JPH04255675A - 蓄電池容器及びその製作方法 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、溶融塩を用いる蓄電池
の容器及びその製作方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】図２には従来技術に係るナトリウム−溶
融塩蓄電池の縦断面を示す。同図に示すように正極を構
成する正極金属容器１内に挿入されている筒状のナトリ
ウムイオン導電性固体電解質チューブ２は、電気絶縁性
を有すると共に正極金属容器１の上部開口を塞ぐヘッダ
３に上端が接合されて正極金属容器１とは非接触状態で
保持されている。また、負極を構成する負極金属板４は
、正極金属容器１及びナトイウムイオン導電性固体電解
質チューブ２とは非接触状体となるようヘッダ３の上面
に接合されている。ここで、ナトリウムイオン導電性固
体電解質チューブ２は正極室と負極室とを隔てる役割を
果たしている。そして、正極金属容器１とナトリウムイ
オン導電性固体電解質チューブ２との間の正極室には、
正極活物質でるセレンを含む塩化ナトリウム及び塩化ア
ルミニウムの混合溶融塩を含浸させた、例えばカーボン
フェルト、グラッシーカーボン焼結体などの多孔質集電
体からなる正極集電体５が充填されている。また、負極
質となるナトリウムイオン導電性固体電解質チューブ２
内には、ナトリウムからなる負極活物質６が充填されて
おり、さらに、この負極活物質６内には、負極金属板４
に貫通した状態で設けられている負極集電体７が挿入さ
れている。この負極集電体７は中空の金属性チューブ、
望ましくはステンレス製チューブとするのがよく、これ
により負極活物質６であるナトリウムの注入管の役割も
兼ねさせることができる。

【０００３】上記の構成により、正極金属容器１に接触
する正極集電体５に含浸された正極活物質と、負極金属
板４に接触する負極活物質６とがナトリウムイオン導電
性固体電解質チューブ２を介して接触しており、蓄電池
として作動する。

【０００４】なお、正極を公営する正極金属容器１は耐
食性を考慮してステンレス鋼（例えばＳＵＳ３０４）製
とされ、また、負極を構成する負極金属板も一般にステ
ンレ鋼により形成される。一方、電気絶縁性を有するヘ
ッダ３は、例えばαアルミナなどのセラミックスや高分
子材からなる。また、ナトリウムイオン導電性固体電解
質チューブ２は、例えばβアルミナ，β”アルミナ，ナ
シコンなどからなる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】前述した構成の蓄電池
容器を製作する場合、正極金属容器１及び負極金属板４
を、これらに挾まれる電気絶縁体であるヘッダ３に接合
しなければならないが、正極金属板４の材料であるステ
ンレス鋼の線膨張係数が１７×１０−６であるのに対し
、ヘッダ３の材料であるαアルミナの線膨張係数が８×
１０−６である。すなわち、従来においては、接合面８
で相対向する部材の線膨張係数が約２倍異なるので、接
合面８で剥離したり、セラミック材であるヘッダ３が破
壊したりして、健全な蓄電池容器が製作できない、とい
う問題があった。

【０００６】本発明はこのような事情に鑑み、容易に剥
離・破壊等が生じない健全な蓄電池容器及びその製作方
法を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成する本発
明に係る蓄電池容器は、ナトリウムイオン導電性固体電
解質を介して接する正極活物質としての溶融塩及び負極
活物質としてのナトリウムを保持する正極となる正極金
属容器と、上記ナトリウムイオン導電性固体電解質が接
合されると共に上記正極金属容器と負極となる負極金属
板と間に接合される電気絶縁体とを有する蓄電池容器に
おいて、上記電気絶縁体が接合される上記正極金属容器
の端部と上記負極金属板とを線膨張係数が該電気絶縁体
に近い金属で構成すると共に、該正極金属容器端部及び
該負極金属板と上記電気絶縁体とを、該電気絶縁体と上
記ナトリウムイオン導電性固体電解質とを有する融材よ
り融点の低い融材で接合した、ことを特徴とする。

【０００８】また、本発明に係る蓄電池容器の製作方法
は、ナトリウムイオン導電性固体電解質を介して接する
正極活物質としての溶融塩及び負極活物質としてのナト
リウムを保持する正極となる正極金属容器と、上記ナト
リウムイオン導電性固体電解質が接合されると共に上記
正極金属容器と負極となる負極金属板と間に接合される
電気絶縁体とを有する蓄電池容器の製作方法において、
上記ナトリウムイオン導電性固体電解質と上記電気絶縁
体とを第一の融材で接合し、次いで、線膨張係数が上記
電気絶縁体に近い金属で構成した上記正極金属容器の端
部及び上記負極金属板とを上記第一の融材より融点の低
い第二の融材で接合し、最後に、上記正極金属容器の端
部を該正極金属容器の本体に溶接する、ことを特徴とす
る。

