JP2000058108A - Sodium-sulfur battery - Google Patents

Sodium-sulfur battery

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JP2000058108A
JP2000058108A JP10225617A JP22561798A JP2000058108A JP 2000058108 A JP2000058108 A JP 2000058108A JP 10225617 A JP10225617 A JP 10225617A JP 22561798 A JP22561798 A JP 22561798A JP 2000058108 A JP2000058108 A JP 2000058108A
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JP
Japan
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sodium
battery
tube
solid electrolyte
sulfur
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JP10225617A
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Japanese (ja)
Inventor
Toshiya Doi
俊哉 土井
Kazushige Kono
一重 河野
Shigeoki Nishimura
成興 西村
Seiji Koike
清二 小池
Yuichi Kamo
友一 加茂
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a highly safe battery by applying an interfering provision reducing the flow of sodium to the upper section of a positive electrode chamber, arranging an object having affinity to liquid sodium at the upper section of a negative electrode chamber, and providing a sodium limiting tube having a structure preventing the rapid inflow of sodium. SOLUTION: A sodium flow limiting ring 14, having a function for preventing the liquid sodium flowing into a positive electrode chamber from being instantaneously brought into contact with sulfur and sodium polysulfide constituting a positive electrode active material, is used. The inner diameter of the sodium flow limiting ring 14 is preferably set equal to the outer diameter of a solid electrolyte tube 1. As the sodium limiting ring 14, for example, a densely packed carbon ring or a ring weakly sintered with alumina powder is preferably used. The sodium flow limiting ring 14 limits the contacting quantity (speed) between the positive electrode active material and the negative electrode active material when the solid electrode electrolyte tube 1 is broken.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、ナトリウム−硫黄
二次電池に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a sodium-sulfur secondary battery.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来のナトリウム−硫黄電池において
は、有底円筒状の固体電解質管の内側と外側に陰極室及
び陽極室が形成され、その陰極室内には陰極活物質であ
るナトリウムを収容するためのカートリッジが配設さ
れ、陽極室内には陽極活物質としての硫黄が収容されて
いる。そして300〜350℃に加熱された状態で、前
記カートリッジの内部からカートリッジと固体電解質管
との間の隙間に溶融状態のナトリウムが供給され、陰極
側固体電解室管表面でナトリウムがイオン化され、この
ナトリウムイオンが固体電解質管内部を透過して正極室
内の硫黄或いは多硫化ナトリウムと反応することで放電
が行われるようになっている。
2. Description of the Related Art In a conventional sodium-sulfur battery, a cathode chamber and an anode chamber are formed inside and outside a bottomed cylindrical solid electrolyte tube, and the cathode chamber contains sodium as a cathode active material. And a sulfur as an anode active material is accommodated in the anode chamber. Then, while being heated to 300 to 350 ° C., sodium in a molten state is supplied from the inside of the cartridge to the gap between the cartridge and the solid electrolyte tube, and sodium is ionized on the cathode-side solid electrolytic chamber tube surface. Discharge is performed by sodium ions permeating the inside of the solid electrolyte tube and reacting with sulfur or sodium polysulfide in the positive electrode chamber.

【0003】この種のナトリウム−硫黄電池において
は、その動作中に固体電解質管が破損した場合、陰極室
の液体ナトリウムと陽極室の液体状態の硫黄が直接反応
して非常に大きな熱が発生し、場合によってはカートリ
ッジが溶解してカートリッジ内部に存在する多量の液体
ナトリウムと硫黄が爆発的に反応して電池が爆発する危
険があった。
In this type of sodium-sulfur battery, when the solid electrolyte tube is broken during operation, liquid sodium in the cathode chamber and sulfur in the liquid state in the anode chamber directly react to generate very large heat. In some cases, there is a risk that the cartridge may dissolve and a large amount of liquid sodium and sulfur present inside the cartridge may explosively react to explode the battery.

【0004】このような爆発的なナトリウムと硫黄の直
接反応を未然に防ぐため、例えば特開平2−112168 号公
報においては、カートリッジと固体電解質管との間隙部
にアルミニウムやステンレス等の金属材料よりなる有底
円筒状の安全管を配設したナトリウム−硫黄電池が開示
されている。また特開平5−54908号公報においては、前
記安全管と固体電解質管の間に更に保護管を配設したナ
トリウム−硫黄電池が開示されている。
In order to prevent such an explosive direct reaction between sodium and sulfur, for example, in Japanese Unexamined Patent Publication No. 2-112168, a metal material such as aluminum or stainless steel is provided in a gap between a cartridge and a solid electrolyte tube. A sodium-sulfur battery provided with a bottomed cylindrical safety tube is disclosed. Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-54908 discloses a sodium-sulfur battery in which a protective tube is further provided between the safety tube and the solid electrolyte tube.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記従来技
術のナトリウム−硫黄電池では、満充電に近い状態での
ナトリウムと硫黄の直接反応を十分に抑制することがで
きないという課題があった。
However, the conventional sodium-sulfur battery described above has a problem that the direct reaction between sodium and sulfur in a state close to full charge cannot be sufficiently suppressed.

【0006】本発明の目的は、安全性が高いナトリウム
−硫黄電池を提供することである。
An object of the present invention is to provide a sodium-sulfur battery with high safety.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】上記目的は、(1)正極
室に流れ込んだ液体ナトリウムが正極活物質と即座に出
会わないように正極室の上部にナトリウムの流量を低下
させる様な妨害措置を施す、(2)負極室の上部に液体
ナトリウムと親和性の高いものを配置して液体ナトリウ
ムが正極室側に流れ込む速度を落とす或いは防止する、
(3)ナトリウムが急激に流れ込まないような構造を持
つナトリウム制限管を設ける、ことにより達成される。
The objects of the present invention are as follows: (1) To prevent the liquid sodium flowing into the positive electrode chamber from immediately meeting the positive electrode active material, an obstruction measure such as reducing the flow rate of sodium at the upper part of the positive electrode chamber is provided. (2) Arrange a liquid sodium having a high affinity to the upper part of the negative electrode chamber to reduce or prevent the speed of the liquid sodium flowing into the positive electrode chamber side.
(3) This is achieved by providing a sodium restriction tube having a structure that prevents sodium from flowing rapidly.

【0008】図3に、正極室に流れ込んだ液体ナトリウ
ムが正極活物質である硫黄や多硫化ナトリウムと即座に
接触しないようにする機能を持たしたナトリウム流量制
限リング14を使用した電池の構造を示す。ナトリウム
流量制限リングの材質は硫黄或いは多硫化ナトリウムと
反応しない材質でなくてはならない。また電池の昇降温
にともなう熱膨張差で固体電解質管を損傷することのな
いように、ナトリウム流量制限リングは固体電解質管の
強度に比べて十分に弱い必要がる。ナトリウム流量制限
リングは、陽極室内のカーボンの最上部の上部に配置し
てもよい。ナトリウム流量制限リングの内径は固体電解
質管の外径に同じであることが好ましく、ナトリウム流
量制限リングの外径は正極容器の内径に同じであること
が好ましい。ナトリウム流量制限リングとしては例え
ば、密にパッキングした炭素性リングや、アルミナの粉
末を弱く焼結したリングなどが好ましい。このリングは
固体電解質管が破損した際に生じる正極活物質と負極活
物質が接触する量(速度)を制限するためのものであ
る。
FIG. 3 shows a structure of a battery using a sodium flow restricting ring 14 having a function of preventing liquid sodium flowing into the positive electrode chamber from immediately contacting sulfur or sodium polysulfide as a positive electrode active material. . The material of the sodium flow restriction ring must be a material that does not react with sulfur or sodium polysulfide. Also, the sodium flow restricting ring needs to be sufficiently weak in comparison with the strength of the solid electrolyte tube so as not to damage the solid electrolyte tube due to the difference in thermal expansion due to the temperature rise and fall of the battery. The sodium flow restriction ring may be located above the top of the carbon in the anode chamber. The inner diameter of the sodium flow restricting ring is preferably the same as the outer diameter of the solid electrolyte tube, and the outer diameter of the sodium flow restricting ring is preferably the same as the inner diameter of the positive electrode container. As the sodium flow restricting ring, for example, a densely packed carbonaceous ring or a ring obtained by weakly sintering alumina powder is preferable. This ring limits the amount (speed) of contact between the positive electrode active material and the negative electrode active material that occurs when the solid electrolyte tube breaks.

【0009】ナトリウム流量制限リングやナトリウム流
量制限繊維集合体は、どこに接着,固定しなくても使用
できるので低コストである。固体電解質管の内側に金属
容器を持つ構造の電池に好適である。
[0009] The sodium flow restricting ring and the sodium flow restricting fiber assembly can be used without being adhered or fixed to any place, so that the cost is low. It is suitable for a battery having a structure in which a metal container is provided inside a solid electrolyte tube.

【0010】図4に、正極室に流れ込んだ液体ナトリウ
ムが正極活物質である硫黄や多硫化ナトリウムと即座に
接触しないようにする機能を持たしたナトリウム流量制
限マット15を使用した電池の構造を示す。ナトリウム
流量制限マットの材質は硫黄或いは多硫化ナトリウムと
反応しない材質でなくてはならない。また電池の昇降温
にともなう熱膨張差で固体電解質管を損傷することのな
いように、ナトリウム流量制限マットは固体電解質管の
強度に比べて十分に弱い必要がる。ナトリウム流量制限
マットの内径は固体電解質管の外径に同じであることが
好ましく、ナトリウム流量制限マットの外径は正極容器
の内径に同じであることが好ましい。ナトリウム流量制
限マットの下端面は正極導電材炭素10の最上面に接し
ていても、離れていても構わないが、そのギャップはで
きるだけ小さいことが好ましい。ナトリウム流量制限マ
ットとしては例えば、ステンレス繊維やアルミ繊維で編
んだリングなどが好ましい。陽極室内の空間部分にナト
リウム流量を制限するための繊維集合体を配置したこと
になる。
FIG. 4 shows a structure of a battery using a sodium flow restricting mat 15 having a function of preventing liquid sodium flowing into the positive electrode chamber from immediately contacting sulfur or sodium polysulfide as a positive electrode active material. . The material of the sodium flow restriction mat must be a material that does not react with sulfur or sodium polysulfide. Also, the sodium flow restricting mat must be sufficiently weak in comparison with the strength of the solid electrolyte tube so that the solid electrolyte tube is not damaged by the thermal expansion difference due to the temperature rise and fall of the battery. The inner diameter of the sodium flow restriction mat is preferably the same as the outer diameter of the solid electrolyte tube, and the outer diameter of the sodium flow restriction mat is preferably the same as the inner diameter of the positive electrode container. The lower end surface of the sodium flow rate limiting mat may be in contact with the uppermost surface of the positive electrode conductive material carbon 10 or may be apart therefrom, but the gap is preferably as small as possible. As the sodium flow rate limiting mat, for example, a ring woven from stainless steel fiber or aluminum fiber is preferable. This means that a fiber assembly for restricting the flow rate of sodium is disposed in the space inside the anode chamber.

