従来電
池とをそれぞれ１０セρずつ製作しへ室温４３５０℃、
昇降温速度約１５０℃〜２００℃／ｈでビートサイクル
試験を行い、結果を表−ＩＫ示す。表−１において、分
子は活物質などが漏出した電池数、分母は破損電池数を
示す。なお、電池は破損すると電圧が急１に低下するの
で、電圧の低下で破損電池の確認を行った。

以下余白 表−１ 表−１から、従来電池は１０サイクｙまでのヒートサイ
クル試験で破損することが多く、また破損した場合も活
物質などが漏出しへ３分の２が短絡していたのに対しへ
本発明電池は１０サイクρまでのヒートサイクル試験で
の破損は紹められなかった。

次に一破損しなかった電池について、３５０℃で振幅２
６５關〜２．５鰭、加速度３Ｇの上下単振動による電池
振ｗＪ試訣を２時間行い、結果を表−２に示す。

表 表−２から、従来電油は破損していたのに対しへ本発明
電池は破損していなかった。

また、第２図のような本発明電池についても同様の実験
を行ったが結果は同じであった。

発明の効果 実施例において詳述した如く、本発明電池は、陽極補助
蓋を設けて固体電解質管の上方に応力による変位を移行
させていることにより、ヒートサイクル試験や電池作動
湯度下における曲は応力を吸収することができて固体電
解質管の破損を防止できる。また破損した場合も、ナト
リウムと硫黄との直接反応熱により陰極集電体６′が溶
断するので、破損電池の内部で短絡発生が防止できる。

さらにナトリウムの充填時に陰極端子の内側にすＦリウ
ムが付着することも防止できる。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は本発明のナトリウム−硫黄電池の
断面図、第５図は従来のす）　９ウムー硫黄電池の断面
図、第４図（〜、　（ｂ）は陰極集電体の斜視図である
。 １・・・固体電解質管 ３・・・陰極蓋 ５・・・陰極端子 ５′・・・円筒部 ６′・・・溝部 ６Ｂ・・・側部穴 １３・・・陽極補助蓋 １７・・・電ｐｍ！！ ２０・・・絶縁部材 ７゜

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）ナトリウムイオン伝導性の固体電解質管の上端に
   α−アルミナリングが接合され、このα−アルミナリン
   グの上面に陰極蓋が、下面に陽極蓋が熱圧接合され、か
   つこの陽極蓋に溶接されて前記固体電解質管を下方から
   被包する電槽を有し、前記固体電解質管内を陰極室、固
   体電解質管と前記電槽との間隙を陽極室とするナトリウ
   ム−硫黄電池において、前記陰極室内に少なくとも２層
   からなる円筒形の金属繊維を配し、かつ前記陽極蓋をα
   −アルミナリングの外周面に沿って上方に延長しへ陽極
   補助蓋を介して電槽の上端に溶接して陽極室を密閉し、
   かつ前記陰極蓋に貫通穴を設けた陰極端子を溶接し、こ
   の貫通穴に溝部を有する陰極集電体を嵌入するとともに
   該陰極集電体の他端を前記金属繊維の円筒内に挿入して
   陰極室を密閉したことを特徴とするナトリウム−硫黄電
   池。 （２）陽極室内に、内側に電気絶縁層を有し、少なくと
   も一部に硫黄固化層を設けた硫黄成型体が配されている
   請求項第１項記載のナトリウム−硫黄電池。 （２）陰極端子の貫通穴の上部に内筒部を形成し、この
   円筒部に断面が凹状の陰極端子蓋を嵌着または螺着して
   陰極室を密閉したことを特徴とする請求項第１項または
   第２項記載のナトリウム−硫黄電池。 （４）陰極端子蓋の凹状部に電池作動温度で溶融状態に
   ある金属を配し、この金属を介して陰極端子を延長させ
   る延長部材を設けたことを特徴とする請求項第３項記載
   のナトリウム−硫黄電池。