JP2001085053A - 高温ナトリウム二次電池モジュ−ル - Google Patents

高温ナトリウム二次電池モジュ−ル

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JP2001085053A
JP2001085053A JP26320199A JP26320199A JP2001085053A JP 2001085053 A JP2001085053 A JP 2001085053A JP 26320199 A JP26320199 A JP 26320199A JP 26320199 A JP26320199 A JP 26320199A JP 2001085053 A JP2001085053 A JP 2001085053A
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container
heat
secondary battery
battery module
sodium secondary
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JP26320199A
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Tadahiko Mitsuyoshi
忠彦 三吉
Koji Kusakabe
康次 日下部
Minoru Masuda
増田  稔
Mitsugi Suzuki
鈴木  貢
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Hitachi Engineering Co Ltd
Hitachi Ltd
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Hitachi Engineering Co Ltd
Hitachi Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】電力貯蔵装置や電気自動車などの電源システム
に用いるに好適な信頼性、安全性に優れた高温ナトリウ
ム二次電池モジュ−ルを提供する。 【解決手段】ナトリウム硫黄電池などの高温ナトリウム
二次電池を断熱容器内あるいは保温容器内へ収納し、砂
やセラミックス粒子、ガラス粉末などを充填した高温ナ
トリウム二次電池モジュ−ルにおいて、断熱容器あるい
は保温容器の内面又は/及び外面の一部または全部に応
力腐食割れ防止剤を設ける。 【効果】使用環境によらず、昇降温などに対して信頼性
の高い断熱容器や保温容器が得られ、この断熱容器ある
いは保温容器を用いて、高信頼性、高安全性の高温ナト
リウム二次電池モジュ−ルが実現される。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、電力貯蔵装置や電
気自動車などの電源システムに用いるに好適な信頼性、
安全性に優れた高温ナトリウム二次電池モジュ−ルに関
する。
【0002】
【従来の技術】負極にナトリウム、正極に硫黄、セレ
ン、テルル、金属ハロゲン化物などを用いた高温ナトリ
ウム二次電池は、その効率やエネルギ−密度が大きいこ
とから注目され、電力貯蔵装置や電気自動車などへの利
用が期待されている。これらの電池はその温度を電池運
転温度の300℃程度に保つために、複数個の電池が断
熱容器内あるいは保温容器内に収納されたモジュ−ルと
して運転される。この例としては、特開平5−2669
25号公報、特開平3−283272号公報などに見ら
れるように、真空断熱容器に複数個の高温ナトリウム二
次電池を収納して保温すると共に、電池間に消火砂を充
填して、電池破損時の隣接電池への破損伝播を防いでい
る。また、断熱容器あるいは保温容器としてはステンレ
ス鋼や炭素鋼製の二重壁構造の容器が一般に用いられ、
二重壁内を真空または減圧して断熱性能を高めている。
【0003】これらのモジュ−ルにおいては、断熱容器
あるいは保温容器によって高温ナトリウム二次電池を運
転温度に保つと共に電池を外部から隔離し、万一の電池
故障に対する安全性を確保している。しかしながら、従
来の高温ナトリウム二次電池モジュ−ルにおいては、昇
降温などに対する断熱容器や保温容器の信頼性向上につ
いて、運転条件や運転環境によっては、長期使用中に断
熱容器や保温容器に亀裂が入ってモジュ−ルの信頼性や
安全性が損なわれるという問題があった。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、昇降
温などに対して信頼性の高い断熱容器あるいは保温容器
から構成される、高信頼性、高安全性の高温ナトリウム
二次電池モジュ−ルを提供するにある。本発明の他の1
つの課題は、使用環境によらず、長期使用に耐える断熱
容器あるいは保温容器から構成される高温ナトリウム二
次電池モジュ−ルを提供するにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】上記課題を達成するた
め、本発明の高温ナトリウム二次電池モジュ−ルは、ナ
トリウム硫黄電池などの高温ナトリウム二次電池を断熱
容器内あるいは保温容器内へ収納し、前記断熱容器内あ
るいは前記保温容器内に砂やセラミックス粒子、ガラス
粉末などを充填した高温ナトリウム二次電池モジュ−ル
において、前記断熱容器あるいは前記保温容器が炭素鋼
やステンレス鋼で形成され、前記断熱容器あるいは前記
保温容器の内面又は/及び外面の一部または全部に応力