【0011】図5に、負極室上部に溜まった液体ナトリ
ウムが正極室に速やかに流れ込むことを防止する為のナ
トリウム保持材16を使用した電池の構造を示す。ナト
リウム保持材の材質はナトリウムと反応しない材質でな
くてはならない。また電池の昇降温にともなう熱膨張差
で固体電解質管を損傷することのないように、ナトリウ
ム保持材は固体電解質管の強度に比べて十分に弱い必要
がる。ナトリウム保持材の内径は安全管の外径に同じで
あることが好ましい。ナトリウム保持材としては例え
ば、ステンレス繊維やアルミ繊維で編んだリングなどが
好ましい。
FIG. 5 shows the structure of a battery using a sodium retaining material 16 for preventing liquid sodium accumulated in the upper part of the negative electrode chamber from flowing into the positive electrode chamber quickly. The material of the sodium retaining material must be a material that does not react with sodium. Also, the sodium holding material needs to be sufficiently weaker than the strength of the solid electrolyte tube so as not to damage the solid electrolyte tube due to the difference in thermal expansion due to the temperature rise and fall of the battery. Preferably, the inner diameter of the sodium retaining material is the same as the outer diameter of the safety tube. As the sodium retaining material, for example, a ring woven from stainless steel fiber or aluminum fiber is preferable.

【0012】図6に、負極室上部に溜まった液体ナトリ
ウムが正極室に速やかに流れ込むことを防止する為のナ
トリウム流量制限マット17を使用した電池の構造を示
す。ナトリウム流量制限マットの材質はナトリウムと反
応しない材質でなくてはならない。また電池の昇降温に
ともなう熱膨張差で固体電解質管を損傷することのない
ように、ナトリウム流量制限マットは固体電解質管の強
度に比べて十分に弱い必要がる。ナトリウム流量制限マ
ットの内径は安全管の外径に同じであることが好まし
い。ナトリウム流量制限マットとしては例えば、ステン
レス繊維やアルミ繊維で編んだリングなどが好ましい。
FIG. 6 shows the structure of a battery using a sodium flow rate limiting mat 17 for preventing liquid sodium accumulated in the upper part of the negative electrode chamber from flowing into the positive electrode chamber quickly. The material of the sodium flow restriction mat must be a material that does not react with sodium. Also, the sodium flow restricting mat must be sufficiently weak in comparison with the strength of the solid electrolyte tube so that the solid electrolyte tube is not damaged by the thermal expansion difference due to the temperature rise and fall of the battery. Preferably, the inner diameter of the sodium flow restriction mat is the same as the outer diameter of the safety tube. As the sodium flow rate limiting mat, for example, a ring woven from stainless steel fiber or aluminum fiber is preferable.

【0013】図7及び図8に、負極室上部に溜まった液
体ナトリウムが正極室に速やかに流れ込むことを防止す
る為のナトリウム流量制限板18を使用した電池の構造
を示す。金属の薄板を丸めてカートリッジと固体電解質
管の間に挿入する。ナトリウム流量制限板は弾性範囲内
で丸めて挿入されていると、復元力によってナトリウム
流量制限板は固体電解質管の内壁に接触することになる
ので、ナトリウム流量制限板と固体電解質管の間に存在
する液体ナトリウムの量が少なくなるので、安全性の面
からはより好ましい。固体電解質管が破損した際には、
負極室上部に存在していた液体ナトリウムの大部分は、
ナトリウム流量制限板の内側から、板の重なった部分を
通って、固体電解質管の破損部分を通って正極室に流れ
込むため、その流入速度はナトリウム流量制限板を設け
ない場合に比べて格段に遅く、電池の破損に至ることは
ない。ナトリウム流量制限板の材質はナトリウムと反応
しない材質でなくてはならない。また電池の昇降温にと
もなう熱膨張差で固体電解質管を損傷することのないよ
うに、ナトリウム流量制限板は固体電解質管の強度に比
べて十分に弱い必要がある。ナトリウム流量制限板とし
てはアルミの薄板やニッケルの薄板等が考えられるが、
ステンレスの薄板等はより好ましい。
FIGS. 7 and 8 show the structure of a battery using a sodium flow restricting plate 18 for preventing liquid sodium accumulated in the upper part of the negative electrode chamber from flowing into the positive electrode chamber quickly. The metal sheet is rolled and inserted between the cartridge and the solid electrolyte tube. If the sodium flow restriction plate is rolled and inserted within the elastic range, the sodium flow restriction plate will come into contact with the inner wall of the solid electrolyte tube due to the restoring force, so it will be between the sodium flow restriction plate and the solid electrolyte tube. It is more preferable from the viewpoint of safety, since the amount of liquid sodium to be reduced is reduced. When the solid electrolyte tube breaks,
Most of the liquid sodium that existed in the upper part of the negative electrode chamber
From the inside of the sodium flow restriction plate, through the overlapping portion of the plate, through the broken portion of the solid electrolyte tube, and into the cathode chamber, the inflow speed is much slower than when the sodium flow restriction plate is not provided. The battery will not be damaged. The material of the sodium flow restriction plate must be a material that does not react with sodium. Further, the sodium flow restricting plate needs to be sufficiently weak in comparison with the strength of the solid electrolyte tube so that the solid electrolyte tube is not damaged by the difference in thermal expansion due to the temperature rise and fall of the battery. As the sodium flow restriction plate, a thin plate of aluminum or a thin plate of nickel can be considered.
A stainless steel plate or the like is more preferable.

【0014】図7,図8ではナトリウム流量制限板は重
なり部分があったが、図9の様にギャップが空いていて
も構わない。但し、ギャップが大きすぎると液体ナトリ
ウムの流量を制限できないので、ギャップは十分に小さ
い必要がある。図9の上はナトリウム流量制限板の上面
図で、下図は正面図である。図10−1から図10−6
に、ナトリウム流量制限板の幾つかのバリエーションを
示す。通常に電池を動かす際の充電速度,放電速度があ
る程度速い場合には、固体電解質管内壁面にある程度の
速度で液体ナトリウムが供給される必要がある。そのよ
うな場合には、ナトリウム流量制限板と固体電解質管内
壁面に必要なナトリウム流量に見合ったギャップを設け
る必要がある。このような場合にはナトリウム流量制限
板の表面に凹凸を付ける必要がある。ナトリウム流量制
限板の固体電解質管と接触する側の面に複数の凸部、特
に線状の凸部を形成してもよい。またナトリウム流量制
限板の表面に凹凸を付けるかわりに、1つまたはそれ以
上の複数の孔を設けても良い。
In FIGS. 7 and 8, the sodium flow restricting plate has an overlapping portion, but a gap may be provided as shown in FIG. However, if the gap is too large, the flow rate of liquid sodium cannot be limited, so the gap needs to be sufficiently small. The upper part of FIG. 9 is a top view of the sodium flow rate limiting plate, and the lower part is a front view. 10-1 to 10-6
Some variations of the sodium flow rate limiting plate are shown in FIG. When the charge speed and the discharge speed when the battery is operated normally are high to some extent, it is necessary to supply liquid sodium to the inner wall surface of the solid electrolyte tube at a certain speed. In such a case, it is necessary to provide a gap corresponding to the required sodium flow rate between the sodium flow rate limiting plate and the inner wall surface of the solid electrolyte tube. In such a case, it is necessary to make the surface of the sodium flow rate limiting plate uneven. A plurality of projections, particularly linear projections, may be formed on the surface of the sodium flow restriction plate that is in contact with the solid electrolyte tube. Instead of making the surface of the sodium flow rate limiting plate uneven, one or more holes may be provided.

【0015】図11及び図12に、負極室上部に溜まっ
た液体ナトリウムが正極室に速やかに流れ込むことを防
止する為のナトリウム流量制限管19を使用した電池の
構造を示す。ナトリウム流量制限管の上端は、負極室内
の液体ナトリウムの最高液面高さより高い位置にしてお
く必要がある。また液体ナトリウムが、安全管とナトリ
ウム流量制限管の間の部分と、ナトリウム流量制限管と
固体電解質管の間の部分を移動できるように、ナトリウ
ム流量制限管にはナトリウム流量を一定量以下とするた
めの1つ以上の孔を空ける必要がある。そして、この孔
の径は固体電解質管が破損した際には負極室側の液体ナ
トリウムが正極室に連続的に流れ込む速度を規定するも
のであるから、その孔径は電池が破壊しないことを第一
優先に設計する必要がある。この孔の位置は、電池放電
末期の、負極室内のナトリウム液面の最低位よりも下に
設けられなければならない。このナトリウム流量制限管
は、安全管6や負極キャップ7に固定されても構わない
が、どこにも固定されていなくても構わない。固定され
る場合には、ナトリウム流量制限管が固体電解質管を破
壊する危険性を低減するために、固定部分の接合強度は
弱くする必要がある。ナトリウム流量制限管はどこにも
固定しない方が、固体電解質管を破損する危険性が低
く、好ましい。また、固定しない場合には、中心部に存
在するようにするためのガイド等が設けられることが好
ましい。固体電解質管が破壊して液体ナトリウムと正極
活物質が直接的に反応すると、大きな発熱がある。この
熱でナトリウム流量制限管が溶解すると、非常に大きな
事故に至るので、ナトリウム制限管の材質は融点のなる
べく高い金属が好ましい。また、肉厚もある程度厚いこ
とが好ましい。材質としては、液体ナトリウムによって
腐食されないことは必須である。例えば、ステンレス製
の有底円筒状の管等が好ましい候補である。図14には
カートリッジ21を使用するタイプの電池の構造を示す
が、ナトリウム流量制限管19の設置方法は同様であ
る。
FIGS. 11 and 12 show the structure of a battery using a sodium flow restricting tube 19 for preventing liquid sodium accumulated in the upper part of the negative electrode chamber from flowing into the positive electrode chamber quickly. The upper end of the sodium flow restricting tube needs to be positioned higher than the maximum liquid level of liquid sodium in the negative electrode chamber. In addition, the flow rate of the sodium in the sodium flow restriction tube should be less than a certain amount so that liquid sodium can move in the part between the safety pipe and the sodium flow restriction pipe and the part between the sodium flow restriction pipe and the solid electrolyte pipe. One or more holes need to be drilled. The diameter of this hole defines the rate at which liquid sodium on the negative electrode chamber side continuously flows into the positive electrode chamber when the solid electrolyte tube is broken. Need to be designed first. The position of this hole must be provided below the lowest level of the sodium liquid level in the negative electrode chamber at the end of battery discharge. The sodium flow restricting tube may be fixed to the safety tube 6 or the negative electrode cap 7, but may not be fixed anywhere. When fixed, the joining strength of the fixed portion needs to be reduced in order to reduce the risk of the sodium flow restricting tube breaking the solid electrolyte tube. It is preferable that the sodium flow restricting tube is not fixed anywhere, since the risk of damaging the solid electrolyte tube is low. When not fixed, it is preferable to provide a guide or the like so as to be present at the center. When the solid electrolyte tube is broken and liquid sodium directly reacts with the positive electrode active material, a large amount of heat is generated. If the sodium flow restricting tube is melted by this heat, a very serious accident will occur. Therefore, the material of the sodium restricting tube is preferably a metal having a melting point as high as possible. In addition, it is preferable that the thickness is somewhat large. It is essential that the material is not corroded by liquid sodium. For example, a stainless steel bottomed cylindrical tube is a preferable candidate. FIG. 14 shows the structure of a battery using a cartridge 21. The method of installing the sodium flow rate restriction tube 19 is the same.

