JPH09199166A

JPH09199166A - ナトリウム２次電池

Info

Publication number: JPH09199166A
Application number: JP8005023A
Authority: JP
Inventors: Yoshimi Sato; 善美佐藤; Saburo Usami; 三郎宇佐美; Riyuujirou Udou; 竜二郎有働; Tadahiko Mitsuyoshi; 忠彦三吉; Hisamitsu Hatou; 久光波東; Shigeru Sakaguchi; 繁坂口
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1996-01-16
Filing date: 1996-01-16
Publication date: 1997-07-31

Abstract

(57)【要約】【課題】絶縁リングと負極容器との熱圧接部における
ナトリウム側端部の接合部界面でのナトリウム腐食強度
を簡単な手段でもって向上させ、ナトリウム２次電池の
強度信頼性を向上させる。【解決手段】負極容器７の少なくともフランジ部７０
の材料として、絶縁リング１０への熱圧接時の降温過程
で該フランジ部７０の立ち上がり部７２に生じる熱収縮
曲げモーメントＭにより、絶縁リング１０と負極容器の
フランジ部７０との接合界面１１の少なくとも負極活物
質側端部Ｐに圧縮応力が作用するに十分な高降伏応力を
有する材料を使用する。

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２次電池
及びそれをバッテリーとして使用する電気自動車に関
し、特に、絶縁材と負極容器のフランジ部との接合部界
面における負極活物質による腐食の強度信頼性を向上さ
せたナトリウム２次電池及び該ナトリウム２次電池をバ
ッテリーとして使用する高出力対応型電気自動車に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】負極活物質としてナトリウムを用い、正
極活物質として例えば硫黄を用いるナトリウム２次電池
は知られている。図１４はその一例を示す断面図であ
り、負極活物質としてのナトリウム１と硫黄成形体のよ
うな正極活物質２とがナトリウム導電性のβ"-アルミナ
製の固体電解質管３の両面に配置され、該負極活物質１
中に配置された負極集電体４に溶着された負極端子５側
と正極活物質２を収容する正極容器６側とは、該固体電
解質管３の先端に溶着されたα−アルミナ材からなる絶
縁リング１０に一体に熱圧接される。図１４の例では、
該絶縁リング１０の上端側に負極端子５に接続する負極
容器７の断面Ｌ字状のフランジ部７０が、また、下端側
には正極容器６に溶着された断面Ｌ字状のフランジ部８
０が、それぞれ熱圧接による一体化されている。

【０００３】このような構造のナトリウム２次電池にお
いて、負極容器７のフランジ部７０及び正極容器６のフ
ランジ部８０と絶縁リング１０との接合部界面での負極
及び正極活物質による耐食性を向上させることが、ナト
リウム２次電池の強度信頼性を向上するために構造上の
課題とされており、特に、負極活物質であるナトリウム
による耐食性を向上させることが課題とされ、多くの提
案がなされている。

【０００４】その例として、絶縁リングとしてα−アル
ミナを使用し、この絶縁リングと鋼製の正極及び負極容
器フランジを熱圧接する際に、α−アルミナ面に無酸素
銅層を設け、その上にニッケルろうを塗布処理後に熱圧
接を実施するようにし、耐食性のニッケル材を使用する
ことで熱圧接部の耐食性を向上すること（特開昭６３−
２６９４７号公報）、絶縁材と固体電解質管及び正極と
負極の接合組合せに際し、熱膨張係数を考慮して熱応力
の発生の面から熱サイクル及び耐食性を向上すること
（特開平２−１２１２７２号公報）、あるいは、正極容
器を熱圧接部の下部で全周にわたって内側に湾曲させ凹
状溝を形成することにより正極活物質の移動を防止して
耐食性を向上させること（特開平２−１２６５７２号公
報）、等が提案されている。

