CN202423400U

CN202423400U - 阳极容器、钠硫电池及模块电池

Info

Publication number: CN202423400U
Application number: CN2011205276768U
Authority: CN
Inventors: 田原和幸
Original assignee: NGK Insulators Ltd
Current assignee: NGK Insulators Ltd
Priority date: 2011-12-16
Filing date: 2011-12-16
Publication date: 2012-09-05
Anticipated expiration: 2021-12-16

Abstract

本实用新型提供一种阳极容器(2)，由金属制成且用于钠硫电池中，筒部(21)具有直筒部(41)和形成在直筒部(41)的中途位置的缩颈部(42)，缩颈部的凸部前端(42a)的壁厚t1相对于直筒部的壁厚t2的关系满足1/2≤t1/t2≤1，在缩颈部的凸部前端(42a)处的内径为直筒部的内径的60％以上且90％以下，在筒部的长度方向上的缩颈部(42)的宽度h1为筒部(21)的全长h2的2％以上且10％以下。由此，能够更加有效地缓和固体电解质管(4)在电池升温时或降温时所受到的应力，因此，即使在NaS电池的长期的工作时间内也能够使固体电解质管所受到的应力变小，从而能够更加可靠地防止固体电解质管受到损伤。

Description

阳极容器、钠硫电池及模块电池

技术领域

本实用新型涉及用于钠硫电池(下面，称之为“NaS电池”)中的阳极容器、具有该阳极容器的NaS电池及模块电池。

背景技术

就现有的NaS电池的阳极容器而言，公知有如下的结构：在阳极容器的直筒部的中途位置形成有缩颈部(例如，参照JP特开平9-82357)。通过在阳极容器上形成这样的缩颈部，来减弱固体电解质管所受的应力，从而防止固体电解质管受到损伤，其中，上述应力是，因为由金属形成的阳极容器和收容在阳极容器的内部的由β-氧化铝形成的固体电解质管之间的热膨胀率不同，以及当电池冷却时在阳极容器的底部所固化的多硫化钠顶起固体电解质管而产生的。

然而，在现有的阳极容器中，并不是在充分考虑到NaS电池的长期的工作时间的情况下设定了缩颈部的形状等，所以希望提供一种固体电解质管所受到的应力更小从而能够更加可靠地防止固体电解质管受到损伤的阳极容器及NaS电池。

实用新型内容

本实用新型是鉴于这样的问题而提出的，其目的在于，提供一种阳极容器、具有该阳极容器的NaS电池及模块电池，该阳极容器即使在NaS电池的长期的工作时间内，也使固体电解质管所受到的应力小，从而能够更加可靠地防止固体电解质管受到损伤。

用于实现上述目的的本实用新型的阳极容器，由金属制成且用于钠硫电池中，具有筒部、堵塞该筒部的下端部的底盖，该阳极容器用于收容筒状有底的固体电解质管、充填在该固体电解质管的内侧的钠、充填在该固体电解质管的外侧的硫磺，其特征在于，上述筒部具有直筒部和形成在该直筒部的中途位置的缩颈部，上述缩颈部的凸部前端的壁厚t1相对于上述直筒部的壁厚t2的关系满足1/2≤t1/t2≤1，在上述缩颈部的凸部前端处的内径为上述直筒部的内径的60％以上且90％以下，在上述筒部的长度方向上的上述缩颈部的宽度为上述筒部的全长的2％以上且10％以下。

这里，优选地，上述缩颈部配置于特定位置，该特定位置是指，在电池温度360℃、电池的放电末期时位于阳极活性物质的液面的上方的位置。

另外，本实用新型的钠硫电池具有上述的阳极容器。

另外，本实用新型的模块电池具有多个作为单电池的钠硫电池。

若采用本实用新型的阳极容器、钠硫电池及模块电池，则通过将缩颈部的形状、壁厚设定在上述范围内，能够更加有效地缓和阳极容器和固体电解质管之间的热膨胀率的不同、因电池冷却时在阳极容器的底部固化的多硫化钠而固体电解质管受到的应力，因此，即使在NaS电池的长期的工作时间内也能够使固体电解质管所受到的应力变小，从而能够更加可靠地防止固体电解质管受到损伤。