【0016】図13に、負極室上部に溜まった液体ナト
リウムが正極室に速やかに流れ込むことを防止する為の
ナトリウム流量制限管19を使用し、このナトリウム流
量制限管は上端が開放でないタイプの電池の構造を示
す。この場合のこのナトリウム流量制限管には、少なく
とも2つ以上の孔を持つ必要がある。少なくとも1つの
孔は、ナトリウム流量制限管の内外の圧力を同じに保つ
ために負極室内の液体ナトリウムの最高液面高さより高
い位置にしておく必要がある。また、少なくとも1つの
孔を、液体ナトリウムが、カートリッジとナトリウム流
量制限管の間の部分と、ナトリウム流量制限管と固体電
解質管の間の部分を移動できるように、電池放電末期
の、負極室内のナトリウム液面の最低位よりも下に設け
なければならない。そして、この孔の径は固体電解質管
が破損した際には負極室側の液体ナトリウムが正極室に
連続的に流れ込む速度を規定するものであるから、その
孔径は電池が破壊しないことを第一優先に設計する必要
がある。ナトリウム制限管の材質は液体ナトリウムによ
って腐食されないことは必須である。例えば、ステンレ
スやアルミが好ましい候補である。ナトリウム制限管は
固定されておらず、可動であることが好ましい。ナトリ
ウム制限管は、陰極室を形成する壁の一部或いはナトリ
ウム収納容器に、固体電解質の強度より弱く接合されて
もよい。
FIG. 13 shows a sodium flow restricting tube 19 for preventing liquid sodium accumulated in the upper part of the negative electrode chamber from flowing into the positive electrode chamber promptly. The structure of is shown. In this case, the sodium flow restricting tube must have at least two or more holes. At least one hole needs to be positioned higher than the maximum liquid level of liquid sodium in the negative electrode chamber in order to maintain the same pressure inside and outside the sodium flow restriction tube. Also, at least one hole is provided in the negative electrode chamber at the end of battery discharge to allow liquid sodium to move between the cartridge and the sodium flow restriction tube and between the sodium flow restriction tube and the solid electrolyte tube. Must be below the lowest level of sodium level. The diameter of this hole defines the rate at which liquid sodium on the negative electrode chamber side continuously flows into the positive electrode chamber when the solid electrolyte tube is broken. Need to be designed first. It is essential that the material of the sodium restriction tube is not corroded by liquid sodium. For example, stainless steel and aluminum are preferred candidates. Preferably, the sodium restriction tube is not fixed and is movable. The sodium restriction tube may be joined to a part of the wall forming the cathode chamber or a sodium storage container with a strength lower than that of the solid electrolyte.

【0017】図3に構造を示す本発明の電池において、
ナトリウム流量制限リング14は、固体電解質が破損し
て正極室に液体ナトリウムが流れ込むような事故が発生
した場合に、大量の液体ナトリウムが正極活物質と即座
に出会うことのないように、ナトリウム流量制限リング
の下に存在する正極活物質部分に、液体ナトリウムがナ
トリウム流量制限リングを通って流れ込む流量を制限す
る働きを有する。
In the battery of the present invention whose structure is shown in FIG.
The sodium flow rate limiting ring 14 is provided for limiting the flow rate of sodium so that a large amount of liquid sodium does not immediately come into contact with the positive electrode active material in the event that the solid electrolyte is broken and liquid sodium flows into the positive electrode chamber. Liquid sodium has a function of restricting a flow rate of the liquid sodium flowing through the sodium flow rate restriction ring into a portion of the positive electrode active material existing below the ring.

【0018】図4に構造を示す本発明の電池において、
ナトリウム流量制限マット15は、固体電解質が破損し
て正極室に液体ナトリウムが流れ込むような事故が発生
した場合に、大量の液体ナトリウムが正極活物質と即座
に出会うことのないように、ナトリウム流量制限マット
の下に存在する正極活物質部分に、液体ナトリウムがナ
トリウム流量制限マットを通って流れ込む流量を制限す
る働きを有する。
In the battery of the present invention whose structure is shown in FIG.
The sodium flow rate limiting mat 15 is provided for limiting the sodium flow rate so that a large amount of liquid sodium does not immediately come into contact with the positive electrode active material in the event that the solid electrolyte is broken and liquid sodium flows into the positive electrode chamber. It functions to limit the flow rate of liquid sodium flowing into the portion of the positive electrode active material below the mat through the sodium flow rate limiting mat.

【0019】図5に構造を示す本発明の電池において、
ナトリウム保持材16は、固体電解質が破損した場合、
負極室に存在する液体ナトリウムを保持することで、負
極室から正極室に流れ込む液体ナトリウムの流量を制限
して、単位時間内の反応を抑制することで電池の破壊を
防止する役割を果たす。
In the battery of the present invention whose structure is shown in FIG.
When the solid electrolyte is broken,
By holding the liquid sodium present in the negative electrode chamber, the flow rate of liquid sodium flowing from the negative electrode chamber to the positive electrode chamber is restricted, thereby suppressing the reaction within a unit time to thereby prevent the battery from being destroyed.

【0020】図6に構造を示す本発明の電池において、
ナトリウム流量制限マット17は、固体電解質が破損し
た場合、負極室に存在する液体ナトリウムを保持するこ
とで、負極室から正極室に流れ込む液体ナトリウムの流
量を制限して、単位時間内の反応を抑制することで電池
の破壊を防止する役割を果たす。
In the battery of the present invention whose structure is shown in FIG.
When the solid electrolyte is damaged, the sodium flow rate limiting mat 17 holds the liquid sodium present in the negative electrode chamber to limit the flow rate of liquid sodium flowing from the negative electrode chamber to the positive electrode chamber, thereby suppressing a reaction within a unit time. By doing so, it plays a role in preventing the battery from being destroyed.

【0021】図7及び図8に構造を示す本発明の電池に
おいて、ナトリウム流量制限板はナトリウム流量制限板
と固体電解質管の間に存在する液体ナトリウムの量を少
なくすることで、固体電解質管が破損した直後に正極室
に流れ込む液体ナトリウムの絶対量を小さくして、電池
の破壊を防止する。また、固体電解質管が破損した時、
負極室上部に存在していた液体ナトリウムの大部分は、
ナトリウム流量制限板の内側から、板の重なった部分を
通って、固体電解質管の破損部分を通って正極室に流れ
込むため、その流入速度はナトリウム流量制限板を設け
ない場合に比べて格段に遅く、電池の破壊に至ることは
ない。
In the battery of the present invention whose structure is shown in FIGS. 7 and 8, the sodium flow restricting plate reduces the amount of liquid sodium existing between the sodium flow restricting plate and the solid electrolyte tube, so that the solid electrolyte tube is The absolute amount of liquid sodium flowing into the positive electrode chamber immediately after the damage is reduced to prevent the battery from being broken. Also, when the solid electrolyte tube is broken,
Most of the liquid sodium that existed in the upper part of the negative electrode chamber
From the inside of the sodium flow restriction plate, through the overlapping portion of the plate, through the broken portion of the solid electrolyte tube, and into the cathode chamber, the inflow speed is much slower than when the sodium flow restriction plate is not provided. The battery will not be destroyed.

【0022】図9に構造を示す本発明の電池において、
ギャップは電池の定格運転時に必要な液体ナトリウムの
流速を確保するためのものである。
In the battery of the present invention whose structure is shown in FIG.
The gap is for ensuring the necessary flow rate of liquid sodium during rated operation of the battery.

【0023】図10に構造を示す本発明の電池におい
て、ナトリウム流量制限板のバリエーションは、電池の
設計に応じて液体ナトリウムの流速をコントロールする
ための手段である。
In the battery of the present invention whose structure is shown in FIG. 10, the variation of the sodium flow rate limiting plate is a means for controlling the flow rate of liquid sodium according to the battery design.

【0024】図11及び図12に構造を示す本発明の電
池において、ナトリウム流量制限管19はナトリウム流
量制限管と固体電解質管の間に存在する液体ナトリウム
の量を少なくすることで、固体電解質管が破損した直後
に正極室に流れ込む液体ナトリウムの絶対量を小さくし
て、電池の破壊を防止する。また、固体電解質管が破損
した時、負極室上部に存在していた液体ナトリウムの大
部分は、ナトリウム流量制限管の内側から、ナトリウム
流量制限管に設けた孔を通って、固体電解質管の破損部
分を通って正極室に流れ込むため、その流入速度はナト
リウム流量制限管を設けない場合に比べて格段に遅く、
電池の破壊に至ることはない。ナトリウム流量制限管の
上端の位置が、負極室内の液体ナトリウムの最高液面高
さより低い場合には、ナトリウム流量制限管の上端より
上部に溜まった液体ナトリウムが、固体電解質管の破損
時に一気に正極室に流れ込んで、多量の正極活物質と液
体ナトリウムが瞬時に反応して電池の破壊を招くので、
ナトリウム流量制限管の上端の位置は、必ず負極室内の
液体ナトリウムの最高液面高さより高くなければならな
い。ナトリウム流量制限管に設けた孔の径は固体電解質
管が破損した際には負極室側の液体ナトリウムが正極室
に連続的に流れ込む速度を規定するものであるから、そ
の孔径は、通常運転時には必要な液体ナトリウムの流量
が確保でき、かつ固体電解質破損時には電池が破壊しな
い程度の流量になるように液体ナトリウムの流量を制限
できる径でなくてはならない。この孔の位置は、電池放
電末期の、負極室内のナトリウム液面の最低位よりも下
に設けられなければならない。ナトリウム液面がこの孔
の位置より低くなると、液体ナトリウムが固体電解質管
の内壁面に供給されなくなるので、電池反応の有効面積
が小さくなり、電池抵抗が増大し、効率が悪くなる。図
14に構造を示す本発明の電池においても同様である。
In the battery of the present invention whose structure is shown in FIGS. 11 and 12, the sodium flow restricting tube 19 is provided by reducing the amount of liquid sodium existing between the sodium flow restricting tube and the solid electrolyte tube. The absolute amount of liquid sodium flowing into the positive electrode chamber immediately after the battery is damaged is reduced to prevent the battery from being broken. In addition, when the solid electrolyte tube was broken, most of the liquid sodium that was present in the upper part of the negative electrode chamber passed from the inside of the sodium flow restriction tube through the hole provided in the sodium flow restriction tube, and the solid electrolyte tube was damaged. Since it flows into the positive electrode chamber through the part, its inflow speed is much slower than when the sodium flow restriction tube is not provided,
The battery will not be destroyed. If the position of the upper end of the sodium flow restricting tube is lower than the maximum liquid level of the liquid sodium in the negative electrode chamber, the liquid sodium accumulated above the upper end of the sodium flow restricting tube will be blown at once when the solid electrolyte tube is damaged. Into the cell, a large amount of the positive electrode active material and liquid sodium react instantaneously, causing battery breakdown.
The position of the upper end of the sodium flow restriction tube must be higher than the maximum liquid level of liquid sodium in the negative electrode chamber. Since the diameter of the hole provided in the sodium flow rate restriction tube defines the speed at which the liquid sodium on the negative electrode chamber side continuously flows into the positive electrode chamber when the solid electrolyte tube is broken, the hole diameter is normally used during normal operation. The diameter must be such that the required flow rate of liquid sodium can be ensured and the flow rate of liquid sodium can be limited so that the battery does not break down when the solid electrolyte is broken. The position of this hole must be provided below the lowest level of the sodium liquid level in the negative electrode chamber at the end of battery discharge. When the sodium liquid level is lower than the position of the hole, liquid sodium is not supplied to the inner wall surface of the solid electrolyte tube, so that the effective area of the battery reaction is reduced, the battery resistance is increased, and the efficiency is deteriorated. The same applies to the battery of the present invention whose structure is shown in FIG.