【０００５】さらに他の例として、図１５に示すよう
に、負極容器７のフランジ部７０と前縁リング１０との
熱圧部の外周側（ナトリウム収容空間と反対側）にＬ字
状リング７０ａを設置して熱圧部の距離を増加し、それ
により該熱圧接部の寿命を長期化させると共にと共に、
固体電解質管３の先端部内周面にα−アルミナ製の円筒
部材７０ｂを前記熱圧接部を覆うようにして溶着し、ナ
トリウム液あるいはそのミスト結露液が熱圧接部に侵入
するのを防止して腐食を防止するようにしたもの（特開
平２−２７８６７１号公報）、図１６に示すように、絶
縁リング１０の上面に熱圧接される負極容器７のフラン
ジ部７０の立ち上がり部７２の外周にリング状のα−ア
ルミナ製の抑止体７０ｃを当接させて設け、それによ
り、負極容器７の熱膨張による立ち上がり部７２の傾動
を抑制して、該熱圧接部にクラックの発生やそれによる
活物質のリーク等の危険性を防止したものも提案されて
いる（特開平３−１８７１６０号公報）。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記のように、従来の
ナトリウム２次電池において、その絶縁材（絶縁リン
グ）と負極容器のフランジ接合部との界面の負極活物質
による耐食性を向上する手法は、材料そのものを耐食性
材とものとすると共に、構造的に負極活物質の液あるい
はミスト結露液が接合部に付着するのを防止することで
耐食性を向上する方法が取られている。しかし、それら
の手段はいずれもそのために特別の部材を別途熱圧着あ
るいは溶着する等、多くの付加的加工工程を必要として
おり、電池製造上のネックとなっている。

【０００７】本発明は、ナトリウム２次電池における前
記絶縁材と負極容器との熱圧接部の耐食性を、特別の部
材を付加することなく、電池の構造上当然必要となる部
材を単に特定の物性値を持つものとすることにより改善
することを目的としており、本発明によれば、製造が容
易でありながら絶縁材と負極容器との熱圧接部の耐食性
が改善されたナトリウム２次電池を得ることができる。
また、本発明によればナトリウム腐食寿命が向上するこ
とから高出力対応型のナトリウム２次電池を得ることが
でき、そのために、本発明によるナトリウム２次電池は
自動車用のバッテリーとして有効に使用できることが期
待できる。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに、本発明者らはナトリウム２次電池における絶縁材
（絶縁リング）と負極容器のフランジ部との熱圧接部及
び該フランジ部の立ち上がり部近傍について、熱圧接時
及びその後の降温過程での構造力学的解析と実験を鋭意
行なった。図４、図５はその結果を示すものであり、後
記する図１に示す構造を持つナトリウム２次電池におけ
るα−アルミナであるリング状の絶縁材１０にアルミニ
ウム合金である中間材９を介して負極容器フランジ部７
０を熱圧接する場合における、熱圧接接合時の降温過程
での絶縁材１０と中間材９の接合界面１１の内側端部
（負極活物質による腐食発生対象部）Ｐにおける中間材
９側の３軸方向の熱弾塑性解析による応力挙動を示して
おり、図４は、負極容器フランジ部７０の材料として低
降伏応力材の軟鋼を使用した場合であり、図５は高降伏
応力のステンレス鋼ＳＵＳ３２９Ｊ１を使用した場合で
ある。

【０００９】いずれの場合も、通常の熱圧接温度である
６００℃から３００℃近傍までの降温過程では周方向応
力σθ及び径方向応力σr 、軸方向応力σz の３軸弾塑
性応力はほぼ同じ大きさの圧縮応力となり静水圧の応力
状態を保ちながら圧縮側へ移行する。しかし、図４にお
ける軟鋼を使用した場合には、３００℃近傍から室温ま
での降温過程では静水圧の応力状態が乱れ、かつ、３軸
弾塑性応力は引張側に向かって増加し室温では引張残留
応力となる。この静水圧の応力状態の乱れは負極容器の
フランジ部７０に発生する周方向応力σθ、または径方
向応力σr によって負極容器のフランジ部７０が降伏し
て塑性変形が生じ拘束条件が緩和するために生じるもの
である。なお、図４には負極容器のフランジ部７０に発
生する周方向応力σθと径方向応力σr の弾性応力も示
しており、３００℃近傍で軟鋼の降伏応力σy を超え、
降伏が生じることがわかる。

【００１０】一方、負極容器フランジ部７０の材料とし
て高降伏応力のステンレス鋼ＳＵＳ３２９Ｊ１を使用し
た場合は図５に示すように、負極容器フランジ材７０が
降伏するに至らず静水圧の応力状態が室温近傍まで持続
し、大きな圧縮残留応力が形成されることがわかる。本
発明は上記の実験及び解析結果に基づくものであり、負
極容器フランジ材７０に高降伏材を用い、熱圧接接合時
の降温過程でフランジ材が降伏することを防止し、負極
活物質による腐食対象部の熱圧接接合時の残留応力を圧
縮応力に保ち、腐食寿命を向上せしめようとするもので
ある。

