JPH084014B2 - ナトリウム−硫黄電池 - Google Patents

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、さら
に詳しく言えばその安全性向上と接合部の腐食防止構造
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型二次電池である。

このようなナトリウム−硫黄電池の従来の構造を第２
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
は金属繊維７が配され、約150℃の保温下において前記
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。このような陰極質構成体
は、円筒形の硫黄成型体10が内挿された陽極集電体を兼
ねる電槽９内に挿入されるとともに、その上端は前記陽
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、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、固体電解質管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α−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が破損するという欠
点があった。そして電池が破損すると、内部短絡となっ
て並列に接続された他の電池に電流の不均一を生じ、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、固体電解質管と
該管内の金属繊維との間隙に金属筒を配することによ
り、曲げ応力によって固体電解質管とα−アルミナリン
グとのガラス半田接合部で固体電解質管が破損した場合
の内部短絡を防止することを目的とする。

発明の構成 本発明のナトリウム−硫黄電池は、ナトリウム保持用
の金属繊維が充填された固体電解質管と金属繊維との間
隙に金属筒の下部を挿入し、上部穴を陰極端子のナトリ
ウム注入用穴に連通するように陰極端子に取り付け、前
記ナトリウム注入用穴からナトリウムを真空充填した
後、陰極端子の上端を封止してなるもので、電池作動時
は前記金属筒で陰極端子と金属繊維とを電気的に接続
し、電池破損時はその反応熱で前記金属筒を溶解させて
陰極端子と金属繊維との電気的な接続を遮断させるよう
にしたことを特徴とするものである。

実施例 以下実施例により説明する。第２図は本発明のナトリ
ウム−硫黄電池の要部断面図で、第１図と同一部分には
同一符号を付している。

陰極端子５の下面に外径約38.2mm、厚さ約0.2mm、高
さ約60mm、上蓋に約8mmの上部穴11を設けた銅製の金属
筒12を、中央に穴を設けたネジ13で固定した。さらに上
部外径46mm、内径39mm、長さ400mmのβ″−アルミナか
らなる固体電解質管１の内部に鉄からなる金属繊維７
（繊維径約10〜20μ）を気孔率約95％となるように該管
の上端より約50mmの高さまで充填した後、前記銅製の金
属筒12を固体電解質管１内に挿入し、銅製の金属筒12は
金属繊維７と固体電解質管１の間隙に約10mm挿入される
ようにし、陰極室内で陰極端子５と金属繊維７とが電気
的に接続されるようにした。なお、陰極端子５と陰極蓋
３は溶接した。この構成体を約150℃に加熱し、内部を
真空にした後、陰極端子５の先端よりナトリウム８を真
空注入した。注入時、ナトリウム８は銅製の金属筒12の
内側空間（金属繊維７の上部空間）に充満したが、注入
後陰極端子５の先端より不活性ガスを送りこんだため、
ナトリウム８の液面が加圧され金属繊維７内に含浸され
た。このナトリウム８が充填された構成体を電槽内に硫
黄成型体とともに配置し、陽極蓋を電槽に溶接し、陽極
室内を真空密閉してナトリウム−硫黄電池を製作した。

第２図の従来電池と本発明電池を、ガラス接合部にあ
らかじめクラックを入れた固体電解質管を用いてそれぞ
れ10セル製作し、350℃と室温の間で熱サイクル試験を
行いながら電池が破損するまで熱サイクルと充放電を繰
り返した。表−１に電池破損が電圧低下により確認され
た後、電池に電流が流れなくなった時までの充放電サイ
クル数を示す。なお（）の電池は電池電圧が完全に遮断
されず微小電流約0.01mA〜約2.5mA流れていたものであ
る。

なお、上記電池において、金属筒12の肉厚は0.7mm以
下、好ましくは0.1〜0.2mmであれば、電池破損後速やか
に電流を遮断することができる。また金属筒12として
は、銅以外にアルミニウムを用いても反応熱により溶解
させることができ、同様の効果を得ることができる。

試験後の電池を解体し、固体電解質管１内の上部空間
の状態（特に本発明電池では銅製の金属筒12の状態、す
なわち陰極端子５と金属繊維７とが電気的に遮断されて
いるか）を調査した。すべての電池が固体電解質管１の
ガラス半田接合部で破損していた。従来電池では陰極パ
イプ６が上部空間の所で溶解していた場合は電流遮断さ
れていたが、微小電流が流れている電池では金属繊維と
陰極パイプの間に塊ができていた。この物質は多硫化ナ
トリウムであったため、電流が流れていたものと判明し
た。一方本発明電池では電池破損後、１回の充放電で電
流が遮断されていたが、これは電池解体の結果、金属繊
維７の上部に多硫化ナトリウムの塊があったが、ガラス
半田接合部付近で銅製の金属筒12が消失していたためで
あると判明した。

上記したように、本発明では固体電解質管の破損に伴
う硫黄とナトリウムとの直接反応熱により容易に金属筒
12が溶解又は破壊されて電気的接続を陰極室内で断つこ
とができる。さらに、この金属筒12により、ナトリウム
充填時にナトリウムが陰極蓋内面特にα−アルミナリン
グとの接合部に付着することがなくなり、ナトリウムに
よる接合部の腐食が防止できる。

発明の効果 実施例において詳述した如く、本発明のナトリウム−
硫黄電池は破損してもすぐに電気的接続が遮断される
為、破損電池に直列接続されている多数の電池及び並列
接続されている多数の電池の破損が防止されるので安全
性を向上させることができる。またナトリウムによる接
合部の腐食防止ができるので、電池寿命を長くすること
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のナトリウム−硫黄電池の要部断面図、
第２図は従来のナトリウム−硫黄電池の断面図である。 １……固体電解質管、２……α−アルミナリング ３……陰極蓋、４……陽極蓋 ５……陰極端子、６……陰極パイプ ７……金属繊維、11……上部穴 12……金属筒、13……ネジ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ナトリウムイオン伝導性固体電解質管の上
   端にガラス半田接合されたα−アルミナリングと、前記
   α−アルミナリングの上面に熱圧接合された陰極蓋と、
   前記α−アルミナリングの下面に熱圧接合された陽極蓋
   と、前記固体電解質管内に陰極室を形成するために前記
   陰極蓋に溶接された、ナトリウム注入用穴を有する陰極
   端子と、前記固体電解質管を下方から被包して上端を前
   記陽極蓋に溶接し、固体電解質管との間隙に陽極室を形
   成するための電槽とからなるナトリウム−硫黄電池にお
   いて、前記陰極室内に充填され、その上面が固体電解質
   管とα−アルミナリングとのガラス半田接合部より下方
   に位置する金属繊維を有し、かつ下部が固体電解質管の
   内壁に沿って前記金属繊維中に挿入され、上部穴が前記
   陰極端子のナトリウム注入用穴に連通するように陰極端
   子に取り付けられた金属筒を有してなり、電池作動時は
   前記金属筒で陰極端子と金属繊維とを電気的に接続し、
   電池破損時はその反応熱で前記金属筒を溶解させて陰極
   端子と金属繊維との電気的な接続を遮断させるようにし
   たことを特徴とするナトリウム−硫黄電池。