附图说明

图1是本实用新型的具有阳极金属件的NaS电池的剖视图。

图2是上述阳极金属件的缩颈部附近的局部剖视图。

附图标记的说明

1 NaS电池

2 阳极金属件

4 固体电解质管

21 筒部

22 底盖

41 直筒部

42 缩颈部

t1 缩颈部的凸部前端的壁厚

t2 直筒部的壁厚

r1 缩颈部的凸部前端处的内径

r2 直筒部的内径

h1 缩颈部的宽度

h2 筒部的全长

具体实施方式

下面，参照附图，对本实用新型的用于NaS电池中的阳极容器、具有该阳极容器的NaS电池及模块电池进行说明。如图1所示，NaS电池1具有：圆筒状的阳极容器2；熔融硫磺，其含浸在碳毡(carbon felt)等中；盒子3，其用于收容熔融金属钠；圆筒状有底的固体电解质管4，其在内部收容有该盒子3，并具有选择性地使钠离子透过的功能；圆筒状有底的隔壁管5，其位于盒子3和固体电解质管4之间的空隙部，与该盒子3及固体电解质管4分别具有规定的间隔。

固体电解质管4借助利用玻璃来接合其开口端上的由α-氧化铝制成的绝缘环6及阳极金属件7来与阳极容器2相结合。由此，阳极容器2和固体电解质管4成为一体，所以因阳极容器2和固体电解质管4的热膨胀率不同而在固体电解质管4上电池升温时或降温时会产生应力，这在现有的NaS电池中成为固体电解质管4受到损伤的原因之一。

另外，在绝缘环6的上表面热压接合有阴极金属件8，该阴极金属件8通过焊接与阴极盖9相固定。在盒子3的上部空间，以规定的压力封入有氮气、氩气等非活性气体，该非活性气体对盒子3内的钠Na施加朝向设置于盒子底部的小孔31流出的方向的压力。

在具有上述结构的NaS电池1中，当放电时，从盒子3的小孔31供给的钠Na在隔壁管5和盒子3之间空隙内向上方移动，然后越过隔壁管5的上端，在隔壁管5和固体电解质管4之间的空隙内向下方移动，进而变为钠离子透过固体电解质管4，与阳极容器2内的硫磺S及通过外部电路到达的电子发生反应，生成多硫化钠。当充电时，与放电时相反，发生用于生成钠及硫磺的反应。

另外，NaS电池1还具有刚性容器10，该刚性容器10收容阳极容器2，由于限制阳极容器2因热膨胀而在上下方向上伸长。刚性容器10采用刚性比阳极容器2的刚性高的金属，例如采用不锈钢等。刚性容器10具有：有底筒部81，其以覆盖阳极容器2的底面及侧面的状态收容阳极容器2；环状突起部82，其从该有底筒部81的上端部向内侧方向伸出且伸出至阳极容器2的筒部21的上端部的上方。当阳极容器2发生热膨胀时，刚性容器10的环状突起部82与筒部21的上端部相抵接，由此限制阳极容器2在上下方向上伸长。

刚性容器10的内径比阳极容器2的内径大，形成为能够轻松插入阳极容器2的程度。例如，在将阳极容器2收容于有底筒部81中后，通过焊接等将环状突起部82安装在有底筒部81上。

阳极容器2由铝或铝合金等金属形成，并具有筒部21和堵塞该筒部21的下端部的底盖22。在阳极容器2内收容有固体电解质管4、填充在固体电解质管4的内侧的钠、填充在固体电解质管4的外侧的硫磺。

另外，筒部21具有直筒部41和形成在该直筒部41的中途位置的缩颈部42。在直筒部41的内面形成有缓蚀层43。缓蚀层43是例如对粉末状的铬铁类合金等材料进行等离子溅射来形成的。