【００１１】すなわち、前記目的を達成するための本願
発明によるナトリウム２次電池は、基本的に、負極容器
のフランジ部の材料として、熱圧接時の降温過程におい
て絶縁材と中間材又は負極容器のフランジ部との接合界
面の負極活物質側端部に静水圧の応力状態で発生する圧
縮残留応力が、負極容器のフランジ部に発生する周方向
応力σθ又は径方向応力σr によって降伏することによ
り緩和され減小することない高い降伏応力を持つ材料を
使用することを特徴とする。

【００１２】本発明の他の態様では、負極活物質として
のナトリウムを収容する負極容器と正極活物質を収容す
る正極容器との間にナトリウム導電性の固体電解質管を
持ち、該固体電解質管に接合された絶縁材に負極容器の
フランジ部を熱圧接するように構成されたナトリウム２
次電池であって、該負極容器のフランジ部の材料とし
て、熱圧接時の降温過程によりフランジ部の立ち上がり
部に生じる熱収縮曲げモーメントにより、絶縁材とフラ
ンジ部との少なくとも負極活物質側端部側の接合界面に
圧縮応力が作用するに十分な高降伏応力を有する材料を
使用することを特徴とする。

【００１３】また、好ましくは、前記絶縁材と前記フラ
ンジ部との接合界面にブレージング材としての中間材が
配置され、該中間材としては好ましくはアルミニウム又
はアルミニウム合金が用いられる。前記目的を達成する
ための本発明の具体的態様では、負極容器のフランジ部
の材料として、熱圧接時の降温過程で絶縁材と中間材
（あるいは、負極容器のフランジ部）の接合界面の負極
活物質側端部に静水圧の応力状態で発生する圧縮残留応
力が、負極容器のフランジ部に発生する周方向応力σθ
及び／又は径方向応力σr （好ましくはσr ／１．５）
によって降伏することにより緩和され減小することな
い高降伏応力材を使用することを特徴とする。

【００１４】負極容器のフランジ部の材料としては、好
ましくは、ＳＵＳ３０９、ＳＵＳ３１０、ＳＵＳ３１７
Ｊ２、ＳＵＳ３２９Ｊ１、ＳＵＳ４４５、ＳＵＳ４４
７、ＨＡ１８８、コバール等が挙げられる。なお、本発
明によるナトリウム２次電池において正極活物質として
硫黄が好ましく用いられるが、多硫化ナトリウムＮａ₂
Ｓ_x、塩化鉄ＦｅＣｌ₂、セシウムＳｅのような溶融塩
物質であってもよい。

【００１５】本発明はまた、本発明により高出力対応型
の高温３３０℃〜４００℃程度に耐えることのできるナ
トリウム２次電池を得ることができることから、該ナト
リウム２次電池をバッテリーとして用いる高出力対応型
自動車をも開示する。

【００１６】

【発明の実施の形態】本発明の好ましい実施の形態につ
いて、負極活物質としてナトリウムを、正極活物質とし
て硫黄を用いるナトリウム−硫黄電池を例にとり説明す
る。図１は、該ナトリウム−硫黄電池の一実施例を示す
部分破断図であり、負極容器のフランジ材の材料が特有
の物性値を持つものである以外は、図１４に示した従来
公知のナトリウム２次電池とほぼ同じ構造を有してい
る。従って、図１４に示したナトリウム２次電池の構成
部材と同じ機能を奏する構成部材には同じ符号を付して
いる。

【００１７】このナトリウム−硫黄電池においても、ナ
トリウム導伝性のβ″−アルミナ製の固体電解質管３の
上部に、固体電解質管３と線膨張係数のあまり違わない
α−アルミナ製の絶縁リング１０がガラス半田接合され
ており、この絶縁リング１０に対して、水平フランジ部
７１及びその立ち上がり部７２からなる負極容器７のフ
ランジ部７０、及び水平フランジ部８１及びその立ち上
がり部８２からなる正極容器６のフランジ部８０とが、
アルミニウム合金製のリング状中間材９を介して高温で
熱圧接される。そして、β″−アルミナ製の固体電解質
管３の内側にはナトリウムの負極活物質１が、外側には
モールドに含浸された正極活物質２である硫黄が納めら
れている。なお、フランジ部７０、８０は通常鋼材で構
成される。また、図中、８は安全管である。

