JPH0364868A - ナトリウム―硫黄電池とその製造法 - 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−硫黄電池とその製造法に関するも
ので、さらに詳しく言えば陰極室内にナトリウムを気密
性よく充填でき、安全性が向上できる電池とその製造法
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”−アルミナの如
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形二次電池である。

このようなナトリウム−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ｌ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の上面に陰極蓋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
ての陰極バイブロが溶接され、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内には金属繊維７が配され、約１５
０℃の保温下において前記陰極バイブロより固体電解質
管１内を排気した後、同温度で溶融させたナトリウム８
が真空充填され、充填後陰極端子５の上端は封止される
。このような陰極室構成体は、円筒状の硫黄成形体１ｏ
が内挿され、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に、電槽９の上端は前記陽極蓋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、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
填後陰極端子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。また、ナトリウム８の充
填直後に電池外界囲気ガスが陰極バイブロを通して金属
繊維７内に吸入され、金属繊維７に含浸されたナトリウ
ム８が強制的に排出され、ナトリウム８の枯渇した箇所
が金属繊維７内、特に固体電解質管１の表面に発生し、
固体電解質管１の表面の電流密度が不均一になって固体
電解質管１の劣化が生じるという問題点があった。

さらに、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、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。

発明の目的 本発明は上記欠点を解消するもので、ナトリウムの充填
を容易にすること、充填後の溶接を容易にすること、金
属繊維内のナトリウムの枯渇した箇所をなくすこと、お
よび電池の破損を少なくすることを目的とし、さらに破
損しても活物質が漏出しない構造とし、その安全性を高
めることを目的とするものである。

発明の構成 本発明のナトリウム−硫黄電池とその製造法は、底面に
穴と上方に向いた突起とを有し、上面に内側に向く複数
の突起を有する筒体を下部に溶接して陰極集電容器とし
、この陰極集電容器を陰極蓋の内周縁部に溶接するとと
もに、前記容器内にナトリウムタンクを配置し、内側に
向く突起でナトリウムタンクの側面を固定するとともに
、底面の突起で穿孔して陰極室内にナトリウムを真空充
填するものである。

実施例 以下実施例により説明する。第１図（ａ）は本発明のナ
トリウム−硫黄電池の要部断面図で、第３図と共通する
部分には同じ符号を付している。

固体電解質管ｌとα−アルミナリング２とのガラス半田
接合については従来と同様に行い、α−アルミナリング
２の上面にはアルミニウム被覆鉄からなる陰極蓋３を熱
圧接合し、下面には同材質からなる陽極蓋４を熱圧接合
する。この陽極蓋４には陽極補助蓋４゛を溶接する。前
記固体電解質管１内にはステンレスフェルトからなる金
属繊維１２を、中心穴を設ける如く巻回して収納し、陰
極室を構成する。一方、上面に内側に向いた複数の突起
１３°を有し、底面に穴１４゛と上方に向いた突起１４
とを有する第１図（ｂｌの如き筒体１３を下部に溶接し
て陰極集電容器１５とし、その上部を、筒体１３の底面
が金属繊維１２に接触する如く前記陰極Ｍ３の内周縁部
に溶接する。

この穴１４°と上方に向いた突起１４とは、筒体１３の
底面に■字形の切り込みを入れ、この切り込み部を上方
に向けることにより形成することができる。次に、第２
図（ａｌの要部断面図に示すように、筒体１３の内側底
面上にＯリング１６を配置するとともに、内部に窒素ガ
ス、ヘリウムガス、アルゴンガスのいずれかまたは混合
ガスが封入され、ナトリウム８が充填されたナトリウム
タンク１７を前記陰極集電容器１５内に配置し、加熱下
において前記穴１４′より陰極室内を排気した後、前記
ナトリウムタンク１７を下降させ、筒体１３の内側に向
いた複数の突起１３°でナトリウムタンク１７の側面を
固定し、かつＯリング１６により陰極室内外を気密遮断
するとともに、筒体１３の底面の突起１４によりナトリ
ウムタンク１７の底面に穿孔して陰極室内にナトリウム
８を真空充填する。この真空充填はナトリウムタンク１
７の内圧と陰極室の内圧との差によって行われる。

第２図中）はナトリウム８の充填途中の状態を示すもの
である。充填後、冷却し、ナトリウムタンク１７を回転
させながら引き抜き、Ｏリング１６を除去する。次に、
陰極集電容器１５の上部内周縁部に陰極端子１８を真空
溶接して陰極室内を密閉し、陰極室構成体とする。この
陰極室構成体を円筒形の硫黄成形体１０が収納された電
槽９内に挿入し、電槽９の上端と前記陽極補助蓋４′と
を真空溶接して完成電池とする。