【０００９】

【作用】前記構成の蓄電池容器は、融材で接合された正
極金属容器の端部と電気絶縁体、及び負極金属板と電気
絶縁体はそれぞれ線膨張係数が近いので、接合後熱歪等
により剥離等が生じることがない。なお、電気絶縁体例
えばαアルミナと線膨張係数が近い金属としては例えば
コバール（Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金）、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｒ
合金、Ｆｅ−Ｎｉ合金、Ｆｅ−Ｃｒ合金を挙げることが
できる。かかる蓄電池容器を製作する場合、まず、線膨
張係数がほぼ同じである電気絶縁体（例えばαアルミナ
）とナトリウムイオン導電性固体電解質（例えば、β”
アルミナ）とを例えば融点が８５０℃の第一の融材で接
合し、次いで、該電気絶縁体と正極金属容器の端部とを
例えば融点が６２５℃の第二融材で接合する。この正極
金属容器の端部には上述したコバール等を用いればよい
が、該端部と電気絶縁体との間に緩衝材として純アルミ
ニウムを挿入するとさらに好ましい。そして最後に、該
端部と正極金属容器の本体（例えばＳＵＳ３０４からな
る）とを溶接することにより蓄電池容器を完成する。

【００１０】

【実施例】以下、本発明を実施例に基づいて説明する。

【００１１】図１には第一実施例に係る蓄電池容器を用
いたナトリウム−溶融塩蓄電池の縦断面を示す。同図に
示すように、正極を構成する正極金属容器１１に挿入さ
れているナトリウムイオン導電性固体電解質チューブ１
２は、正極金属容器１１の上部開口を塞ぐヘッダ１３に
上端が接合されて該正極金属容器１１とは非接触状態で
保持されている。また、負極を構成する負極金属板１４
は、正極金属容器１１及びナトリウムイオン導電性固体
電解質チューブ１２とは非接触状態となるようヘッダ１
３の上面に接合されている。正極金属容器１１とナトリ
ウムイオン導電性固体電解質チューブ１２との間の正極
室には、正極活物質であるセレンを含む塩化ナトリウム
及び塩化アルミニウムの混合溶融塩を含浸させた、例え
ばカーボンフェルト、グラッシーカーボン焼結体などの
多孔質集電体からなる正極集電体１５が充填されている
。一方、負極室となるナトリウムイオン導電性固体電解
質チューブ１２内には、ナトリウムからなる負極活物質
１６が充填されており、この負極活物質１６内には、負
極金属板１４に貫通した状態で設けられている負極集電
体１７が挿入されている。

【００１２】本実施例の正極金属容器１１は、例えばＳ
ＵＳ３０４などのステンレス鋼からなる容器本体１１ａ
と、その上端部に溶接部１８により結合される端部１１
ｂとで構成される。この端部１１ｂ及び上記負極金属板
１４は、例えばαアルミナ（線膨張係数＝８×１０−６
）からなるヘッダ１３に近い線膨張係数、例えば７〜１
２×１０−６の線膨張係数を有する材質、例えばコバー
ル（Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金；線膨張係数：１０×１０−
６）からなる。なお、端部１１ｂの材質としては、この
他、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｒ合金、Ｆｅ−Ｎｉ合金、Ｆｅ−Ｃ
ｒ合金などを挙げることができる。一方、ナトリウムイ
オン導電性固体電解質チューブ１２は、従来技術に係る
ものと同様であり、本実施例ではβ”アルミナとした。 なお、負極集電体１７は金属製チューブからなり、負極
活物質１６であるナトリウムの注入管の役割を果たして
いる。また、ナトリウムイオン導電性電解質チューブ１
２とヘッダ１３とは、ＳｉＯ２　を主成分として軟化点
が７００〜８００℃のガラス材からなる、第一融着部１
９により接合され、一方、端部１１ｂ及び負極金属板１
４とヘッダ１３との接合は、例えば融点が６００℃のＡ
ｌ−Ｓｉ−Ｍｇ系のろう材からなる第二の融着部２０に
より行われている。さらに、第二の融着部２０には、端
部１１ｂ及び負極金属板１４とヘッダ１３との関の熱膨
張差を吸収するため厚さ１．０ｍｍの軟質材である純ア
ルミニウムが緩衝材として挿入されている。