【００１８】実施例に示されるナトリウム２次電池で
は、図２に示すように、熱圧接時の降温過程において負
極容器７の円筒部を構成する前記フランジ部７０の立ち
上がり部７２に生じる熱収縮曲げモーメントＭにより、
絶縁リング１０と中間材９の接合界面１１の負極活物質
側端部Ｐに圧縮の残留応力が作用するに十分な高降伏応
力を有する材料、例えば、ＳＵＳ３２９Ｊ１材を負極容
器７及びそのフランジ部７０の材料として使用してい
る。なお、負極容器７及びそのフランジ部７０はある程
度の応力を形成するため板厚ｔは好ましくは０．３ｍｍ
以上必要である。

【００１９】本電池では高温の熱圧接接合時から室温ま
での降温過程で、絶縁リング１０の素材であるα−アル
ミナの線膨張係数αi が負極容器のフランジ部７０の鋼
材の線膨張係数αf に比べ小さいため、図３に示すよう
に負極容器のフランジ部７０の水平フランジ部７１には
次式で示される引張の周方向応力σθが発生する。 σθ＝ｋθ・Ｅ・Δα・ΔＴ（１）

【００２０】ここで、Ｅは負極容器のフランジ材７０の
ヤング率であり、ΔＴは熱圧接接合温度ＴH と冷却後の
温度ＴC との温度差を示す。またΔαは負極容器のフラ
ンジ材７０の線膨張係数αf と絶縁材１０の線膨張係数
αf との差を示す。またｋθは中間材９としてのアルミ
ニウム又はアルミニウム合金が存在すること及び負極容
器フランジ部７０の水平フランジ部７１の板厚ｈに係わ
る応力緩和係数である。ここで、ΔＴ，Δα，ｋθは次
式で簡易的に表示できる。ｋθ＝0.85−0.25ｈ Δα＝αf −αi （２） ΔＴ＝ＴH −ＴC

【００２１】すなわち、本発明は（１）式で求まる負極
容器フランジ材７０に発生する周方向応力σθよりも、
降伏応力σy 又は０．２％耐力が大きい高降伏点を有す
る材料を負極容器のフランジ部の材料として採用するこ
とを特徴とするということができる。

【００２２】図６、図８は負極容器のフランジ部７０の
水平フランジ部７１の負極活物質による腐食発生対象部
Ｐにおける周方向応力σθと板厚ｈとの関係を示してい
る。図６は材料が軟鋼の場合であり、図８は材料がＳＵ
Ｓ３２９Ｊ１材の場合である。図中、σy はそれぞれの
降伏応力値であり、ｈは水平フランジ部７１の板厚であ
る。図６に示すように、軟鋼の場合には、板厚ｈがほぼ
２．４ｍｍ以下の場合に、周方向応力σθが降伏点応力
σy を超えるためフランジ材に降伏が生じ、図４に示す
ように、絶縁リング１０と中間材９の接合界面１１の腐
食対象部における負極活物質側端部の静水圧の応力状態
の残留応力が緩和し、大きな圧縮残留応力が発生しな
い。しかし、軟鋼でも２．４ｍｍ以上の板厚を有する場
合は、降伏応力σy の方が発生する周方向応力σθより
大であるため高降伏応力状態となり、腐食対象部には圧
縮残留応力が形成される。一方、高い降伏応力値を持つ
ＳＵＳ３２９Ｊ１材を用いた場合には、図８に示すよう
に水平フランジ部７１の板厚が０．３ｍｍ以上に対して
は常に降伏応力σy の方が発生する周方向応力σθより
大きいため、圧縮側の残留応力が形成され、負極活物質
１のナトリウムによる腐食寿命を向上できる。

【００２３】また、図２に示すように負極容器フランジ
部７０の立ち上がり部７２である円筒に生じる熱収縮曲
げモーメントＭにより負極容器フランジ部７０には次式
のような径方向応力σr が発生する。 σr ＝12ｋrβ²ＤΔαΔＴＲ／ｈ² （３）

【００２４】ここでｋ_rは前記ｋθと同様な応力緩和係
数であり、βとＤは形状係数、Ｒは熱圧接部の内側半径
を示す。ｋθとβ，Ｄは次の簡易式で表示できる。 β ＝〔３（１−ν²) ／ｒ²ｔ²〕^1/4 Ｄ＝Ｅｔ／12（１−ν³) （４）ｋr ＝0.６ｈ（1.６≧ｈ≧0.３）ｋr ＝1.０ｈ（ｈ＞1.６）

