JPS609067A - ナトリウム−硫黄電池 - 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】 本発明はナトリ゛ウムー硫黄電池の陰極室構造に関し、
電池の安全性を’６ｈめることを目的としたものである
。

従来のす）　ＩＪウムー硫黄電池の構造を第１図１によ
り説明すれば、β−アルミナ、β′−アルミナなどから
なるナトリウムイオン伝導性の固体電解質管１の上端に
陰極補助灼６を設けた電気絶縁性部材としてのα−アル
ミナリング２がガラス接合され、下面に陽極蓋４をアル
ミニウムリングを介して高温・高圧下で熱圧接合されて
いる。陽極蓋４には、耐溶融硫黄性金属からなる＠極焦
電体を兼ねる電池客器５が溶接され、陽極活物質６とし
て硫黄を含浸し成型されたグラファイト又はカーボン等
の繊維からなる陽極電導材７が配され、固体電解質管１
の底部にはクッション材８を兼ねるグラファイト又はカ
ーボンからなるフェルトを配設している。電池容器５の
底部は、真壁中又は不活性ガス中で底蓋９を溶接し、＠
極室を密閉されている。一方、陰極室については、ナト
リウム連通路１０が上蓋に溶接され、陰極活物質１１と
してのナトリウムが充填されて上部に不活性ガス室を有
するナトリウム容器１２が固体電解質管１内に挿入され
、陰極端子１３が溶接された陰ｔｆｉｌｉ　１４を真空
中で陰極補助蓋６と溶接することで真空密閉されている
。上記構成の電池を約３００　Ｎ５５０°Ｃの作動温度
に昇温すると、ナトリウム容器１２内のナトリウム１１
が溶融し、容器１２内上部空間のガス圧によってナトリ
ウム連通路１０内を通って上方より固体電解質管１と容
器１２との間隙に供給され充満する。このような状態に
おいて、固体電解質管１又はａ−アルミナリング２との
接合部に熱的徒事又は機械的衝撃、あるいは電流分布の
不均一性などの理由によりクラックが発生すると、陽極
電導材７中の溶融硫黄６と溶融ナトリウム１１が接触し
、岸発的な直接反応がおこり、その際の生成熱（例えば
数ｋｃａ、１〜数百ｋｃａｌ　）により容器１２をも破
壊し、更に容器１２内の多量の溶融ナトリウムが溶融硫
黄と直接反応して電池を完全に破壊したり、隣接した電
池をも熱的影響でもって破壊する問題点を有していた。

本発明は上記の問題点を解消したものであり、以下実施
例により詳細に説明する。第２図に示す実施例により説
明すれば、１は固体電解質管、２はα−アルミナリング
、６′はアルミニウム被覆鋼材からなる陰極蓋で、α−
アルミナリング２に熱圧接合されている。４は陽極蓋、
５は電池容器、６は陽極活物質、７は陽極電導材、８は
クッション材、９は底蓋、１１は陰極活物質、１５は＠
極活物質１１と＠極活物質６との直接反応熱で容易に破
壊されるよう低融点金属又は肉薄の金属からなる金属容
器、１６はステンレスなどの耐溶融ナトリウム性金属か
らなるナトリウムリザーバー、１９は金属容器１５内に
ナトリウムリザーバー１６の底蓋１７　（尚、この場合
、金属容器１５の上蓋をも兼ねている）及び金属容器１
５の底蓋１８に開放端がそれぞれ溶接されたナトリウム
連通路、２１はナトリウムリザーバー１６の上蓋２０に
溶接されたナトリウム充埃用兼排気用兼ナトリウム通路
を静ねる陰極集電パイプ、金属容器１５内には、窒素ガ
ス、アルゴンガス又はヘリウムガスなどの不活性ガス、
隔渇でガス化して不活性ガスとなるアジ化ナトリウムな
どの物質が充填されて、完全密閉されている。固体電解
質管１内に以上の陰極構成体を配設した後、ナトリウム
を陰極集電パイプ２１より真空含浸により定量充填し陰
極集電パイプ２１上端を密閉してもよく、ナトリウムを
充填したナトリウムリザーバー１６を備える金属容器１
５からなる陰極構成体を固体電解質管１内に配した後、
真空中で陰極蓋３１と底蓋１７を溶接し、密閉してもよ
い。上記の如く構成された電池について、電池作動温度
約３５０℃に加熱すると、ナトリウムリザーバー１６内
の溶融ナトリウムがナトリウム連通路１９を通り、固体
電解質管１と金属容器１５との間隙に供給され充満（尚
、ナトリウムを陰極側組立後充填する場合は、初めから
ナトリウムが間暉域に充満している）する。放電すると
、固体電解′ｊｉｉ、管１を通り陽極側にナトリウムが
移動し、ナトリウム消ｇＲ量に応じてナトリウムリザー
バー１６内よりナトリウム連通路１９を通って常に前記
間凍域へ欠乏箇所が発生しないよう供給が続けられる。