【0025】図13に構造を示す本発明の電池において
も、ナトリウム流量制限管19はナトリウム流量制限管
と固体電解質管の間に存在する液体ナトリウムの量を少
なくすることで、固体電解質管が破損した直後に正極室
に流れ込む液体ナトリウムの絶対量を小さくして、電池
の破壊を防止する。また、固体電解質管が破損した時、
負極室上部に存在していた液体ナトリウムの大部分は、
ナトリウム流量制限管の内側から、ナトリウム流量制限
管に設けた孔を通って、固体電解質管の破損部分を通っ
て正極室に流れ込むため、その流入速度はナトリウム流
量制限管を設けない場合に比べて格段に遅く、電池の破
壊に至ることはない。ナトリウム流量制限管の上方の孔
は、ナトリウム流量制限管と固体電解質管の間の部分の
圧力と、ナトリウム流量制限管と安全管の間の部分の圧
力を同じに保つ役割を担う。下方の孔は固体電解質管が
破損した際には負極室側の液体ナトリウムが正極室に連
続的に流れ込む速度を規定するものであるから、その孔
径は、通常運転時には必要な液体ナトリウムの流量が確
保でき、かつ固体電解質破損時には電池が破壊しない程
度の流量になるように液体ナトリウムの流量を制限でき
る径でなくてはならない。この孔の位置は、電池放電末
期の、負極室内のナトリウム液面の最低位よりも下に設
けられなければならない。
Also in the battery of the present invention whose structure is shown in FIG. 13, the sodium flow restricting tube 19 is damaged by reducing the amount of liquid sodium existing between the sodium flow restricting tube and the solid electrolyte tube. Immediately after this, the absolute amount of liquid sodium flowing into the positive electrode chamber is reduced to prevent the battery from being broken. Also, when the solid electrolyte tube is broken,
Most of the liquid sodium that existed in the upper part of the negative electrode chamber
From the inside of the sodium flow restriction tube, through the hole provided in the sodium flow restriction tube, through the broken portion of the solid electrolyte tube, and into the positive electrode chamber, the inflow speed is higher than when the sodium flow restriction tube is not provided. It is much slower and does not destroy the battery. The upper hole of the sodium flow restricting tube serves to keep the pressure between the sodium flow restricting tube and the solid electrolyte tube equal to the pressure between the sodium flow restricting tube and the safety tube. The lower hole defines the rate at which the liquid sodium on the negative electrode chamber side continuously flows into the positive electrode chamber when the solid electrolyte tube is broken. The diameter must be such that the flow rate of liquid sodium can be ensured and the flow rate of liquid sodium can be restricted so that the flow rate of the battery does not break down when the solid electrolyte is broken. The position of this hole must be provided below the lowest level of the sodium liquid level in the negative electrode chamber at the end of battery discharge.

【0026】[0026]

【発明の実施の形態】以下、本発明を詳しく説明するた
めの比較例と実施例を示す。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, comparative examples and examples for illustrating the present invention in detail will be shown.

【0027】[比較例1]図1に、比較例1のナトリウ
ム−硫黄電池の構造を示す。電池の運転中、カートリッ
ジ内上部空間のガス圧P1と負極上部空間のガス圧P2
は同じ圧力に保たれる。図2に示すように、ナトリウム
がカートリッジ21内に十分残っていない場合(十分に
放電された状態)、P1は低い圧力となっていて、カー
トリッジ外部のナトリウムの液面L2は放電開始時に比
べて低下してくる。しかし正極室内部の正極活物質の液
面L3よりもL2が下がってしまうと、電池反応の起こ
る面積が減少して電池効率が悪くなるので、放電末期に
おいてもL2がL3より大幅に下に来ることのないよう
に、製造時のP1,P2は選定される。従って、ナトリ
ウムがカートリッジ内に十分にある場合(十分に充電さ
れた状態)にはP1は高い圧力となっていて、カートリ
ッジ外部のナトリウムの液面L2はかなり高い位置、場
合によってはカートリッジ21の上端より上まで達する
ことがある。このような状態の時にL3とほぼ同じ高さ
の位置で固体電解質管が破損すると、保護管20,安全
管6の上端面より上部にある液体ナトリウムが正極室に
全て流れ込む為、液体ナトリウムと正極活物質が急激に
反応して、電池が破壊されるといった課題がある。
Comparative Example 1 FIG. 1 shows the structure of the sodium-sulfur battery of Comparative Example 1. During operation of the battery, the gas pressure P1 in the upper space in the cartridge and the gas pressure P2 in the upper space in the negative electrode
Are kept at the same pressure. As shown in FIG. 2, when sodium does not sufficiently remain in the cartridge 21 (sufficiently discharged), P1 has a low pressure, and the liquid level L2 of sodium outside the cartridge is lower than that at the start of discharging. It is going down. However, if L2 is lower than the liquid level L3 of the positive electrode active material inside the positive electrode chamber, the area where the battery reaction occurs decreases and the battery efficiency deteriorates, so that even at the end of discharge, L2 falls significantly below L3. P1 and P2 at the time of manufacture are selected so as not to cause a problem. Therefore, when the sodium is sufficiently present in the cartridge (in a sufficiently charged state), P1 is at a high pressure, and the liquid level L2 of sodium outside the cartridge is at a considerably high position, and in some cases, the upper end of the cartridge 21 May reach higher. In such a state, if the solid electrolyte tube is broken at a position substantially equal to L3, the liquid sodium above the upper end surfaces of the protection tube 20 and the safety tube 6 all flows into the positive electrode chamber. There is a problem that the active material reacts rapidly and the battery is destroyed.

【0028】図1に示す構造のナトリウム−硫黄電池を
100本作製した。固体電解質管1の材質はβ″−アル
ミナ,正極容器3,負極容器4,負極キャップ7,正極
キャップ11,保護管20の材質はSUS310S ,安全管
6,正極端子12,負極端子13,カートリッジ21の
材質はアルミニウム金属とした。
One hundred sodium-sulfur batteries having the structure shown in FIG. 1 were manufactured. The material of the solid electrolyte tube 1 is β ″ -alumina, the materials of the positive electrode container 3, the negative electrode container 4, the negative electrode cap 7, the positive electrode cap 11, and the protective tube 20 are SUS310S, the safety tube 6, the positive electrode terminal 12, the negative electrode terminal 13, the cartridge 21. Was made of aluminum metal.

【0029】カートリッジ21の上部空間にはカートリ
ッジ内部のナトリウムを押し出すためにアルゴンガスが
封入されている。保護管20の外径は固体電解質管1の
内径より1mm小さく、安全管6の外径は保護管20の内
径より0.4mm 小さく、カートリッジ21の外径は安全
管6の内径より0.2mm 小さくなるようにした。カート
リッジ21の底には、液体ナトリウムの供給のために直
径0.14mm の孔を1つ空けた。
The upper space of the cartridge 21 is filled with argon gas for pushing out sodium inside the cartridge. The outer diameter of the protection tube 20 is 1 mm smaller than the inner diameter of the solid electrolyte tube 1, the outer diameter of the safety tube 6 is 0.4 mm smaller than the inner diameter of the protection tube 20, and the outer diameter of the cartridge 21 is 0.2 mm smaller than the inner diameter of the safety tube 6. I made it smaller. The bottom of the cartridge 21 was provided with a hole having a diameter of 0.14 mm for supplying liquid sodium.

【0030】電池が100充電された状態でのカートリ
ッジ外部のナトリウム液面高さL2は、正極室の正極活
物質である硫黄を含浸した正極導電材である炭素集電体
の最上面L3より約40mm高い位置に来るようにした。
The sodium liquid level L2 outside the cartridge when the battery is charged to 100 is approximately higher than the uppermost surface L3 of the carbon current collector, which is a cathode conductive material impregnated with sulfur as a cathode active material in the cathode chamber. It came to be 40mm higher.

【0031】電池の製作過程で、正極室の正極活物質で
ある硫黄を含浸した正極導電材である炭素集電体の最上
面L3より5mm上の固体電解質管1の外壁面において、
長さ約5mmのキズを付けて電池を作製した。
In the process of manufacturing the battery, on the outer wall surface of the solid electrolyte tube 1 5 mm above the uppermost surface L3 of the carbon current collector, which is a cathode conductive material impregnated with sulfur as the cathode active material in the cathode chamber,
A battery having a length of about 5 mm was made to prepare a battery.

【0032】この電池を電気炉に入れて、10時間で3
30℃まで昇温し、1時間保持した後、30Aの電流で
8時間放電し、電流を止めて4時間保持し、24Aの電
流で10時間充電し、電流を止めて3時間保持するとい
う一連の操作を5回繰り返した後、2.5V の電圧で5
時間充電して電池をほぼ100充電の状態にした後、電
池に機械的な衝撃を加えて、固体電解質管の破損を促
し、その際に電池が破壊するか否かを調べた。固体電解
質管の破損部分の開口部が十分大きい場合には、約20
cm3 の液体ナトリウムが正極室に流れ込むようにした。
This battery was placed in an electric furnace, and 3 hours in 10 hours.
After heating to 30 ° C. and holding for 1 hour, discharging at 30 A current for 8 hours, stopping current for 4 hours, charging at 24 A current for 10 hours, stopping current and holding for 3 hours After repeating the above operation 5 times, 2.5 V
After charging for about 100 hours to charge the battery, a mechanical shock was applied to the battery to promote breakage of the solid electrolyte tube, and it was examined whether the battery was broken at that time. If the opening of the broken part of the solid electrolyte tube is sufficiently large, about 20
cm 3 of liquid sodium was allowed to flow into the cathode compartment.

【0033】100本製作した電池のうち、30本は昇
温途中で破損し、内部のナトリウムや硫黄が電池外部に
大量に漏洩していた。残りの70本に330℃で機械的
な衝撃を加えたところ、52本は爆発的に電池の破壊が
起こり、電池の上部約1/3の部分は金属部分が融けて
いた。また、12本の電池は破壊し、正負極絶縁用α−
アルミナリング2と正極容器3の間に大きな剥離を生じ
て、電池内部の活物質が大量に漏洩していた。残りの6
本の電池は破損に至ることはなかったが、機械的衝撃を
与えた直後から電池温度が急激に上昇し始めて、最高温
度が400℃〜550℃程度まで上昇した。
Of the 100 batteries manufactured, 30 were damaged during the temperature rise, and a large amount of sodium and sulfur inside leaked out of the battery. When a mechanical shock was applied to the remaining 70 batteries at 330 ° C., 52 batteries exploded explosively, and the metal portion was melted in about the upper third of the battery. In addition, 12 batteries were broken, and α-
Large separation occurred between the alumina ring 2 and the positive electrode container 3, and a large amount of active material inside the battery leaked. Remaining 6
The battery did not break, but immediately after the mechanical shock, the battery temperature began to rise sharply, and the maximum temperature rose to about 400 to 550 ° C.

【0034】これらのことから、従来のナトリウム−硫
黄電池の構造では、ほぼ100%近い充電状態で、固体
電解質管の上部に破損が起こると、電池が爆発的に破壊
するという安全上の大きな問題があることが分かった。
From these facts, in the structure of the conventional sodium-sulfur battery, if the upper portion of the solid electrolyte tube is damaged in a charged state of almost 100%, the battery is explosively destroyed. It turned out that there was.

【0035】[比較例2]図15に示す構造のナトリウ
ム−硫黄電池を100本作製した。固体電解質管1の材
質はβ″−アルミナ,正極容器3,負極容器4,安全管
6,負極キャップ7,ナトリウム注入管8,正極キャッ
プ11の材質はSUS310S ,正極端子12,負極端子13
の材質はアルミニウム金属とした。
Comparative Example 2 100 sodium-sulfur batteries having the structure shown in FIG. 15 were manufactured. The material of the solid electrolyte tube 1 is β ″ -alumina, the positive electrode container 3, the negative electrode container 4, the safety tube 6, the negative electrode cap 7, the sodium injection tube 8, the material of the positive electrode cap 11 are SUS310S, the positive electrode terminal 12, and the negative electrode terminal 13.
Was made of aluminum metal.