今、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セルずつ製作し、室温−一３５０℃
、昇降温速度約り５０℃〜２００℃／ｈでヒートサイク
ル試験を行い、結果を表−１に示す。表−１において、
分子は活物質などが漏出した電池数または内部短絡した
電池数、分母は破損電池数を示す。なお、電池は破損す
ると、電圧が急激に低下するので、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、従来電池は破損した場合、活物質などが漏
出し、そのすべてが短絡していたのに対し、本発明電池
は破損も少なく、破損しても活物質などの漏出もなく、
内部短絡も認められなかった。また、その製造法は、陰
極パイプを配する必要がなくなるので、充填に要する時
間や部品を少なくすることができ、ナトリウムタンク１
７と陰極集電容器１５とが固定されるので、ナトリウム
充填時の陰極室内の気密性保持が容易になり、ナトリウ
ム８の充填後金属繊維１２内にナトリウム８が枯渇する
箇所も発生しない。

発明の効果 実施例において詳述した如く、本発明電池は気密性がよ
いので、品質が安定している。また、電池が破損した場
合も、ナトリウムと硫黄との直接反応熱で陰極集電容器
の下方が溶断されるので、内部短絡の発生が防止できる
。さらに、ナトリウムの充填後金属繊維内にナトリウム
が枯渇する箇所も発生しないので、電池寿命を延ばすこ
とができる。一方、その製造法は、ナトリウムの充填に
要する時間や部品を少なくできるので、量産化に対処す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａｌは本発明のナトリウム−硫黄電池の要部断
面図、第１図（ｂ）は筒体の斜視図、第２図（ａ）、　
（ｂ）は本発明のナトリウム−硫黄電池の製造法を説明
するための図、第３図は従来のナトリウム−硫黄電池の
断面図である。 ■・・・固体電解質管　２・・・α−アルミナリング３
・・・陰極Ｍ　　４・・・陽極蓋 ４”・・・陽極補助蓋　７，１２・・・金属繊維８・・
・ナトリウム　　１３・・・筒体　　１３°・・・突起
１４・・・突起　　１４゛　・・・穴　　１５・・・陰
極集電容器１６・・・Ｏリング　　１７・・・ナトリウ
ムタンク５．１８・・・陰極端子

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
   の上面に陰極蓋が熱圧接合されるとともに、この陰極蓋
   に溶接されて前記固体電解質管内に陰極室を形成する陰
   極端子を有し、かつ前記α−アルミナリングの下面に陽
   極蓋が熱圧接合されるとともに、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して固体電解質管と
   の間隙に陽極室を形成する電槽を有してなるナトリウム
   −硫黄電池において、底面に穴と上方に向いた突起とを
   有し、上面に内側に向く複数の突起を有する筒体を下部
   に溶接して陰極集電容器とし、前記底面を固体電解質管
   内の金属繊維の上面に接触するように配置し、かつこの
   陰極集電容器の上部を前記陰極蓋の内周縁部に溶接し、
   この陰極集電容器の上部内周縁部に陰極端子を溶接して
   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）内側に向く複数の突起が長さの異なる三角形状であ
   ることを特徴とする請求項第１項記載のナトリウム−硫
   黄電池。 ３）陰極集電容器の底面にＶ字形の切り込みを入れ、切
   り込み部を上方に向けて穴と突起とを形成したことを特
   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）ナトリウムイオン伝導性の固体電解質管
   の上端にα−アルミナリングをガラス半田接合し、この
   α−アルミナリングの上面に陰極蓋を、下面に陽極蓋を
   熱圧接合した後、固体電解質管内に金属繊維を収納して
   陰極室を形成し、一方、底面に穴と上方に向いた突起と
   を有し、上面に内側に向く複数の突起を有する筒体を下
   部に溶接した陰極集電容器を準備し、この陰極集電容器
   の底面が前記金属繊維に接触する如く陰極蓋の下部に溶
   接した後、前記筒体の内側底面上に０リングを配置する
   とともに、内部に窒素ガス、ヘリウムガス、アルゴンガ
   スのいずれかまたは混合ガスが封入され、ナトリウムが
   充填されたナトリウムタンクを前記陰極集電容器内に配
   置し、加熱下において前記筒体の底面の穴より陰極室内
   を排気した後、前記ナトリウムタンクを下降させ、前記
   筒体の内側に向く複数の突起でナトリウムタンク側面を
   固定するとともに、前記筒体の底面の突起でナトリウム
   タンクに穿孔して陰極室内にナトリウムを真空充填した
   後、前記陰極集電容器の上部内周縁部に陰極端子を溶接
   して陰極室構成体とし、一方、円筒形の硫黄成形体を挿
   入した電槽を準備し、この硫黄成形体の中央の中空部に
   前記陰極室構成体を挿入した後、前記陽極蓋に溶接され
   た陽極補助蓋と電槽の上端とを溶接して陽極室内を真空
   密閉したことを特徴とするナトリウム−硫黄電池の製造
   法。