JPH11260397A - ナトリウム−硫黄電池 - Google Patents

ナトリウム−硫黄電池

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JPH11260397A
JPH11260397A JP10055307A JP5530798A JPH11260397A JP H11260397 A JPH11260397 A JP H11260397A JP 10055307 A JP10055307 A JP 10055307A JP 5530798 A JP5530798 A JP 5530798A JP H11260397 A JPH11260397 A JP H11260397A
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JP
Japan
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sodium
active material
electrode active
sulfur battery
negative electrode
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Pending
Application number
JP10055307A
Other languages
English (en)
Inventor
Nozomi Kawasetsu
川節  望
Masayuki Fukagawa
雅幸 深川
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Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Original Assignee
Mitsubishi Heavy Industries Ltd
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Publication date
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    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 ナトリウム−硫黄電池を構成する固体電解
質への応力による破損等の障害をなくす。 【解決手段】 固体電解質4からなる有底円筒状の円筒
管4′の上端部を、周方向へわたって他の部分の薄肉部
22よりも肉厚を厚くした厚肉部21とする。厚肉部2
1と薄肉部22との間を、厚肉部21から薄肉部22へ
向かって次第に肉厚が薄くされたテーパ部23とする。
円筒管4′の上端部を、円筒缶の上端部に固定される絶
縁リング7に、ガラス半田等の接合材により接合する。