尚、ナトリウムリザーバー１６より陰極側への供給は、
ナ）　ＩＪウムの重力効果でもよく、又、ナトリウムリ
ザーバー１６の上部空間に不活性ガスをわずかに封入し
ておいてのガス圧効果でもよい。充電時においては、逆
に陽極室側からナトリウムがもどされ、ナトリウム連通
路１９を通ってナトリウムリザーバー１６内にもどされ
る。

次に上記の構成からなる電池について、安全性効果をみ
れば、固体電解質管１にクラックが発生した場合、溶融
硫黄と溶融ナトリウムが直接反応すると生成した熱によ
り低融点又は肉薄の金属容器１５が破壊され内部の不活
性ガスが放出される。この放出されたガス圧によりナト
リウム連通路１９を逆に下方から溶融ナトリウムを押し
上げることとなりナトリウムリザーバー１６からの溶融
ナトリウム供給が停止し、継続した直接反応はおこらな
かった。

上記の安全性を向上させるための金属容器１５について
、材質と肉厚を種々に変えて電池の破損状況を調査した
結果が下表である。

表 すなわち低融点又は肉薄の金属であると容易に金属容器
１５が破壊され内部のガスが放出され、以後のナトリウ
ム供給が停止する。

また、ナトリウム連通路１９は、金属容器１５の内部を
通りナトリウムリザーバー１６内と固体電解質管１と金
属容器１５との間隙域を連通させることにより、ナトリ
ウムリザーバー１６の底蓋１７と金属容器１５の上蓋を
兼用することができると共に、ナトリウムリザーバー１
６から間隙域へのナトリウム供給通路を長くすることが
でき、口径を変えることなどにより流速を抑制できるこ
とから、破壊時、わずかなガス圧でもってもナトリウム
供給を停止できる。

尚、本発明において、金部容器及びナトリウムリザーバ
ー内のガス量、ガス圧又はガス化物質量、ナトリウム連
通路及び陰極集電パイプの材質、口径、長さ、ナトリウ
ムリザーバーの材質、肉厚、大きさ、金属容器の形状等
については、特に限定するものではなく、適宜選択しう
るちのである。

本発明は上記した如く、固体電解質管内に不活性ガス等
を充填した金属容器を備え、クラック発生による陽極活
物質と陰極活物質との接触を、金属容器の破壊で不活性
ガスによりナト１）ラムをナトリウムリザーバー内に押
しもどして抑制し、電池の安全性を向上させたものであ
り、そのエム！市価値は大である０

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のナトリウム−硫黄電池の縦断面図、第２
図は本発明による一実施例のナト１ノウムー硫黄電池の
縦断面図である。 １　・・固体電解質管、１０．１９・・・す）ＩＪウム
連通路、１２・・・す）　ＩＪウム容器、１５・・・金
属容器、１６・・・ナトリウムリザーバー、 ２１・・・陰極集電パイプ。 出願人　湯浅電池株式会社 第１図 第２図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）ナトリウムイオン伝導性固体電解質せ内を陰極室と
   するナトリウム−硫黄電池において、固体電解質せ上部
   にナトリウムリザーバーを配し、ナトリウムリザーバー
   下部に不活性ガス又は高温にてガス化する物質を充填し
   た完全密閉の金属容器を配するナトリウム−硫黄電池。 ２）ナトリウムリザーバーより金属容器の内部を連通ず
   るす）　ＩＪウム連通路を設けた特許請求の範囲第１項
   記載のナトリウム−硫黄電池。 ６）ナトリウムリザーバーの上蓋にナトリウム充填用兼
   排気用兼す）ＩＪウム通路を兼ねる陰極集電パイプを溶
   接した特許請求の範囲第１項記載のナトリウム−硫黄電
   池。 ４）ト極集電バイブ内にナトリウム連通路を挿入した特
   許請求の範囲第６項記載のナトリウム−硫黄電池。 ５）金８容器が低り、点の金属又は肉薄の金属からなる
   特許請求の範囲第１項記載のナトリウム−硫黄電池。 ６）金属容器が、肉厚約２１１Ｍ以下のアルミニウム、
   約肌４闘以下のステンレスからなる特許請求の範囲第５
   項記載のす）　ＩＪウムー硫黄電池。