【００２５】なお、ｒは負極容器の円筒部（フランジ部
７０の立ち上がり部７２）半径、ｔは立ち上がり部７２
の板厚、νは立ち上がり部７２のポアソン比、ｈは水平
フランジ部７１の板厚を示す。

【００２６】本発明の他の好ましい態様では、（３）式
で求まる負極容器フランジ部７０に発生する径方向応力
σr よりも、降伏応力σy 又は０．２％耐力の１．５倍
の値の方が大きい高降伏応力を有する材料を負極容器の
フランジ部７０の材料を採用することを特徴とする。降
伏応力σy の１．５倍の値は曲げ応力条件で塑性ヒンジ
状態となる限界値を示す。図７、図９は、負極容器のフ
ランジ部７０の水平フランジ部７１における径方向応力
σr と板厚ｈとのとの関係を示している。図７は材料が
軟鋼の場合であり、図９は材料がＳＵＳ３２９Ｊ１材の
場合である。図中、σy はそれぞれの降伏応力値であ
り、ｈは水平フランジ部７１の板厚である。軟鋼材を負
極容器フランジ材とした場合には図７に示すように負極
容器フランジ部の水平フランジ部７１の板厚ｈが１．６
ｍｍ以上の場合、１．５σy ＞σrとなり本発明の条件
を満足する。また、高い降伏応力値を持つＳＵＳ３２９
Ｊ１材を用いた場合には図９に示すように板厚０．４ｍ
ｍ以上では常に降伏応力σy又は０．２％耐力の１．５
倍の値が、発生する径方向応力σr より大であるため、
ナトリウム１による腐食対象部の残留応力を大きな圧縮
応力に保つことができナトリウム腐食寿命を向上でき
る。

【００２７】図１０は本発明の応用・変形例であり、固
体電解質管３の内側に正極活物質２の硫黄を、外側に負
極活物質１のナトリウムを配置した場合のナトリウム−
硫黄電池である。熱圧接接合時の熱収縮曲げモーメント
Ｍを発生するため負極容器フランジ部７０は水平フラン
ジ部７１の内方側に立ち上がり部７２を有した形状とさ
れている。フランジ部７０をこのような形状とすること
により、前述のものと同様に、ナトリウムによる腐食対
象部の残留応力が大きな圧縮応力となり、負極活物質で
あるナトリウム腐食寿命を向上できることは理解されよ
う。

【００２８】上記のように、本発明によればＳＵＳ３２
９Ｊ１のような高降伏応力材を負極容器及びそのフラン
ジ部の材料として用いることにより、結果として、板厚
の薄いもので所期の目的が達成可能となる。それによ
り、従来複数の部材を溶着あるいはハンダ付け等により
一体化して形成していた負極容器及びそのフランジ部を
一枚の材料から一体成形することが可能となり、ナトリ
ウム２次電池の製造工程を容易かつ簡素化される。

【００２９】図１１は本発明によるナトリウム２次電池
を自動車のバッテリーとして使用する場合に例である。
前記のように、本発明のナトリウム２次電池はナトリウ
ムによる腐食対象部の残留応力が大きな圧縮応力となっ
ているため、ナトリウム腐食寿命が向上する。これによ
り、高出力対応型の高温３３０℃〜４００℃程度に耐え
ることのできるナトリウム２次電池を得ることができ
る。そのため、図１１に示す高速走行可能な高出力対応
型自動車２７のバッテリー２０として有効に使用するこ
とができる。この場合、高出力対応型自動車２７は電池
ステーションで交流から直流への変換器を介して充電口
２５から直流でナトリウム２次電池であるバッテリー２
０に電力を貯蔵する。走行時には、コントローラ２２を
介して、モータ２３を回転する。回転は、トランスミッ
ション２４を介して駆動輪２５を高速に回転させる。短
時間で高速に到達する高出力運転つまり高温運転に耐え
る耐久性を有するナトリウム２次電池を搭載したことに
より、高速走行可能な電気自動車が得られる。