【0036】安全管6の内部の上部空間には安全管内の
ナトリウムを押し出すためにアルゴンガスが封入されて
いる。安全管6の外径は固体電解質管1の内径より1mm
小さくなるようにした。安全管6の底には、液体ナトリ
ウムの供給のために直径0.10mmの孔を2つ空けた。
The upper space inside the safety pipe 6 is filled with argon gas for pushing out sodium in the safety pipe. The outer diameter of the safety tube 6 is 1 mm from the inner diameter of the solid electrolyte tube 1.
I made it smaller. At the bottom of the safety tube 6, two holes having a diameter of 0.10 mm were provided for supplying liquid sodium.

【0037】電池が100充電された状態での安全管外
部のナトリウム液面高さL2は、正極室の正極活物質で
ある硫黄を含浸した正極導電材である炭素集電体の最上
面L3より約40mm高い位置に来るようにした。
The sodium liquid level L2 outside the safety tube when the battery is charged 100 times is higher than the uppermost surface L3 of the carbon current collector, which is a cathode conductive material impregnated with sulfur as a cathode active material in the cathode chamber. It was about 40mm higher.

【0038】電池の製作過程で、固体電解質管1の外壁
面の正極室の正極活物質である硫黄を含浸した正極導電
材である炭素集電体の最上面L3より5mm上の位置に、
長さ約5mmのキズを付けて電池を作製した。
In the process of manufacturing the battery, a position 5 mm above the top surface L3 of the carbon collector, which is a cathode conductive material impregnated with sulfur, which is a cathode active material, in the cathode chamber on the outer wall surface of the solid electrolyte tube 1,
A battery having a length of about 5 mm was made to prepare a battery.

【0039】この電池を電気炉に入れて、10時間で3
30℃まで昇温し、1時間保持した後、30Aの電流で
8時間放電し、電流を止めて4時間保持し、24Aの電
流で10時間充電し、電流を止めて3時間保持するとい
う一連の操作を5回繰り返した後、2.5V の電圧で5
時間充電して電池をほぼ100充電の状態にした後、電
池に機械的な衝撃を加えて、固体電解質管の破損を促
し、その際に電池が破壊するか否かを調べた。固体電解
質管の破損部分の開口部が十分大きい場合には、約10
cm3 の液体ナトリウムが正極室に流れ込むようになって
いる。
This battery was placed in an electric furnace,
After heating to 30 ° C. and holding for 1 hour, discharging at 30 A current for 8 hours, stopping current for 4 hours, charging at 24 A current for 10 hours, stopping current and holding for 3 hours After repeating the above operation 5 times, 2.5 V
After charging for about 100 hours to charge the battery, a mechanical shock was applied to the battery to promote breakage of the solid electrolyte tube, and it was examined whether the battery was broken at that time. If the opening of the broken part of the solid electrolyte tube is sufficiently large, about 10
cm 3 of liquid sodium flows into the cathode compartment.

【0040】100本製作した電池のうち、27本は昇
温途中で破損し、内部のナトリウムや硫黄が電池外部に
大量に漏洩していた。残りの73本に330℃で機械的
な衝撃を加えたところ、43本は爆発的に電池の破壊が
起こり、電池の上部約1/3の部分は金属部分が融けて
いた。また、21本の電池は破壊し、正負極絶縁用α−
アルミナリング2と正極容器3の間に大きな剥離を生じ
て、電池内部の活物質が大量に漏洩していた。残りの9
本の電池は破損に至ることはなかったが、機械的衝撃を
与えた直後から電池温度が急激に上昇し始めて、最高温
度が400℃〜550℃程度まで上昇した。
Of the 100 batteries manufactured, 27 were damaged during the temperature rise, and a large amount of sodium and sulfur inside leaked out of the battery. When a mechanical shock was applied to the remaining 73 batteries at 330 ° C., 43 batteries explosively destroyed the battery, and the metal portion was melted in about the upper third of the battery. In addition, 21 batteries were destroyed, and α-
Large separation occurred between the alumina ring 2 and the positive electrode container 3, and a large amount of active material inside the battery leaked. 9 remaining
The battery did not break, but immediately after the mechanical shock, the battery temperature began to rise sharply, and the maximum temperature rose to about 400 to 550 ° C.

【0041】これらのことから、ナトリウム流量制限リ
ング14やナトリウム流量制限マット15,ナトリウム
保持材16,ナトリウム流量制限マット17,ナトリウ
ム流量制限板18,ナトリウム流量制限管19等を設け
ない従来のナトリウム−硫黄電池の構造では、ほぼ10
0%近い充電状態で、固体電解質管の上部に破損が起こ
ると、電池が爆発的に破壊するという安全上の大きな問
題があることが分かる。
From these facts, it can be seen that the conventional sodium-free filter without the sodium flow restriction ring 14, the sodium flow restriction mat 15, the sodium retaining material 16, the sodium flow restriction mat 17, the sodium flow restriction plate 18, the sodium flow restriction tube 19, etc. In the structure of a sulfur battery, almost 10
It can be seen that there is a serious safety problem that the battery is explosively destroyed if the upper portion of the solid electrolyte tube is damaged in a charged state of nearly 0%.

【0042】[実施例1]比較例2で作製した電池と同
じ構造で、図3に示すようにナトリウム流量制限リング
14を追加したナトリウム−硫黄電池を100本作製し
た。ナトリウム流量制限リング14には炭素を押し固め
たものを使用し、外径は正極容器の内面の径と同じ、リ
ング孔の径は固体電解質管1の外径と同じ径、厚さは3
mmとした。電池のその他の条件は比較例2で作製した電
池と同じにした。従って電池が100充電された状態での
安全管外部のナトリウム液面高さも、正極室の正極活物
質である硫黄を含浸した正極導電材である炭素集電体の
最上面より約40mm高い位置に来る。
Example 1 One hundred sodium-sulfur batteries having the same structure as the battery fabricated in Comparative Example 2 and having a sodium flow restricting ring 14 added as shown in FIG. 3 were fabricated. The sodium flow restricting ring 14 is formed by compacting carbon, the outer diameter is the same as the inner diameter of the positive electrode container, the diameter of the ring hole is the same as the outer diameter of the solid electrolyte tube 1, and the thickness is 3
mm. Other conditions of the battery were the same as those of the battery manufactured in Comparative Example 2. Therefore, the sodium liquid level outside the safety tube when the battery is charged 100 is also about 40 mm higher than the top surface of the carbon collector, which is a cathode conductive material impregnated with sulfur as the cathode active material in the cathode chamber. come.

【0043】この電池を電気炉に入れて、10時間で3
30℃まで昇温し、1時間保持した後、30Aの電流で
8時間放電し、電流を止めて4時間保持し、24Aの電
流で10時間充電し、電流を止めて3時間保持するとい
う一連の操作を5回繰り返した後、2.5V の電圧で5
時間充電して電池をほぼ100充電の状態にした後、電
池に機械的な衝撃を加えて、固体電解質管の破損を促
し、その際に電池が破壊するか否かを調べた。
This battery was placed in an electric furnace,
After heating to 30 ° C. and holding for 1 hour, discharging at 30 A current for 8 hours, stopping current for 4 hours, charging at 24 A current for 10 hours, stopping current and holding for 3 hours After repeating the above operation 5 times, 2.5 V
After charging for about 100 hours to charge the battery, a mechanical shock was applied to the battery to promote breakage of the solid electrolyte tube, and it was examined whether the battery was broken at that time.

【0044】100本製作した電池のうち、28本は昇
温途中で昇温速度のトレンドより大きな温度上昇が見ら
れたが、電池の外見には変化は見られなかった。その他
の72本については、330℃で機械的な衝撃を加えた
直後から電池温度がゆっくり上昇し始めて、最高温度が
380℃〜450℃程度まで上昇した。
Of the 100 batteries manufactured, 28 batteries showed a temperature rise greater than the trend of the temperature rise rate during the temperature rise, but no change was observed in the appearance of the batteries. For the other 72 batteries, the battery temperature began to rise slowly immediately after the application of the mechanical shock at 330 ° C., and the maximum temperature rose to about 380 ° C. to 450 ° C.

【0045】これらのことから、ナトリウム流量制限リ
ング14を用いることで、ほぼ100%近い充電状態で、
固体電解質管の上部に破損が起こった場合でも、電池が
爆発的に破壊することが防止できることが分かる。
From these facts, by using the sodium flow restricting ring 14, it is possible to obtain a nearly 100% charged state,
It can be seen that even if the upper portion of the solid electrolyte tube is damaged, the battery can be prevented from being explosively destroyed.

【0046】[実施例2]比較例2で作製した電池と同
じ構造で、図4に示すようにナトリウム流量制限マット
15を追加したナトリウム−硫黄電池を100本作製し
た。ナトリウム流量制限マット15には炭素繊維を密に
編んだマット状のものを使用し、外径は正極容器の内面
の径より4mm大きく、リング孔の径は固体電解質管1の
外径より4mm小さい径、厚さは10mmとした。電池のそ
の他の条件は比較例2で作製した電池と同じにした。
Example 2 100 sodium-sulfur batteries having the same structure as the battery fabricated in Comparative Example 2 and having a sodium flow rate limiting mat 15 added thereto were fabricated as shown in FIG. The sodium flow rate limiting mat 15 is a mat-like material in which carbon fibers are densely knitted. The outer diameter is 4 mm larger than the inner diameter of the positive electrode container, and the ring hole diameter is 4 mm smaller than the outer diameter of the solid electrolyte tube 1. The diameter and thickness were 10 mm. Other conditions of the battery were the same as those of the battery manufactured in Comparative Example 2.

【0047】この電池を電気炉に入れて、10時間で3
30℃まで昇温し、1時間保持した後、30Aの電流で
8時間放電し、電流を止めて4時間保持し、24Aの電
流で10時間充電し、電流を止めて3時間保持するとい
う一連の操作を5回繰り返した後、2.5V の電圧で5
時間充電して電池をほぼ100充電の状態にした後、電
池に機械的な衝撃を加えて、固体電解質管の破損を促
し、その際に電池が破壊するか否かを調べた。
The battery was placed in an electric furnace,
After heating to 30 ° C. and holding for 1 hour, discharging at 30 A current for 8 hours, stopping current for 4 hours, charging at 24 A current for 10 hours, stopping current and holding for 3 hours After repeating the above operation 5 times, 2.5 V
After charging for about 100 hours to charge the battery, a mechanical shock was applied to the battery to promote breakage of the solid electrolyte tube, and it was examined whether the battery was broken at that time.

【0048】100本製作した電池のうち、31本は昇
温途中で昇温速度のトレンドより大きな温度上昇が見ら
れたが、電池の外見には変化は見られなかった。その他
の69本については、330℃で機械的な衝撃を加えた
直後から電池温度がゆっくり上昇し始めて、最高温度が
380℃〜450℃程度まで上昇した。
Of the 100 batteries manufactured, 31 batteries showed a temperature rise during the temperature rise that was greater than the trend of the rate of temperature rise, but the appearance of the batteries did not change. As for the other 69 batteries, the battery temperature started to rise slowly immediately after the application of the mechanical shock at 330 ° C., and the maximum temperature rose to about 380 ° C. to 450 ° C.

【0049】これらのことから、ナトリウム流量制限マ
ット15を用いることで、ほぼ100%近い充電状態で、
固体電解質管の上部に破損が起こった場合でも、電池が
爆発的に破壊することが防止できることが分かる。
From these facts, by using the sodium flow rate limiting mat 15, the charged state is almost 100%.
It can be seen that even if the upper portion of the solid electrolyte tube is damaged, the battery can be prevented from being explosively destroyed.