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−硫黄
電池に係り、特に、信頼性の高いナトリウム−硫黄電池
に関するものである。
【0002】
【従来の技術】まず、ナトリウム−硫黄電池を図面を参
照して説明する。図3(a)及び図3(b)に示す円筒
形のナトリウム−硫黄電池1には、ナトリウムからなる
負極活物質2と、硫黄からなる正極活物質3と、負極活
物質2と正極活物質3との間に配置された固体電解質4
と、正極活物質3を含浸して正極活物質3の電子伝導を
補助するための炭素繊維布からなる導電助材5と、正極
活物質3及び導電助材5と外部回路とを電気的に接続す
る正極集電体6とが備えられている。
【0003】図3(a)及び図3(b)においては、固
体電解質4は有底の円筒管4′であり、その材質はナト
リウムイオンに対して伝導性を有するセラミックスまた
はガラス等からなるものであって、例えばβ−アルミナ
(Na2O・11Al23)や、安定化剤としてMg
O、Li2O等が添加されたβ”−アルミナ(3Na2
・16Al23)等が用いられる。また、図3(a)及
び図3(b)においては、正極集電体6は円筒缶6′で
あり、その材質は例えばステンレス、Ni合金等が用い
られる。
【0004】ナトリウム−硫黄電池1においては、負極
活物質2は、固体電解質4の円筒管4′に収納されてい
る。また、固体電解質4の円筒管4′は、正極集電体6
である円筒缶6′に収納されている。更に、正極活物質
3(硫黄)が含浸された炭素繊維布からなる導電助材5
は、円筒缶6′と固体電解質4の円筒管4′との間に配
置されている。このようにして、固体電解質4は、負極
活物質2と正極活物質3との間に配置されて、負極活物
質2と正極活物質3とを隔離している。つまり、負極活
物質2は、固体電解質4からなる円筒管4′内の負極活
物質収納部A内に収納され、また、正極活物質3は、円
筒管4′の外周側における正極集電体6からなる円筒缶
6′内の正極活物質収納部B内に収納されている。
【0005】更に、固体電解質4の円筒管4′の上部に
は、ガラス半田等の接合材によりα−アルミナ等からな
る絶縁リング7が接合されている。絶縁リング7は円筒
缶6′に接合されて負極活物質2及び正極活物質3を密
封している。封口体8は、絶縁リング7に接合されてお
り、負極端子の役割を果たす。また、封口体8には、負
極集電体9が接続されている。負極集電体9は、負極活
物質2と負極端子である封口体8とを電気的に接続して
いる。
【0006】このナトリウム−硫黄電池1の負極におけ
る放電反応は、式(1)に示す通りである。即ち、負極
活物質2であるナトリウム(Na)がナトリウムイオン
(Na+)と電子(e-)とに分かれ、ナトリウムイオン
(Na+)は固体電解質4内を伝導して正極活物質3中
に侵入し、電子(e-)は負極集電体9及び封口体8を
介して外部回路に流れる。正極における放電反応は、式
(2)に示す通りであり、正極活物質3中に侵入したナ
トリウムイオン(Na+)が硫黄(S)と反応して、多
硫化ナトリウム(Na2x)を生成する。
【0007】ナトリウム−硫黄電池1の充電時には、放
電反応と逆の反応が起こり、ナトリウム(Na)および
硫黄(S)が生成する。通常は、多硫化ナトリウム(N
2x)の一部が残留する程度まで充電する。これは、
硫黄(S)よりも多硫化ナトリウム(Na2x)の固有
抵抗が低いために、多硫化ナトリウム(Na2x)を残
存させておけば正極活物質の抵抗の上昇を抑えることが
できるからである。
【0008】
【数1】
【0009】
【数2】
【0010】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上記ナトリ
ウム−硫黄電池1を構成するβ”−アルミナ等の固体電
解質4からなる円筒管4′には、その上端部におけるα
−アルミナ等からなる絶縁リング7との接合箇所近傍
に、接合時あるいは円筒缶6への絶縁リング7の組み付
け時に、過大な残留応力が付加されることがあり、さら
には、このナトリウム−硫黄電池1の稼動時には、この
ナトリウム−硫黄電池1に、室温〜約350℃の熱サイ
クルが付加されることから、前記接合箇所近傍には、や
はり過大な応力が加わり、破損等の生じる恐れがあっ
た。
【0011】この発明は、上記事情に鑑みてなされたも
ので、応力による破損等の障害が生じることがない、信
頼性の高いナトリウム−硫黄電池を提供することを目的
としている。
【0012】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項1記載のナトリウム−硫黄電池は、少なくと
もナトリウムを含む負極活物質と、少なくとも硫黄を含
む正極活物質と、前記負極活物質と前記正極活物質との
間に位置してナトリウムイオンに対して伝導性を有する
固体電解質とを有するナトリウム−硫黄電池であって、
前記固体電解質は、有底円筒状の筒体とされて電極とな
る容器内に配置され、該筒体の上端部が前記容器に固定
される絶縁リングに周方向へわたって接合されてなり、
前記筒体は、前記絶縁リングと接合される上端部が、周
方向へわたって他の部分よりも肉厚を厚くしてなる厚肉
部とされていることを特徴としている。つまり、絶縁リ
ングに接合される筒体の上端部が、周方向へわたって他
の部分よりも肉厚を厚くされていることにより、この筒
体の上端部が高強度化され、これにより、絶縁リングと
の接合箇所に集中する各種応力による障害が防止され
る。
【0013】
【発明の実施の形態】以下、本発明のナトリウム−硫黄
電池を図によって説明する。図1において、符号11
は、本実施の形態のナトリウム−硫黄電池である。この
ナトリウム−硫黄電池11は、円筒管(筒体)4′内の
負極活物質収納部Aに設けられた負極集電体9が、有底
円筒状に形成された負極円筒体9′とされており、その
上端が前記封口体8に接続されている。この有底円筒状
に形成された負極円筒体9′の底板部分には、その中心
に孔部12が形成されており、これにより、この負極円
筒体9′の内部と固体電解質4からなる円筒管4′内と
が連通されている。
【0014】そして、この負極円筒体9′の内部及び負
極円筒体9′と円筒管4′との隙間、つまり、負極活物
質収納部Aに、ナトリウムからなる負極活物質2が充填
されて収納されている。また、封口体8には、その中心
に、前記負極円筒体9′の内径と略同一径の開口部13
が形成されており、この開口部13は、封口体8の上部
から固定された蓋体14によって封鎖されている。円筒
缶(容器)6′の上端部に固定された絶縁リング7に
は、その中心に孔部7aが形成されており、この孔部7
a内には、円筒管4′の上端部が嵌め込まれ、この孔部