【００３０】図１２は、本発明による高出力型のナトリ
ウム２次電池２０のエネルギーと太陽電池２１のエネル
ギーの２方式電力を混合して駆動する高出力対応型自動
車２７の例を示す。この場合には、図１１に示したもの
よりも充電口２５から充電する電力が少なくて済むため
により経済的に高速走行が可能である。図１３は、本発
明による高出力型のナトリウム２次電池２０と内燃機関
２８によるエネルギーの２方式電力を混合して駆動する
高出力対応型自動車２７の例を示す。この場合には、夜
間あるいは太陽が出ていない場合でも高速対応可能とな
る利点がある。さらに他の形態として、太陽電池と内燃
機関及び本発明の高出力型のナトリウム２次電池２０の
３方式を混合する構造でも上記と同様の効果が期待でき
る。

【００３１】

【発明の効果】本発明によれば負極熱圧接部のナトリウ
ム側端部の接合部界面に圧縮残留応力が付与できるた
め、ナトリウム腐食強度を向上することができ、ナトリ
ウム２次電池の強度信頼性を向上できる効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるナトリウム２次電池の一実施例を
示す一部を破断した正面図。

【図２】負極容器フランジ部に発生する径方向応力モー
ドを示す図。

【図３】負極容器フランジ部に発生する周方向応力モー
ドを示す図。

【図４】負極容器フランジ部に軟鋼を使用した場合の腐
食対象部での３軸応力挙動とフランジ部の応力挙動を示
す図。

【図５】負極容器フランジ部に高降伏応力材を使用した
場合の腐食対象部での３軸応力とフランジ部の応力挙動
を示す図。

【図６】負極容器フランジ部に軟鋼を使用した場合の周
方向応力と本発明の適用板厚範囲の関係を示す図。

【図７】負極容器フランジ部に軟鋼を使用した場合の径
方向応力と本発明の適用板厚範囲の関係を示す図。

【図８】負極容器フランジ部に高い降伏応力値を持つＳ
ＵＳ３２９Ｊ１を用いた場合の周方向応力と本発明の適
用板厚範囲を示す図。

【図９】負極容器フランジ部に高い降伏応力値を持つＳ
ＵＳ３２９Ｊ１を用いた場合の径方向応力と本発明の適
用板厚範囲を示す。

【図１０】本発明によるナトリウム２次電池の他の実施
例を示す一部を破断した正面図。

【図１１】本発明によるナトリウム２次電池を電気自動
車用のバッテリーとして用いる場合の例を示す図。

【図１２】本発明によるナトリウム２次電池を電気自動
車用のバッテリーとして用いる場合の他の例を示す図。

【図１３】本発明によるナトリウム２次電池を電気自動
車用のバッテリーとして用いる場合のさらに他の例を示
す図。

【図１４】従来のナトリウム２次電池の構造の一例を示
す断面図。

【図１５】従来のナトリウム２次電池の構造の他の例を
示す断面図。

【図１６】従来のナトリウム２次電池の構造のつらに他
の例を示す断面図。

【符号の説明】

１…負極活物質（ナトリウム）、２…正極活物質（硫
黄）、３…固体電解質、４…負極集電体、５…負極端
子、６…正極容器、７…負極容器、８…安全管、９…中
間材（アルミニウム又はアルミニウム合金）、１０…絶
縁体（絶縁リング）、７０…負極容器のフランジ部、７
１…水平フランジ部、７２…立ち上がり部、８０…正極
容器のフランジ部、８１…水平フランジ部、８２立ち上
がり部、σθ…フランジ部の周方向応力、σr …フラン
ジ部の径方向応力、σy …降伏応力、ｈ…水平フランジ
部の板厚、ｔ…立ち上がり部の板厚、Ｍ…熱収縮曲げモ
ーメント

