JPH08329981A - ナトリウム−硫黄電池におけるナトリウム収容用カートリッジ - Google Patents

ナトリウム−硫黄電池におけるナトリウム収容用カートリッジ

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JPH08329981A
JPH08329981A JP8073650A JP7365096A JPH08329981A JP H08329981 A JPH08329981 A JP H08329981A JP 8073650 A JP8073650 A JP 8073650A JP 7365096 A JP7365096 A JP 7365096A JP H08329981 A JPH08329981 A JP H08329981A
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Hiromochi Tsuji
博以 辻
Masanobu Mori
政信 森
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真澄 横井
Tomohito Yamada
智史 山田
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 カートリッジを構成する筒状胴部と底蓋との
接合が簡易にでき、組立性のよいナトリウム−硫黄電池
のカートリッジを提供する。 【解決手段】 ナトリウム−硫黄電池におけるナトリウ
ム収容のためのカートリッジにおいて、当該カートリッ
ジ6を構成する筒状胴部12と底蓋13とが圧入によっ
て接合されているナトリウム−硫黄電池のカートリッ
ジ。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、ナトリウム−硫黄
電池において、陰極活性物質であるナトリウムを収容す
るために用いられるカートリッジに関するものである。
【0002】
【従来の技術】ナトリウム硫黄電池は、一方に陰極活性
物質である溶融金属ナトリウム、他方には陽極活性物質
である溶融硫黄を配し、両者をナトリウムイオンに対し
て選択的な透過性を有するβアルミナ固体電解質で隔離
し、300〜350℃で作動させる高温二次電池であ
る。
【0003】このようなナトリウム硫黄電池の構造は、
例えば図9に示すように、カーボンフェルト等に含浸さ
れた溶融硫黄Sを収容する円筒状の陽極容器1と、溶融
金属ナトリウムNaを収容するカートリッジ(ナトリウ
ム保護管)6と、このカートリッジ6を内部に収納し、
ナトリウムイオンNa+を選択的に透過させる機能を有
する有底円筒状の固体電解質管5と、カートリッジ6と
固体電解質管5の間の間隙部に、そのカートリッジ6及
び固体電解質管5からそれぞれ所定の間隔をおいて配設
された有底円筒状の隔壁管11からなり、陽極容器1と
固体電解質管5とは、絶縁リング4及び陽極金具3を介
して結合されている。また、絶縁リング4の上端面には
陰極金具8が熱圧接合され、この陰極金具8に陰極蓋9
が溶接固定されている。陽極容器1の外周上部と陰極蓋
9の上面には、それぞれ陽極側端子2と陰極側端子10
が設けられている。
【0004】カートリッジ6の上部空間には、窒素ガス
やアルゴンガス等の不活性ガスGが所定の圧力で封入さ
れ、この不活性ガスGによりカートリッジ6内のナトリ
ウムNaがカートリッジ底部に設けられた小孔7から流
出する方向へ加圧されている。かかる構造を有するナト
リウム−硫黄電池において、放電時にはカートリッジ6
の小孔7から供給されるナトリウムNaが、隔壁管11
とカートリッジ6との間隙内で上方に移動した後、隔壁
管11の上端を乗り越えて、隔壁管11と固体電解質管
5との間隙内で下方に移動し、更に、固体電解質管5を
ナトリウムイオンとなって透過して、陽極容器1内の硫
黄Sと反応して、多硫化ナトリウムが生成する。充電時
には放電とは逆にナトリウム及び硫黄の生成反応が起こ
る。
【0005】ところで、上記のような構造を有するナト
リウム−硫黄電池において、陰極活性物質であるナトリ
ウムを収容するために用いられるカートリッジは、筒状
の胴部と小孔を有する底蓋とが各々別個に作製された
後、これらが溶接により一体に接合されてなるものであ
った。すなわち、図10に示すように、開口端の径が等
しくなるように作製された筒状胴部12と底蓋13と
を、内部よりバックアップリング15を用いて接合部の