【0050】[実施例3]比較例2で作製した電池と同
じ構造で、図5に示すようにナトリウム保持材16を追
加したナトリウム−硫黄電池を100本作製した。ナト
リウム保持材16にはSUS304の繊維を密に編んだSUS
ウールを使用した。SUS304は、Naと親和性の高い物質
である。電池のその他の条件は比較例2で作製した電池
と同じにした。
Example 3 As shown in FIG. 5, 100 sodium-sulfur batteries having the same structure as that of the battery fabricated in Comparative Example 2 and having a sodium retaining material 16 added thereto were fabricated. SUS made of SUS304 fiber densely knitted for sodium retaining material 16
Wool was used. SUS304 is a substance having a high affinity for Na. Other conditions of the battery were the same as those of the battery manufactured in Comparative Example 2.

【0051】この電池を電気炉に入れて、10時間で3
30℃まで昇温し、1時間保持した後、30Aの電流で
8時間放電し、電流を止めて4時間保持し、24Aの電
流で10時間充電し、電流を止めて3時間保持するとい
う一連の操作を5回繰り返した後、2.5V の電圧で5
時間充電して電池をほぼ100充電の状態にした後、電
池に機械的な衝撃を加えて、固体電解質管の破損を促
し、その際に電池が破壊するか否かを調べた。
This battery was placed in an electric furnace,
After heating to 30 ° C. and holding for 1 hour, discharging at 30 A current for 8 hours, stopping current for 4 hours, charging at 24 A current for 10 hours, stopping current and holding for 3 hours After repeating the above operation 5 times, 2.5 V
After charging for about 100 hours to charge the battery, a mechanical shock was applied to the battery to promote breakage of the solid electrolyte tube, and it was examined whether the battery was broken at that time.

【0052】100本製作した電池のうち、29本は昇
温途中で昇温速度のトレンドより大きな温度上昇が見ら
れたが、電池の外見には変化は見られなかった。その他
の71本については、330℃で機械的な衝撃を加えた
直後から電池温度がゆっくり上昇し始めて、最高温度が
380℃〜450℃程度まで上昇した。
Of the 100 batteries manufactured, 29 batteries showed a temperature rise during the temperature rise that was greater than the trend of the temperature rise rate, but no change was observed in the appearance of the batteries. As for the other 71 batteries, the battery temperature began to rise slowly immediately after the application of the mechanical shock at 330 ° C., and the maximum temperature rose to about 380 ° C. to 450 ° C.

【0053】これらのことから、ナトリウム保持材16
を用いることで、ほぼ100%近い充電状態で、固体電
解質管の上部に破損が起こった場合でも、電池が爆発的
に破壊することが防止できることが分かる。
From these facts, the sodium holding material 16
It can be seen that the use of a battery can prevent explosive destruction of the battery even when the upper portion of the solid electrolyte tube is damaged in a charged state of almost 100%.

【0054】[実施例4]比較例2で作製した電池と同
じ構造で、図6に示すようにナトリウム流量制限マット
17を追加したナトリウム−硫黄電池を100本作製し
た。流量制限マット17にはアルミニウム繊維を密に編
んだものを使用した。電池のその他の条件は比較例2で
作製した電池と同じにした。
Example 4 100 sodium-sulfur batteries having the same structure as the battery fabricated in Comparative Example 2 and having a sodium flow rate limiting mat 17 added thereto were fabricated as shown in FIG. The flow limiting mat 17 used was a densely woven aluminum fiber. Other conditions of the battery were the same as those of the battery manufactured in Comparative Example 2.

【0055】この電池を電気炉に入れて、10時間で3
30℃まで昇温し、1時間保持した後、30Aの電流で
8時間放電し、電流を止めて4時間保持し、24Aの電
流で10時間充電し、電流を止めて3時間保持するとい
う一連の操作を5回繰り返した後、2.5V の電圧で5
時間充電して電池をほぼ100充電の状態にした後、電
池に機械的な衝撃を加えて、固体電解質管の破損を促
し、その際に電池が破壊するか否かを調べた。
This battery was placed in an electric furnace,
After heating to 30 ° C. and holding for 1 hour, discharging at 30 A current for 8 hours, stopping current for 4 hours, charging at 24 A current for 10 hours, stopping current and holding for 3 hours After repeating the above operation 5 times, 2.5 V
After charging for about 100 hours to charge the battery, a mechanical shock was applied to the battery to promote breakage of the solid electrolyte tube, and it was examined whether the battery was broken at that time.

【0056】100本製作した電池のうち、30本は昇
温途中で昇温速度のトレンドより大きな温度上昇が見ら
れたが、電池の外見には変化は見られなかった。その他
の70本については、330℃で機械的な衝撃を加えた
直後から電池温度がゆっくり上昇し始めて、最高温度が
380℃〜450℃程度まで上昇した。
Of the 100 batteries produced, 30 batteries showed a temperature rise during the temperature rise that was greater than the trend of the rate of temperature rise, but no change was seen in the appearance of the batteries. As for the other 70 batteries, the battery temperature began to rise slowly immediately after the application of the mechanical shock at 330 ° C., and the maximum temperature rose to about 380 ° C. to 450 ° C.

【0057】これらのことから、ナトリウム流量制限マ
ット17を用いることで、ほぼ100%近い充電状態で、
固体電解質管の上部に破損が起こった場合でも、電池が
爆発的に破壊することが防止できることが分かる。
From these facts, by using the sodium flow rate limiting mat 17, the charged state is almost 100%.
It can be seen that even if the upper portion of the solid electrolyte tube is damaged, the battery can be prevented from being explosively destroyed.

【0058】[実施例5]比較例2で作製した電池と同
じ構造で、図7及び図8に示すようにナトリウム流量制
限板18を追加したナトリウム−硫黄電池を100本作
製した。流量制限板18には厚さ0.1mm のSUS304の薄
板を使用した。流量制限板18の最上位の高さは、電池
の100%充電時の負極室の液体ナトリウムの液面より
10mm高くなるようにした。電池のその他の条件は比較
例2で作製した電池と同じにした。この電池を電気炉に
入れて、10時間で330℃まで昇温し、1時間保持し
た後、30Aの電流で8時間放電し、電流を止めて4時
間保持し、24Aの電流で10時間充電し、電流を止め
て3時間保持するという一連の操作を5回繰り返した
後、2.5V の電圧で5時間充電して電池をほぼ100
充電の状態にした後、電池に機械的な衝撃を加えて、固
体電解質管の破損を促し、その際に電池が破壊するか否
かを調べた。
Example 5 One hundred sodium-sulfur batteries having the same structure as the battery fabricated in Comparative Example 2 and having a sodium flow restricting plate 18 added thereto as shown in FIGS. 7 and 8 were fabricated. As the flow rate limiting plate 18, a thin plate of SUS304 having a thickness of 0.1 mm was used. The uppermost height of the flow rate limiting plate 18 was set to be 10 mm higher than the liquid level of the liquid sodium in the negative electrode chamber when the battery was charged 100%. Other conditions of the battery were the same as those of the battery manufactured in Comparative Example 2. The battery was placed in an electric furnace, heated to 330 ° C. in 10 hours, maintained for 1 hour, discharged for 8 hours with a current of 30 A, stopped for 4 hours, and charged for 10 hours with a current of 24 A Then, a series of operations of stopping the current and holding the current for 3 hours was repeated five times, and then charged at a voltage of 2.5 V for 5 hours to charge the battery for approximately 100 hours.
After the battery was charged, a mechanical shock was applied to the battery to promote breakage of the solid electrolyte tube, and it was examined whether or not the battery was broken at that time.

【0059】100本製作した電池のうち、31本は昇
温途中で昇温速度のトレンドより大きな温度上昇が見ら
れたが、電池の外見には変化は見られなかった。その他
の69本については、330℃で機械的な衝撃を加えた
直後から電池温度がゆっくり上昇し始めて、最高温度が
380℃〜450℃程度まで上昇した。
Of the 100 batteries manufactured, 31 batteries showed a temperature rise greater than the trend of the temperature rise rate during the temperature rise, but the appearance of the batteries did not change. As for the other 69 batteries, the battery temperature started to rise slowly immediately after the application of the mechanical shock at 330 ° C., and the maximum temperature rose to about 380 ° C. to 450 ° C.

【0060】これらのことから、ナトリウム流量制限板
18を用いることで、ほぼ100%近い充電状態で、固
体電解質管の上部に破損が起こった場合でも、電池が爆
発的に破壊することが防止できることが分かる。
From these facts, it can be seen that the use of the sodium flow rate limiting plate 18 prevents the battery from being explosively destroyed even when the upper portion of the solid electrolyte tube is damaged in a charged state of almost 100%. I understand.

【0061】[実施例6]比較例2で作製した電池と同
様の構造で、図11及び図12に示すようにナトリウム
流量制限管19を追加したナトリウム−硫黄電池を10
0本作製した。但し、安全管6と固体電解質管1の間に
ナトリウム流量制限管19を追加挿入する必要があるの
で、安全管6の外径は固体電解質管1の内径より2.8m
m 小さくなるようにした。
Example 6 A sodium-sulfur battery having the same structure as that of the battery fabricated in Comparative Example 2 and adding a sodium flow restricting tube 19 as shown in FIGS.
0 were produced. However, since it is necessary to additionally insert a sodium flow restriction pipe 19 between the safety pipe 6 and the solid electrolyte pipe 1, the outer diameter of the safety pipe 6 is 2.8 m from the inner diameter of the solid electrolyte pipe 1.
m was made smaller.

【0062】有底円筒状のナトリウム流量制限管19は
SUS304製で厚さ1mmとした。ナトリウム流量制限管19
の最上位の高さは、電池の100%充電時の負極室の液
体ナトリウムの液面より10mm高くなるようにした。ま
た、ナトリウム流量制限管19には、電池放電末の負極
室内の液体ナトリウムの液面の高さより20mm低い位置
に直径0.1mm の孔を2つ設けた。その他の電池の条件
は比較例2で作製した電池と同じにした。
The bottomed cylindrical sodium flow restricting tube 19 is
It was made of SUS304 and had a thickness of 1 mm. Sodium flow restriction tube 19
Was set to be 10 mm higher than the liquid level of liquid sodium in the negative electrode chamber at the time of 100% charging of the battery. The sodium flow restriction tube 19 was provided with two holes having a diameter of 0.1 mm at a position 20 mm lower than the level of the liquid sodium in the negative electrode chamber at the end of the battery discharge. Other battery conditions were the same as those of the battery manufactured in Comparative Example 2.

【0063】この電池を電気炉に入れて、10時間で3
30℃まで昇温し、1時間保持した後、30Aの電流で
8時間放電し、電流を止めて4時間保持し、24Aの電
流で10時間充電し、電流を止めて3時間保持するとい
う一連の操作を5回繰り返した後、2.5V の電圧で5
時間充電して電池をほぼ100充電の状態にした後、電
池に機械的な衝撃を加えて、固体電解質管の破損を促
し、その際に電池が破壊するか否かを調べた。
This battery was placed in an electric furnace,
After heating to 30 ° C. and holding for 1 hour, discharging at 30 A current for 8 hours, stopping current for 4 hours, charging at 24 A current for 10 hours, stopping current and holding for 3 hours After repeating the above operation 5 times, 2.5 V
After charging for about 100 hours to charge the battery, a mechanical shock was applied to the battery to promote breakage of the solid electrolyte tube, and it was examined whether the battery was broken at that time.