另外，在阳极容器2中，缩颈部42的凸部前端42a的壁厚t1相对于直筒部41的壁厚t2的关系满足1/2≤t1/t2≤1，而且，在缩颈部42的凸部前端42a处的内径r1为直筒部41的内径r2的60％以上且90％以下，在筒部21的长度方向上的缩颈部41的宽度h1为筒部21的全长h2的2％以上且10％以下。这里，在t1/t2小于1/2的情况下，凸部前端42a的强度变得不够高，所以在NaS电池长期工作的情况下，有可能会使阳极容器2破损。另外，在t1/t2大于1的情况下，凸部前端42a的刚性变得过高，所以无法减弱固体电解质管4所受到的应力。另外，在缩颈部42的凸部前端42a处的内径r1及缩颈部41的宽度h1小于上述下限值的情况下，能够通过缩颈部41的变形来吸收的阳极容器2的伸缩的幅度变小，所以无法充分地减弱固体电解质管4所受到的应力。另一方面，在缩颈部42的凸部前端42a处的内径r1及缩颈部41的宽度h1大于上述上限值的情况下，阳极容器2内的空间变得过小，所以收容于阳极容器2内的阳极活性物质的量以及其他构件的形状会受到限制。

另外，缩颈部42配置于特定位置，该特定位置是指，在电池温度360℃、电池的放电末期时位于阳极活性物质的液面S1的上方的位置。此外，这里，之所以将电池温度360℃作为基准来设定缩颈部42的位置，是因为若超出360℃就难以长期且安全地使用电池，所以通常优选在360℃以下使用NaS电池。在阳极活性物质的液面变得最高的既是高温又是电池的放电末期的时刻，缩颈部42位于阳极活性物质的液面S1的上方，所以缩颈部42不会暴露于阳极活性物质中，因此能够提供可长期使用的阳极容器2。

此外，本实用新型的模块电池具有多个作为单电池的上述的NaS电池1。

若采用本实施方式的阳极容器2、NaS电池1及模块电池，则通过将缩颈部42的形状、壁厚设定为上述范围内，能够利用缩颈部42来吸收掉因阳极容器2和固体电解质管4的热膨胀率的不同而引发的影响，从而能够更加有效地减弱固体电解质管4在电池升温时或降温时所受到的应力。另外，由于多硫化钠在280℃以下就被固化，所以在将NaS电池1冷却至低于该温度的温度的情况下，固体电解质管4会被在阳极容器2的底部固化的多硫化钠从下向上顶起，这就是在现有的NaS电池中固体电解质管受到损伤的原因之一。在本实用新型的阳极容器2及NaS电池1中，能够通过缩颈部42来更加有效地缓和固体电解质管4被多硫化钠顶起的这样的现象。因此，即使在NaS电池1的长期的工作时间内，也能够使固体电解质管4所受到的应力变小，从而能够更加可靠地防止固体电解质管4受到损伤。

Claims

1.一种阳极容器，由金属制成且用于钠硫电池中，具有筒部、堵塞该筒部的下端部的底盖，该阳极容器用于收容筒状有底的固体电解质管、充填在该固体电解质管的内侧的钠、充填在该固体电解质管的外侧的硫磺，其特征在于，

上述筒部具有直筒部和形成在该直筒部的中途位置的缩颈部，

上述缩颈部的凸部前端的壁厚t1相对于上述直筒部的壁厚t2的关系满足1/2≤t1/t2≤1，

在上述缩颈部的凸部前端处的内径为上述直筒部的内径的60％以上且90％以下，

在上述筒部的长度方向上的上述缩颈部的宽度为上述筒部的全长的2％以上且10％以下。

2.如权利要求1所述的阳极容器，其特征在于，上述缩颈部配置于特定位置，该特定位置是指，在电池温度360℃、电池的放电末期时位于阳极活性物质的液面的上方的位置。

3.一种钠硫电池，其特征在于，具有权利要求1或2所述的阳极容器。

4.一种模块电池，其特征在于，具有多个作为单电池的权利要求3所述的钠硫电池。