【００１３】次に、上述した蓄電池容器の製作方法の一
例について説明する。まず、αアルミナ製のヘッダ１３
と、β”アルミナ製のナトリウムイオン導電性固体電解
質チューブ１２とを、上述したＳｉＯ２　を主成分とす
る軟化点７００〜８００℃のガラス材を融材として用い
、接合温度８００℃で１０分間保持することにより接合
した。なお、上記ガラス材を塗布する範囲は、ナトリウ
ムイオン導電性固体電解質チューブ１２のヘッダ１３に
嵌合する部分の外周面及び端部であり、図中、第一の融
着部１９で示す。次いで、このヘッダ１３と、負極金属
板４及び端部１１ｂとを上述したＡｌ−Ｓｉ−Ｍｇ系の
ろう材を用い、接合温度６００℃で１時間保持すること
により接合した。なお、この際のろう材の塗布部分は図
中、第二の融着部２０として示してあり、さらに、第二
の融着部２０に軟質材としての厚さ１．０ｍｍの純アル
ミニウムを挾んだ後、接合した。また、このときの接合
温度６００℃では、先の第一の融着部１９が融けること
がないので、ヘッダ１３とナトリウムイオン導電性固体
電解質チューブ１２との接合状態に悪影響を与えること
はない。そして、最後に端部１１ｂと容器本体１１ａと
を溶接することにより、両者が溶接部１８を介して結合
された正極金属容器１１を形成する。これにより、蓄電
池容器が完成する。

【００１４】このような本実施例の蓄電池容器では、正
極金属容器１１の端部１１ｂと負極金属板１４とが、ヘ
ッダ１３と線膨張係数の近い材質で作られているため、
両者の接合面での剥離やセラミック材であるヘッダ１３
の破損が生じることがない。また、上述したように、ナ
トリウムイオン導電性固体電解質チューブ１２とヘッダ
１３とを融点の高いガラス材で結合した後、端部１１ｂ
及び負極金属板１４とヘッダ１３とを上記ガラス材より
融点の低いろう材で接合しているので、後者の接合時に
前者の第一の融着部１９が融けることがなく健全な接合
部を有する容器を製作することができる。

【００１５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明による、熱
膨張の差による接合部の剥離やセラミック材の破損、接
合時の他の接合部の剥離などがなく、健全な接合部を有
する蓄電池容器を提供する。また、本発明の蓄電池容器
は、鉛蓄電池の約３倍のエネルギー密度を有するナトリ
ウム−溶融塩電池の容器として最適なものであり、電気
自動車用、電力貯蔵用の蓄電池完成へ向けて本発明の効
果は絶大である。

【図面の簡単な説明】

【図１】一実施例の蓄電池容器を用いたナトリウム−溶
融塩電池の縦断面図である。

【図２】従来技術に係るナトリウム−溶融塩電池の縦断
面図である。

【符号の説明】

１１　　正極金属容器 １１ａ　　容器本体 １１ｂ　　端部 １２　　ナトリウムイオン導電性固体電解質チューブ１
３　　ヘッダ １４　　負極金属板 １５　　正極集電体 １６　　負極活物質 １９，２０　　融着部

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　ナトリウムイオン導電性固体電解質を
   介して接する正極活物質としての溶融塩及び負極活物質
   としてのナトリウムを保持する正極となる正極金属容器
   と、上記ナトリウムイオン導電性固体電解質が接合され
   ると共に上記正極金属容器と負極となる負極金属板と間
   に接合される電気絶縁体とを有する蓄電池容器において
   、上記電気絶縁体が接合される上記正極金属容器の端部
   と上記負極金属板とを線膨張係数が該電気絶縁体に近い
   金属で構成すると共に、該正極金属容器端部及び該負極
   金属板と上記電気絶縁体とを、該電気絶縁体と上記ナト
   リウムイオン導電性固体電解質とを有する融材より融点
   の低い融材で接合した、ことを特徴とする蓄電池容器。
2. 【請求項２】　　ナトリウムイオン導電性固体電解質を
   介して接する正極活物質としての溶融塩及び負極活物質
   としてのナトリウムを保持する正極となる正極金属容器
   と、上記ナトリウムイオン導電性固体電解質が接合され
   ると共に上記正極金属容器と負極となる負極金属板と間
   に接合される電気絶縁体とを有する蓄電池容器の製作方
   法において、上記ナトリウムイオン導電性固体電解質と
   上記電気絶縁体とを第一の融材で接合し、次いで、線膨
   張係数が上記電気絶縁体に近い金属で構成した上記正極
   金属容器の端部及び上記負極金属板とを該電気絶縁体に
   上記第一の融材より融点の低い第二の融材で接合し、最
   後に、上記正極金属容器の端部を該正極金属容器の本体
   に溶接する、ことを特徴とする蓄電池容器の製作方法。