【0064】100本製作した電池のうち、28本は昇
温途中で昇温速度のトレンドより大きな温度上昇が見ら
れたが、電池の外見には変化は見られなかった。その他
の72本については、330℃で機械的な衝撃を加えた
直後から電池温度がゆっくり上昇し始めて、最高温度が
380℃〜450℃程度まで上昇した。
Of the 100 batteries manufactured, 28 batteries showed a temperature rise during the temperature rise that was greater than the trend of the temperature rise rate, but no change was observed in the appearance of the batteries. For the other 72 batteries, the battery temperature began to rise slowly immediately after the application of the mechanical shock at 330 ° C., and the maximum temperature rose to about 380 ° C. to 450 ° C.

【0065】これらのことから、ナトリウム流量制限管
19を用いることで、ほぼ100%近い充電状態で、固
体電解質管の上部に破損が起こった場合でも、電池が爆
発的に破壊することが防止できることが分かる。
From these facts, it can be seen that the use of the sodium flow restricting tube 19 can prevent the battery from being explosively destroyed even when the upper portion of the solid electrolyte tube is damaged in a charged state of almost 100%. I understand.

【0066】[実施例7]比較例2で作製した電池と同
様の構造で、図13に示すようなナトリウム流量制限管
19を追加したナトリウム−硫黄電池を100本作製し
た。但し、安全管6と固体電解質管1の間にナトリウム
流量制限管19を追加挿入する必要があるので、安全管
6の外径は固体電解質管1の内径より2.8mm 小さくな
るようにした。
Example 7 One hundred sodium-sulfur batteries having the same structure as that of the battery fabricated in Comparative Example 2 and adding a sodium flow restricting tube 19 as shown in FIG. 13 were fabricated. However, since it is necessary to additionally insert a sodium flow restricting pipe 19 between the safety pipe 6 and the solid electrolyte pipe 1, the outer diameter of the safety pipe 6 is made 2.8 mm smaller than the inner diameter of the solid electrolyte pipe 1.

【0067】有底円筒状のナトリウム流量制限管19は
SUS304 製で厚さ0.8mmとし、上端部は全周を安全管6
に溶接した。ナトリウム流量制限管19には電池の10
0%充電時の負極室の液体ナトリウムの液面より10mm
高くなる位置に直径1mmの孔を2つ、また電池放電末の
負極室内の液体ナトリウムの液面の高さより20mm低い
位置に直径0.1mm の孔を2つ設けた。その他の電池の
条件は比較例2で作製した電池と同じにした。
The bottomed cylindrical sodium flow restricting tube 19 is
It is made of SUS304 and has a thickness of 0.8 mm.
Welded. The sodium flow restriction tube 19 has a 10
10mm from the liquid level of liquid sodium in the negative electrode chamber at 0% charge
Two holes having a diameter of 1 mm were provided at a higher position, and two holes having a diameter of 0.1 mm were provided at a position lower by 20 mm than the level of liquid sodium in the negative electrode chamber at the end of discharge of the battery. Other battery conditions were the same as those of the battery manufactured in Comparative Example 2.

【0068】この電池を電気炉に入れて、10時間で3
30℃まで昇温し、1時間保持した後、30Aの電流で
8時間放電し、電流を止めて4時間保持し、24Aの電
流で10時間充電し、電流を止めて3時間保持するとい
う一連の操作を5回繰り返した後、2.5V の電圧で5
時間充電して電池をほぼ100充電の状態にした後、電
池に機械的な衝撃を加えて、固体電解質管の破損を促
し、その際に電池が破壊するか否かを調べた。
This battery was placed in an electric furnace,
After heating to 30 ° C. and holding for 1 hour, discharging at 30 A current for 8 hours, stopping current for 4 hours, charging at 24 A current for 10 hours, stopping current and holding for 3 hours After repeating the above operation 5 times, 2.5 V
After charging for about 100 hours to charge the battery, a mechanical shock was applied to the battery to promote breakage of the solid electrolyte tube, and it was examined whether the battery was broken at that time.

【0069】100本製作した電池のうち、33本は昇
温途中で昇温速度のトレンドより大きな温度上昇が見ら
れたが、電池の外見には変化は見られなかった。その他
の67本については、330℃で機械的な衝撃を加えた
直後から電池温度がゆっくり上昇し始めて、最高温度が
380℃〜450℃程度まで上昇した。
Of the 100 batteries manufactured, 33 batteries showed a temperature rise during the temperature rise that was greater than the trend of the temperature rise rate, but no change was observed in the appearance of the batteries. With respect to the other 67 batteries, the battery temperature started to rise slowly immediately after the application of the mechanical shock at 330 ° C., and the maximum temperature rose to about 380 ° C. to 450 ° C.

【0070】これらのことから、ナトリウム流量制限管
19を用いることで、ほぼ100%近い充電状態で、固
体電解質管の上部に破損が起こった場合でも、電池が爆
発的に破壊することが防止できることが分かる。
From these facts, it can be seen that the use of the sodium flow restriction tube 19 can prevent the battery from being explosively destroyed even when the upper portion of the solid electrolyte tube is damaged in a charged state of almost 100%. I understand.

【0071】[実施例8]比較例1で作製した電池と同
様の構造で、図14に示すようにナトリウム流量制限管
19を追加したナトリウム−硫黄電池を100本作製し
た。但し、安全管6と固体電解質管1の間にナトリウム
流量制限管19を追加挿入する必要があるので、安全管
6の外径は固体電解質管1の内径より2.8mm 小さくな
るようにした。
Example 8 One hundred sodium-sulfur batteries having the same structure as the battery manufactured in Comparative Example 1 and having a sodium flow restricting tube 19 added as shown in FIG. 14 were manufactured. However, since it is necessary to additionally insert a sodium flow restricting pipe 19 between the safety pipe 6 and the solid electrolyte pipe 1, the outer diameter of the safety pipe 6 is made 2.8 mm smaller than the inner diameter of the solid electrolyte pipe 1.

【0072】有底円筒状のナトリウム流量制限管19は
SUS304製で厚さ1mmとした。ナトリウム流量制限管19
の最上位の高さは、電池の100%充電時の負極室の液
体ナトリウムの液面より10mm高くなるようにした。ナ
トリウム流量制限管19には、電池放電末の負極室内の
液体ナトリウムの液面の高さより40mm低い位置に直径
0.1mm の孔を2つ設けた。その他の電池の条件は比較
例2で作製した電池と同じにした。
The bottomed cylindrical sodium flow restricting tube 19 is
It was made of SUS304 and had a thickness of 1 mm. Sodium flow restriction tube 19
Was set to be 10 mm higher than the liquid level of liquid sodium in the negative electrode chamber at the time of 100% charging of the battery. The sodium flow restricting tube 19 was provided with two holes having a diameter of 0.1 mm at a position 40 mm lower than the level of the liquid sodium in the negative electrode chamber at the end of the battery discharge. Other battery conditions were the same as those of the battery manufactured in Comparative Example 2.

【0073】この電池を電気炉に入れて、10時間で3
30℃まで昇温し、1時間保持した後、30Aの電流で
8時間放電し、電流を止めて4時間保持し、24Aの電
流で10時間充電し、電流を止めて3時間保持するとい
う一連の操作を5回繰り返した後、2.5V の電圧で5
時間充電して電池をほぼ100充電の状態にした後、電
池に機械的な衝撃を加えて、固体電解質管の破損を促
し、その際に電池が破壊するか否かを調べた。
This battery was placed in an electric furnace,
After heating to 30 ° C. and holding for 1 hour, discharging at 30 A current for 8 hours, stopping current for 4 hours, charging at 24 A current for 10 hours, stopping current and holding for 3 hours After repeating the above operation 5 times, 2.5 V
After charging for about 100 hours to charge the battery, a mechanical shock was applied to the battery to promote breakage of the solid electrolyte tube, and it was examined whether the battery was broken at that time.

【0074】100本製作した電池のうち、30本は昇
温途中で昇温速度のトレンドより大きな温度上昇が見ら
れたが、電池の外見には変化は見られなかった。その他
の70本については、330℃で機械的な衝撃を加えた
直後から電池温度がゆっくり上昇し始めて、最高温度が
380℃〜450℃程度まで上昇した。
Of the 100 batteries manufactured, 30 batteries showed a temperature rise during the temperature rise that was greater than the trend of the rate of temperature rise, but no change was seen in the appearance of the batteries. As for the other 70 batteries, the battery temperature began to rise slowly immediately after the application of the mechanical shock at 330 ° C., and the maximum temperature rose to about 380 ° C. to 450 ° C.

【0075】これらのことから、電池の基本的構造が異
なっても、ナトリウム流量制限管19を用いることで、
ほぼ100%近い充電状態で、固体電解質管の上部に破
損が起こった場合でも、電池が爆発的に破壊することが
防止できることが分かる。比較例1及び比較例2の結果
から分かるように、従来のナトリウム−硫黄電池では電
池の最初の昇温後、或いは100%に近い状態まで充電
された状態の時に、固体電解質管の上部に破損が起こる
と、非常に高い確率で電池が激しく破壊し、実用上の安
全性が不十分であることが分かる。
From these facts, even if the basic structure of the battery is different, by using the sodium flow restricting tube 19,
It can be seen that the battery can be prevented from being explosively destroyed even when the upper portion of the solid electrolyte tube is damaged in a charged state of almost 100%. As can be seen from the results of Comparative Examples 1 and 2, in the conventional sodium-sulfur battery, after the first temperature rise of the battery or when the battery was charged to a state close to 100%, the upper part of the solid electrolyte tube was damaged. When this occurs, the battery is severely destroyed with a very high probability, indicating that the practical safety is insufficient.

【0076】実施例1から8で示したように、本発明に
よるナトリウム−硫黄電池では、固体電解質管が破損し
ても電池が破壊に至ることはなく、従来のナトリウム−
硫黄電池に比較して格段に安全性が高まっていることが
分かる。
As shown in Examples 1 to 8, in the sodium-sulfur battery according to the present invention, even if the solid electrolyte tube is broken, the battery does not break down.
It can be seen that the safety is much higher than that of the sulfur battery.

【0077】[0077]

【発明の効果】本発明によれば、安全性が高いナトリウ
ム−硫黄電池を得ることができる。
According to the present invention, a highly safe sodium-sulfur battery can be obtained.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の比較例のナトリウム−硫黄電池の構造
を表す図。
FIG. 1 is a diagram showing a structure of a sodium-sulfur battery of a comparative example of the present invention.

【図2】ナトリウム−硫黄電池の充放電に伴う液体ナト
リウムの液面高さの変動を模式的に示す図。
FIG. 2 is a diagram schematically showing a change in liquid level of liquid sodium caused by charging and discharging of a sodium-sulfur battery.

【図3】本発明の実施例のナトリウム流量制限リングを
使用した電池の構造を示す図。
FIG. 3 is a diagram showing a structure of a battery using a sodium flow rate limiting ring according to an embodiment of the present invention.

【図4】本発明の実施例のナトリウム流量制限マットを
使用した電池の構造を示す図。
FIG. 4 is a diagram showing the structure of a battery using a sodium flow rate limiting mat according to an embodiment of the present invention.

【図5】本発明の実施例のナトリウム保持材を使用した
電池の構造を示す図。
FIG. 5 is a diagram showing a structure of a battery using the sodium retaining material of the example of the present invention.

【図6】本発明の実施例のナトリウム流量制限マットを
使用した電池の構造を示す図。
FIG. 6 is a diagram showing a structure of a battery using a sodium flow rate limiting mat of an example of the present invention.