位置合わせを行いつつ、外部から電子ビーム溶接するこ
とにより接合一体化がなされている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ように溶接によって筒状胴部と底蓋との接合がなされた
カートリッジは、その組立工程おいて、溶接という手間
のかかる作業を要するため組立性に問題があった。本発
明は、このような従来技術の問題に鑑みてなされたもの
であり、その目的とするところは、カートリッジを構成
する筒状胴部と底蓋との接合が簡易にでき、組立性のよ
いナトリウム−硫黄電池のカートリッジを提供すること
にある。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明によれば、ナトリウム−硫黄電池におけるナ
トリウム収容のためのカートリッジにおいて、当該カー
トリッジを構成する筒状胴部と底蓋とが圧入によって接
合されていることを特徴とするナトリウム−硫黄電池の
カートリッジ、が提供される。
【0008】
【発明の実施の形態】上記のように、本発明のカートリ
ッジは、カートリッジを構成する筒状胴部と底蓋とが圧
入という簡易な方法で接合されているものなので、組立
性がよい。以下、本発明の実施形態を図面を参照しなが
ら説明するが、本発明はこれらの実施形態に限定される
ものではない。
【0009】図1は本発明の一実施形態を示す部分断面
図であって、筒状胴部12の一部が底蓋13内に圧入さ
れて両者が接合されている例(すなわち、筒状胴部12
と底蓋13との接合部分において、底蓋13が筒状胴部
12の外側にくるように圧入されている例)を示してい
る。
【0010】また、図2は本発明の別の実施形態を示す
ものであり、図1の例とは逆に、底蓋13の一部が筒状
胴部12内に圧入されて両者が接合されている例(すな
わち、筒状胴部12と底蓋13との接合部分において、
筒状胴部12が底蓋13の外側にくるように圧入されて
いる例)を示している。本発明のカートリッジは、基本
的には、図1と図2のどちらの構成を採ってもよい。
【0011】ただし、本発明のように圧入により接合を
する場合は、接合部分の気密性を完全に保つことは困難
であり、カートリッジ中のナトリウム量が徐々に減少し
て、図8のように、その液面がカートリッジ6内側の接
合部分(筒状胴部12と底蓋13とが接触して重なり合
っている部分)の端部より下に来ると、ナトリウムNa
を小孔7から流出する方向に加圧しているガスGが、こ
の接合部分の端部から漏れて、カートリッジ6内のガス
圧が下がり、この結果、小孔7から流出されない不活用
のナトリウムNaがカートリッジ6内に残存することが
ある。
【0012】このような不活用のナトリウムNaをなる
べく少なくするには、カートリッジ6内側の接合部分の
端部がカートリッジ6の底に近い方が好ましい。したが
って、かかる観点からいえば、図1のように、筒状胴部
12の一部が底蓋13内に圧入されるような構成にした
方が、カートリッジ6内側の接合部分の端部の位置をカ
ートリッジ6の底に近づけることができるので好まし
い。
【0013】また、本発明では、筒状胴部と底蓋との圧
入による接合部分に、両者を引き離そうとする力に対し
て抵抗となるような係合部が設けられていることが好ま
しい。図3は筒状胴部12と底蓋13との接合部分にバ
ルジ加工によって係合部16を設けた例を示している。
このような係合部を設けることにより、接合部分の引き
抜き強度を向上させることができる。
【0014】カートリッジは、ステンレス等の金属材か
らなり、従来のカートリッジは、通常、筒状胴部と底蓋
とが同じ材質で作製されている。本発明では、これらを
同材質で作製してもよいが、筒状胴部と底蓋のうち、圧
入する方(接合部分において内側にくる方)が、圧入さ
れる方(接合部分において外側にくる方)よりも熱膨張
率の大きい材質からなるようにしてもよい。
【0015】例えば図1の例では、筒状胴部12を底蓋
13よりも熱膨張率の大きい材質で作製する。このよう
にすると、ナトリウム−硫黄電池の高温での使用時にお
いて、両者の接合部分における気密性が向上する。この
場合、両者の熱膨張率の差を、1〜10×10-6(1/
℃)程度とするのが、気密性向上の観点から好ましい。
このような熱膨張率差を満たす例として、圧入する方を
SUS304(熱膨張率17.3×10-6(1/℃))で
作製し、圧入される方をSUS430(熱膨張率10.