7a内に嵌め込まれた円筒管4′の上端部が絶縁リング
7に、ガラス半田等の接合材により接合されている。
【0015】上記構造のナトリウム−硫黄電池1では、
その円筒管4′の絶縁リング7との接合箇所である上端
部が、周方向へわたって他の部分よりも肉厚が厚くされ
た厚肉部21とされている。また、この厚肉部21と他
の部分の薄肉部22との間は、厚肉部21から薄肉部2
2へ向かって次第に肉厚が薄くされたテーパ部23とさ
れている。ここで、この厚肉部21の厚さ寸法をT、薄
肉部22の厚さ寸法をtとすると、これら厚肉部21の
厚さ寸法Tと薄肉部22の厚さ寸法tとは、T≧1.5
tであることが望ましい。
【0016】また、テーパ部23の傾斜は、厚肉部21
と薄肉部22とを滑らかに結ぶ程度とされており、ここ
で、テーパ部23における円筒管4′の軸方向長さ寸法
をLとすると、このテーパ部23としては、L/T≧4
であることが望ましいが、厚肉部21の絶縁リング7か
ら下方側の部分における円筒管4′の軸方向長さ寸法を
Bとした場合に、B≧2Tであれば、テーパ部23を不
要とすることも可能である。
【0017】そして、上記のナトリウム−硫黄電池1に
よれば、絶縁リング7に接合される円筒管4′の上端部
が、周方向へわたって他の部分である薄肉部22よりも
肉厚を厚くした厚肉部21とされていることにより、こ
の円筒管4′の上端部が高強度化され、これにより、絶
縁リング7との接合箇所に集中する各種応力による障害
を防止することができる。つまり、円筒管4′の絶縁リ
ング7との接合時や絶縁リング7の円筒缶6′への組み
付け時に加わる残留応力、及び稼動時における熱サイク
ルの付加時に加わる応力による破損等の障害を確実に防
止することができ、極めて信頼性の高い電池とすること
ができる。
【0018】
【実施例】ここで、各寸法の円筒管4′からなる各試料
について、それぞれ3体ずつ接合試験、加熱試験を行っ
た。 (試験条件) 接合試験:円筒管4′の上端部をガラスろう材(64Si
2-21B2O3-5AL2O3-10Na2O)を用いて950℃×20分に
て絶縁リング7に接合する。 加熱試験:稼動温度(約350℃)と室温とを繰り返
す(サイクル数20回)。
【0019】(試 料) 試料1(従来形状の円筒管4′) 円筒管4′の寸法:外径20mm、全長150mm、肉
厚(薄肉部22)1mm 試料2(厚肉部21、テーパ部23あり) 円筒管4′の寸法:外径20mm、全長150mm、肉
厚(薄肉部22)1mm 厚肉部21、テーパ部23の寸法:T=2mm、L=1
0mm、B=2mm 試料3(厚肉部21、テーパ部23あり) 円筒管4′の寸法:外径20mm、全長150mm、肉
厚(薄肉部22)1mm 厚肉部21、テーパ部23の寸法:T=3mm、L=2
mm、B=6mm
【0020】(試験結果) 試料1 接合試験では、3体ともに割れなどの発生はなく、良好
であったが、その後の加熱試験にて、2体が破損した。
破損個所は、絶縁リング7との接合箇所直下であった。 試料2 接合試験では、3体ともに割れなどの発生はなく良好で
あり、さらに、その後の加熱試験も全て問題なかった。 試料3 接合試験では、3体ともに割れなどの発生はなく良好で
あり、さらに、その後の加熱試験も全て問題なかった。
【0021】
【発明の効果】以上、説明したように、本発明のナトリ
ウム−硫黄電池によれば、下記の効果を得ることができ
る。請求項1記載のナトリウム−硫黄電池によれば、絶
縁リングに接合される筒体の上端部が、周方向へわたっ
て他の部分よりも肉厚を厚くした厚肉部とされているこ
とより、この筒体の上端部が高強度化され、これによ
り、絶縁リングとの接合箇所に集中する各種応力による
障害を防止することができる。つまり、筒体の絶縁リン
グとの接合時や絶縁リングの容器への組み付け時に加わ
る残留応力、及び稼動時における熱サイクルの付加時に
加わる応力による破損等の障害を確実に防止することが
でき、極めて信頼性の高い電池とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の実施の形態のナトリウム−硫黄電池
の構成及び構造を説明するナトリウム−硫黄電池の縦断
面図である。
【図2】 本発明の実施の形態のナトリウム−硫黄電池
を構成する円筒管の絶縁リングとの接合箇所の形状を説
明する接合箇所における縦断面図である。
【図3】 ナトリウム−硫黄電池の構成及び構造を示す
図であって、(a)はナトリウム−硫黄電池の縦断面図
であり、(b)はナトリウム−硫黄電池の横断面図であ
る。
【符号の説明】
2 負極活物質 3 正極活物質 4 固体電解質 4′ 円筒管(筒体) 7 絶縁リング 6′ 円筒缶(容器) 11 ナトリウム−硫黄電池 21 厚肉部 22 薄肉部(他の部分)

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 少なくともナトリウムを含む負極活物質
    と、少なくとも硫黄を含む正極活物質と、前記負極活物
    質と前記正極活物質との間に位置してナトリウムイオン
    に対して伝導性を有する固体電解質とを有するナトリウ
    ム−硫黄電池であって、 前記固体電解質は、有底円筒状の筒体とされて電極とな
    る容器内に配置され、該筒体の上端部が前記容器に固定
    される絶縁リングに周方向へわたって接合されてなり、 前記筒体は、前記絶縁リングと接合される上端部が、周
    方向へわたって他の部分よりも肉厚を厚くしてなる厚肉
    部とされていることを特徴とするナトリウム−硫黄電
    池。
JP10055307A 1998-03-06 1998-03-06 ナトリウム−硫黄電池 Pending JPH11260397A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101305237B1 (ko) * 2007-07-16 2013-09-06 주식회사 엘지화학 외측에 단차가 형성되어 있는 전지케이스로 구성된이차전지

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101305237B1 (ko) * 2007-07-16 2013-09-06 주식회사 엘지화학 외측에 단차가 형성되어 있는 전지케이스로 구성된이차전지

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Legal Events

Date Code Title Description
A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20021126