【図7】本発明の実施例のナトリウム流量制限板を使用
した電池の構造を示す図。
FIG. 7 is a diagram showing a structure of a battery using a sodium flow rate limiting plate according to an example of the present invention.

【図8】図7に示した本発明の実施例のナトリウム流量
制限リングを使用した電池の横断面構造を示す図。
8 is a view showing a cross-sectional structure of a battery using the sodium flow rate limiting ring of the embodiment of the present invention shown in FIG. 7;

【図9】本発明の実施例のナトリウム流量制限板を使用
した電池に用いるナトリウム流量制限板のバリエーショ
ンの1つを示す図。
FIG. 9 is a view showing one of variations of a sodium flow rate limiting plate used for a battery using the sodium flow rate limiting plate of the embodiment of the present invention.

【図10】本発明の実施例のナトリウム流量制限板を使
用した電池に用いるナトリウム流量制限板の6種類のバ
リエーションを示す図。
FIG. 10 is a view showing six variations of a sodium flow rate limiting plate used in a battery using the sodium flow rate limiting plate of the embodiment of the present invention.

【図11】本発明の実施例のナトリウム流量制限管を使
用した電池の構造を示す図。
FIG. 11 is a diagram showing a structure of a battery using a sodium flow rate restriction tube according to an example of the present invention.

【図12】図11に示した本発明の実施例のナトリウム
流量制限管を使用した電池の横断面構造を示す図。
FIG. 12 is a view showing a cross-sectional structure of a battery using the sodium flow restricting tube of the embodiment of the present invention shown in FIG. 11;

【図13】本発明の実施例のナトリウム流量制限管を使
用した電池の構造を示す図。
FIG. 13 is a view showing a structure of a battery using a sodium flow rate restriction tube according to an example of the present invention.

【図14】本発明の実施例のナトリウム流量制限管を使
用した電池の構造を示す図。
FIG. 14 is a diagram showing a structure of a battery using a sodium flow rate restriction tube according to an example of the present invention.

【図15】本発明の比較例の電池の構造を示す図。FIG. 15 is a diagram showing a structure of a battery according to a comparative example of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…固体電解質管、2…正負極絶縁用α−アルミナリン
グ、3…正極容器、4…負極容器、5…負極活物質ナト
リウム、6…安全管、7…負極キャップ、8…ナトリウ
ム注入管、9…正極活物質硫黄、10…正極導電材炭
素、11…正極キャップ、12…正極端子、13…負極
端子、14…ナトリウム流量制限リング、15,17…
ナトリウム流量制限マット、16…ナトリウム保持材、
18…ナトリウム流量制限板、19…ナトリウム流量制
限管、20…保護管、21…カートリッジ。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Solid electrolyte tube, 2 ... Alpha-alumina ring for positive / negative electrode insulation, 3 ... Positive electrode container, 4 ... Negative electrode container, 5 ... Negative electrode active material sodium, 6 ... Safety tube, 7 ... Negative electrode cap, 8 ... Sodium injection tube, 9: Positive electrode active material sulfur, 10: Positive electrode conductive carbon, 11: Positive electrode cap, 12: Positive electrode terminal, 13: Negative electrode terminal, 14: Sodium flow restricting ring, 15, 17 ...
Sodium flow restriction mat, 16 ... Sodium retention material,
18 ... Sodium flow restricting plate, 19 ... Sodium flow restricting tube, 20 ... Protective tube, 21 ... Cartridge.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 西村 成興 茨城県日立市大みか町七丁目1番1号 株 式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者 小池 清二 茨城県日立市大みか町七丁目1番1号 株 式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者 加茂 友一 茨城県日立市大みか町七丁目1番1号 株 式会社日立製作所日立研究所内 Fターム(参考) 5H029 AJ02 AJ12 AL13 AM15 BJ02 BJ21 CJ04 DJ02 DJ07 DJ11 EJ04 HJ04 HJ06  ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (72) Inventor Seiko Nishimura 7-1-1, Omikacho, Hitachi City, Ibaraki Prefecture Within Hitachi Research Laboratory, Hitachi, Ltd. (72) Inventor Seiji Koike 7, Omikamachi, Hitachi City, Ibaraki Prefecture No. 1-1 Inside Hitachi, Ltd. Hitachi Research Laboratory (72) Inventor Yuichi Kamo 7-1-1, Omika-cho, Hitachi City, Ibaraki Prefecture F-term in Hitachi, Ltd. Hitachi Research Laboratory F-term (reference) 5H029 AJ02 AJ12 AL13 AM15 BJ02 BJ21 CJ04 DJ02 DJ07 DJ11 EJ04 HJ04 HJ06

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】有底筒状の固体電解質管の内側に陰極室、
外側に陽極室を形成し、該陰極室内にはナトリウムを収
納し、該陽極室内には集電を行うためのカーボンと活物
質である硫黄を収容してなるナトリウム−硫黄電池にお
いて、該固体電解質管の内側に該固体電解質管の内径よ
り外径の小さい上部開放の有底筒状の金属製のナトリウ
ム流量制限管と、及び該ナトリウム流量制限管の内側下
部にナトリウム出入り用の孔を形成したナトリウム収納
容器とを持ち、ナトリウム流量制限管の最上端の位置は
陰極室内部のナトリウムの最高液面より高い位置にあ
り、ナトリウムの最低液面より低い位置に孔が空いてい
ることを特徴とするナトリウム−硫黄電池。
A cathode chamber inside a bottomed solid electrolyte tube;
In a sodium-sulfur battery, an anode chamber is formed outside, sodium is stored in the cathode chamber, and carbon for collecting current and sulfur as an active material are stored in the anode chamber. A cylindrical sodium flow-restricting tube with an open bottom having an outer diameter smaller than the inner diameter of the solid electrolyte tube was formed inside the tube and a sodium flow-in / out hole was formed in the lower part inside the sodium flow-restriction tube. It has a sodium storage container, and the uppermost position of the sodium flow restriction tube is located higher than the highest liquid level of sodium inside the cathode chamber, and a hole is provided at a position lower than the lowest liquid level of sodium. Sodium-sulfur battery.
【請求項2】有底筒状の固体電解質管の内側に陰極室、
外側に陽極室を形成し、該陰極室内にはナトリウムを収
納し、該陽極室内には集電を行うためのカーボンと活物
質である硫黄を収容してなるナトリウム−硫黄電池にお
いて、該陰極室内の上部空間部分にナトリウム保持材を
配置したことを特徴とするナトリウム−硫黄電池。
2. A cathode chamber inside a cylindrical solid electrolyte tube having a bottom,
In a sodium-sulfur battery, an anode chamber is formed outside, sodium is stored in the cathode chamber, and carbon for collecting current and sulfur as an active material are stored in the anode chamber. A sodium-sulfur battery, wherein a sodium holding material is arranged in an upper space portion of the battery.
【請求項3】有底筒状の固体電解質管の内側に陰極室、
外側に陽極室を形成し、該陰極室内にはナトリウムを収
納し、該陽極室内には集電を行うためのカーボンと活物
質である硫黄を収容してなるナトリウム−硫黄電池にお
いて、該陰極室内の上部空間部分にナトリウム流量制限
マットを配置したことを特徴とするナトリウム−硫黄電
池。
3. A cathode chamber inside a bottomed cylindrical solid electrolyte tube,
In a sodium-sulfur battery, an anode chamber is formed outside, sodium is stored in the cathode chamber, and carbon for collecting current and sulfur as an active material are stored in the anode chamber. A sodium-sulfur battery, characterized in that a sodium flow restriction mat is arranged in an upper space portion of the battery.
【請求項4】有底筒状の固体電解質管の内側に陰極室、
外側に陽極室を形成し、該陰極室内にはナトリウムを収
納し、該陽極室内には集電を行うためのカーボンと活物
質である硫黄を収容してなるナトリウム−硫黄電池にお
いて、固体電解質管の側面内壁に長方形の金属板が丸め
られて接触した形のナトリウム流量制限板が配置されて
いることを特徴とするナトリウム−硫黄電池。
4. A cathode chamber inside a cylindrical solid electrolyte tube having a bottom,
In a sodium-sulfur battery in which an anode chamber is formed outside, sodium is accommodated in the cathode chamber, and carbon for collecting current and sulfur as an active material are accommodated in the anode chamber, a solid electrolyte tube is provided. A sodium-sulfur battery, characterized in that a rectangular metal plate is rounded on a side inner wall and a sodium flow limiting plate in contact with the metal plate is arranged.
【請求項5】有底筒状の固体電解質管の内側に陰極室、
外側に陽極室を形成し、該陰極室内にはナトリウムを収
納し、該陽極室内には集電を行うためのカーボンと活物
質である硫黄を収容してなるナトリウム−硫黄電池にお
いて、固体電解質管の側面内壁に長方形の金属板が丸め
て接触した形でナトリウム流量制限板が配置され、該ナ
トリウム流量制限板の最上部の位置が、該陰極室内部で
のナトリウムの最高液面高さより高い位置にあることを
特徴とするナトリウム−硫黄電池。
5. A cathode chamber inside a bottomed solid electrolyte tube.
In a sodium-sulfur battery in which an anode chamber is formed outside, sodium is accommodated in the cathode chamber, and carbon for collecting current and sulfur as an active material are accommodated in the anode chamber, a solid electrolyte tube is provided. A sodium flow rate limiting plate is arranged in a form in which a rectangular metal plate is rolled and contacted with the side inner wall of the surface, and the position of the uppermost portion of the sodium flow rate limiting plate is higher than the highest liquid level of sodium in the cathode chamber. A sodium-sulfur battery.
【請求項6】有底筒状の固体電解質管の内側に陰極室、
外側に陽極室を形成し、該陰極室内にはナトリウムを収
納し、該陽極室内には集電を行うためのカーボンと活物
質である硫黄を収容してなるナトリウム−硫黄電池にお
いて、該固体電解質管の内側に該固体電解質管の内径よ
り僅かに外径の小さい上部を密閉した有底筒状の金属製
ナトリウム流量制限管、及び該ナトリウム流量制限管の
内側最下部にナトリウム出入り用の孔を形成したナトリ
ウム収納容器を配置し、ナトリウム流量制限管には、陰
極室内部のナトリウムの最高液面より高い位置に少なく
とも1つ以上の孔が形成され、かつ陰極室内部のナトリ
ウムの最低液面より低い位置に少なくとも1つ以上のナ
トリウム流量を一定流量以下にするための孔が形成され
ていることを特徴とするナトリウム−硫黄電池。
6. A cathode chamber inside a bottomed cylindrical solid electrolyte tube,
In a sodium-sulfur battery, an anode chamber is formed outside, sodium is stored in the cathode chamber, and carbon for collecting current and sulfur as an active material are stored in the anode chamber. Inside the tube, a bottomed cylindrical metallic sodium flow restricting tube with a closed upper part slightly smaller in outer diameter than the inner diameter of the solid electrolyte tube, and a hole for sodium ingress and egress at the lowermost part inside the sodium flow restricting tube. The formed sodium storage container is arranged, and at least one or more holes are formed in the sodium flow restricting tube at a position higher than the highest liquid level of sodium in the cathode chamber, and the sodium storage container is formed with a lower than the lowest liquid level of sodium in the cathode chamber. A sodium-sulfur battery, wherein at least one or more holes for reducing the flow rate of sodium to a certain flow rate or less are formed at a low position.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2005078850A1 (en) * 2004-02-17 2005-08-25 Gyeongsang National University Nas battery using liquid electrolyte

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