4×10-6(1/℃))で作製する場合が挙げられる。
【0016】また、ナトリウムを収容したカートリッジ
の保管時や、電池の組立時におけるカートリッジの気密
性を向上させるための実施形態として、筒状胴部がアル
ミニウムとその他の金属とのクラッド材からなり、底蓋
と接する側の面がアルミニウム面となるように構成され
たものも好ましい。図4は、筒状胴部12の一部が底蓋
13内に圧入されている場合の例で、この場合には、筒
状胴部12の外側の面にアルミニウム面17がくるよう
に構成する。逆に、底蓋の一部が筒状胴部内に圧入され
る場合には、筒状胴部の内側の面にアルミニウム面がく
るように構成する。また、図5に示すように、底蓋13
の方をアルミニウムとその他の金属とのクラッド材から
なるものとし、筒状胴部12と接する側の面がアルミニ
ウム面17となるように構成してもよい。
【0017】このように筒状胴部と底蓋との圧入による
接合部分に、軟らかく展延性に富むアルミニウムの層を
存在させることにより、このアルミニウムに底蓋や筒状
胴部が食い込んで、接合部分の気密性が向上する。な
お、アルミニウムとともにクラッド材を構成する他の金
属としては、SUS等のステンレスが好ましい。
【0018】同様に、筒状胴部と底蓋との接合部分にア
ルミニウムの層を存在させて気密性向上を図ったものと
して、筒状胴部又は底蓋にアルミニウムメッキを施した
ものを用いた実施形態が挙げられる。図6は、底蓋13
にアルミニウムメッキ18を施した例を示したものであ
る。
【0019】更に、図7に示すように、筒状胴部12と
底蓋13との圧入による接合部分において、筒状胴部1
2と底蓋13との間にアルミニウム薄板19を介在させ
ることによっても、上記と同様に接合部分の気密性を向
上させることができる。
【0020】これらの実施形態では、カートリッジの組
立性の良さを維持したまま、接合部分の気密性を向上さ
せることができ、この結果、カートリッジの保管時や電
池の組立時において、カートリッジ内に収容されたナト
リウムの吸湿や酸化を極力防止し、電池としての動作を
安定させることができる。
【0021】
【発明の効果】以上説明したように、本発明のカートリ
ッジは、カートリッジを構成する筒状胴部と底蓋とが圧
入という簡易な方法で接合されているものなので、組立
性がよく、また、これによりコストの低減を図れるなど
の利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態を示す部分断面図である。
【図2】本発明の別の実施形態を示す部分断面図であ
る。
【図3】本発明の更に別の実施形態を示す部分断面図で
ある。
【図4】本発明の更に別の実施形態を示す部分断面図で
ある。
【図5】本発明の更に別の実施形態を示す部分断面図で
ある。
【図6】本発明の更に別の実施形態を示す部分断面図で
ある。
【図7】本発明の更に別の実施形態を示す部分断面図で
ある。
【図8】接合部分からのガス漏れにより生じる不活用の
ナトリウムを示す部分断面図である。
【図9】ナトリウム−硫黄電池の構造を示す断面図であ
る。
【図10】従来のカートリッジを示す部分断面図であ
る。
【符号の説明】
1…陽極容器、2…陽極側端子、3…陽極金具、4…絶
縁リング、5…固体電解質管、6…カートリッジ、7…
小孔、8…陰極金具、9…陰極蓋、10…陰極側端子、
11…隔壁管、12…筒状胴部、13…底蓋、15…バ
ックアップリング、16…係合部、17…アルミニウム
面、18…アルミニウムメッキ、19…アルミニウム薄
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 横井 真澄 愛知県名古屋市瑞穂区須田町2番56号 日 本碍子株式会社内 (72)発明者 山田 智史 愛知県名古屋市瑞穂区須田町2番56号 日 本碍子株式会社内

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ナトリウム−硫黄電池におけるナトリウ
    ム収容のためのカートリッジにおいて、当該カートリッ
    ジを構成する筒状胴部と底蓋とが圧入によって接合され
    ていることを特徴とするナトリウム−硫黄電池のカート
    リッジ。
  2. 【請求項2】 筒状胴部の一部が底蓋内に圧入されてい
    る請求項1記載のカートリッジ。
  3. 【請求項3】 底蓋の一部が筒状胴部内に圧入されてい
    る請求項1記載のカートリッジ。
  4. 【請求項4】 筒状胴部と底蓋のうち、圧入部において
    内側に圧入されている方が、外側となる方よりも熱膨張
    率の大きい材質よりなる請求項1記載のカートリッジ。
  5. 【請求項5】 筒状胴部と底蓋との圧入による接合部分
    に、両者を引き離そうとする力に対して抵抗となるよう
    な係合部が設けられている請求項1記載のカートリッ
    ジ。
  6. 【請求項6】 筒状胴部がアルミニウムとその他の金属
    とのクラッド材からなり、底蓋と接する側の面がアルミ
    ニウム面となるように構成されたものである請求項1記
    載のカートリッジ。
  7. 【請求項7】 底蓋がアルミニウムとその他の金属との
    クラッド材からなり、筒状胴部と接する側の面がアルミ
    ニウム面となるように構成されたものである請求項1記
    載のカートリッジ。
  8. 【請求項8】 筒状胴部又は底蓋がアルミニウムメッキ
    を施したものである請求項1記載のカートリッジ。
  9. 【請求項9】 筒状胴部と底蓋との圧入による接合部分
    において、筒状胴部と底蓋との間にアルミニウム薄板を
    介在させた請求項1記載のカートリッジ。
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