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者三吉忠彦茨城県日立市幸町三丁目１番１号株式会社日立製作所日立工場内 (72)発明者波東久光茨城県日立市幸町三丁目１番１号株式会社日立製作所日立工場内 (72)発明者坂口繁茨城県日立市幸町三丁目１番１号株式会社日立製作所日立工場内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】負極容器の少なくともフランジ部の材料
として、熱圧接時の降温過程において絶縁材と中間材又
は負極容器のフランジ部との接合界面の負極活物質側端
部に静水圧の応力状態で発生する圧縮残留応力が、負極
容器のフランジ部に発生する周方向応力σθ又は径方向
応力σr によって降伏することにより緩和され減小する
ことない高い降伏応力を持つ材料を使用することを特徴
とするナトリウム２次電池。
【請求項２】負極活物質としてのナトリウムを収容す
る負極容器と正極活物質を収容する正極容器との間にナ
トリウム導電性の固体電解質管を設け、該固体電解質管
に接合された絶縁材に負極容器のフランジ部及び正極容
器のフランジ部を熱圧接するように構成されたナトリウ
ム２次電池において、前記負極容器の少なくともフラン
ジ部の材料として、熱圧接時の降温過程で負極容器のフ
ランジ部の立ち上がり部に生じる熱収縮曲げモーメント
により、絶縁材と負極容器のフランジ部との接合界面の
少なくとも負極活物質側端部に圧縮応力が作用するに十
分な高降伏応力を有する材料を使用することを特徴とす
るナトリウム２次電池。
【請求項３】正極活物質が硫黄であることを特徴とす
る請求項２記載のナトリウム２次電池。
【請求項４】前記絶縁材と負極容器のフランジ部との
接合界面に中間材が配置されており、前記熱収縮曲げモ
ーメントにより、少なくとも前記絶縁材と中間材の接合
界面の負極活物質側端部に前記圧縮応力が作用するよう
にされてなることを特徴とする請求項２又は３記載のナ
トリウム２次電池。
【請求項５】前記中間材がアルミニウム又はアルミニ
ウム合金であることを特徴とする請求項４記載のナトリ
ウム２次電池。
【請求項６】請求項１ないし５いずれか記載のナトリ
ウム２次電池であって、前記高降伏応力の負極容器フラ
ンジ部の材料として、降伏応力σy 又は０．２％耐力が
下記に示す式で求まる周方向応力σθよりも大きい値
を持つ材料を使用することを特徴とするナトリウム２次
電池。 σθ＝ｋθ・Ｅ・Δα・ΔＴ …… ここでＥ：負極容器フランジ材のヤング率 Δα：絶縁材と負極容器フランジ材の線膨張係数の差 ΔＴ：熱圧接接合温度と冷却後の温度との温度差ｋθ＝０．８５−０．２５ｈｈ：負極容器フランジ部の水平部分の板厚ｍｍ
【請求項７】請求項１ないし５いずれか記載のナトリ
ウム２次電池であって、前記高降伏応力の負極容器フラ
ンジ部の材料として、降伏応力σy 又は０．２％耐力の
１．５倍の値が下記に示す式で求まる径方向応力σr
の値よりも大きい材料を使用することを特徴とするナト
リウム２次電池。 σr ＝12ｋrβ²ＤΔα・ΔＴＲ／ｈ² …… ここで β ＝〔３（１−ν²) ／ｒ²ｔ²〕^1/4 Ｄ＝Ｅｔ／12（１−ν³) ｒ：フランジ部の立ち上がり部の半径ｔ：フランジ部の立ち上がり部の板厚 ν：フランジ部の立ち上がり部のポアソン比Ｒ：熱圧接接合部内径ｋr ＝0.６ｈ（1.６≧ｈ≧0.３）ｋr ＝1.０ｈ（ｈ＞1.６）ｈ：負極容器フランジ部の水平部分の板厚ｍｍ
【請求項８】前記高降伏応力材がＳＵＳ３０９、ＳＵ
Ｓ３１０、ＳＵＳ３１７Ｊ２、ＳＵＳ３２９Ｊ１、ＳＵ
Ｓ４４５、ＳＵＳ４４７、ＨＡ１８８、コバールのいず
れかであることを特徴とする請求項１ないし７いずれか
記載のナトリウム２次電池。
【請求項９】ＳＵＳ３０９、ＳＵＳ３１０、ＳＵＳ３
１７Ｊ２、ＳＵＳ３２９Ｊ１、ＳＵＳ４４５、ＳＵＳ４
４７、ＨＡ１８８、コバールのいずれかの材料から一体
成形により形成されることを特徴とするフランジ部を持
つナトリウム２次電池用負極容器。
【請求項１０】請求項１〜８いずれか記載のナトリウ
ム２次電池をバッテリーとして搭載することを特徴とす
る電気自動車。
【請求項１１】請求項１〜８いずれか記載のナトリウ
ム２次電池と太陽エネルギーによる電池とを混合してバ
ッテリーとして搭載することを特徴とする電気自動車。
【請求項１２】請求項１〜８いずれか記載のナトリウ
ム２次電池と内燃機関によるエネルギーとを混合して搭
載することを特徴とする電気自動車。