腐食割れ防止剤を付着したことを特徴としている。ここ
で、前記応力腐食割れ防止剤としてはリチウムシリケ−
トまたはシリコ−ン系樹脂を用いることができる。ま
た、前記断熱容器あるいは前記保温容器が容器本体と蓋
とから成り、前記容器本体の少なくとも前記蓋との隣接
面、または/および前記蓋の少なくとも前記容器本体と
の隣接面に前記応力腐食割れ防止剤を付着することが望
ましい。さらに、少なくとも前記容器本体が二重壁構造
を持ち、前記二重壁内部を真空にするか、または減圧に
することが特に望ましい。
【0006】本発明者逹が種々検討した結果、断熱容器
や保温容器に亀裂が入る理由は容器に用いるステンレス
鋼の応力腐食割れや炭素鋼の腐食割れにあり、また、そ
の原因はモジュ−ル内へ充填された砂、セラミックス粒
子、ガラス粉末や断熱材などに付着した塩分が濃縮され
たり、昇降温の繰り返しなどによって混入する外気に含
まれる塩分が濃縮されて容器表面へ付着すると共に、昇
降温時に容器に熱応力が加わることにあることが判明し
た。なお、この問題はモジュ−ルを海岸近くへ設置する
場合には特に大きな問題となる。また、降温時にはモジ
ュ−ル内の砂、セラミック粒子、ガラス粉末、断熱材な
どが空気中の水分を含み、昇温時に一度蒸発した水分が
断熱容器や保温容器の容器本体と蓋との隣接面およびそ
の近傍で凝縮しやすいため、断熱容器や保温容器の表面
のうちで、この部分に特に亀裂が発生しやすい傾向があ
る。本発明はこの問題に対処するために、断熱容器ある
いは保温容器の内面又は/及び外面、特に容器本体と蓋
との隣接面に応力腐食割れ防止剤を設けて、容器の亀裂
発生を防止するものであり、この方法により、使用環境
によらず、長期使用や昇降温の繰り返しに対する断熱容
器あるいは保温容器の信頼性が向上し、高信頼性、高安
全性の高温ナトリウム二次電池モジュ−ルが実現され
る。なお、高温ナトリウム二次電池の場合、電池温度を
保つために、断熱容器や保温容器内の温度は約250〜
350℃程度に保つ必要がある。このため、用いる応力
腐食割れ防止剤としては耐熱性に優れたものを用いる必
要があり、具体的には、リチウムシリケ−トまたはシリ
コ−ン系樹脂を用いることが望ましい。
【0007】
【発明の実施の形態】以下、本発明を図面により説明す
る。図1は本発明の高温ナトリウム二次電池モジュ−ル
の構造例を示す断面図である。図において、1は高温ナ
トリウム二次電池、2はこれを収納する断熱容器あるい
は保温容器で、SUS304やSUS430などの汎用
ステンレス鋼や炭素鋼で構成された二重壁から成り、二
重壁内を真空引きしたり減圧したりして、断熱性を持た
せている。なお、二重壁の間に断熱材を詰めて断熱性能
や保温性能を持たせることも可能であるが、この例のよ
うに真空断熱容器を用いることが、小型化が可能で、断
熱性能が優れている理由により特に望ましい。また、図
示されていないが、断熱容器や保温容器の内面には加熱
用のヒ−タが取り付けられる。断熱容器あるいは保温容
器2は容器本体21と蓋22から構成されており、図1
の構造では容器本体と蓋とが隣接した部分の表面にリチ
ウムシリケ−トまたはシリコ−ン系樹脂から成る応力腐
食割れ防止剤211、212が塗布されている。なお、
この応力腐食割れ防止剤を必要に応じて容器本体や蓋の
表面全面に設けることもでき、このように応力腐食割れ
防止剤を設けることにより、断熱容器や保温容器の亀裂
発生を防止できる。
【0008】なお、断熱容器や保温容器として汎用ステ
ンレス鋼よりも耐応力腐食割れ性に優れた材料を用いる
ことも可能であるが、この場合には、容器がコストアッ
プしたり、容器の加工が困難になるなどの新たな実用上
の問題が発生する。
【0009】また、3はブスバであり、高温ナトリウム
二次電池間を連結すると共に、容器本体の側壁を通って
外部へ延びている。また、4は消火用の砂で、高温ナト
リウム二次電池の間に充填され、万一電池からナトリウ
ムなどの活物質が漏洩した際の消火活動を助けると共
に、隣接電池への破損伝播を押え、モジュ−ルの安全性
向上の役目を果たしている。なお、砂の代わりにアルミ
ナ等のセラミックス粒子やガラス粉末、シラスバル−ン
などの中空粒子を充填することもできる。さらに、5、
6は絶縁材で、それぞれ電池と断熱容器、保温容器との
間またはブスバと断熱容器や保温容器との間を電気絶縁
している。
【0010】図2は本発明の高温ナトリウム二次電池モ
ジュ−ルの構造の他の例を示す部分断面図であり、図1
と同じ符号で示したものは同じ内容を示している。図2
においては、容器本体21は図1と同様に二重壁から成
る真空断熱容器から構成され、一方、蓋22はステンレ
ス鋼や炭素鋼などの金属板から構成され、蓋の内側にガ
ラス繊維やセラミックス繊維などから成る断熱材7を設
けて、構造の簡素化と共に断熱性能の向上を図ってい
る。また、容器本体と蓋との隣接面およびその周辺の面
に応力腐食割れ防止剤211が塗布されている。なお、
容器本体の端部に見られるように、容器本体を真空断熱
容器にする場合、二重壁の接続部となる端部を凹状とし
て二重壁内外の圧力差に耐える構造とすることが望まし
い。しかしながら、このような蓋と隣接した部分に設け
た凹部には凝縮した水分が溜りやすく、この部分に特に
亀裂が入りやすいため、この部分の表面に図のように応
力腐食割れ防止剤を設けることが特に望ましい。
【0011】具体例として、1本当たりの容量約480
Wh、定格出力約60Wのナトリウム硫黄電池を用い、
電池216本を縦約1m、横約1.5m、高さ約0.6m
のSUS304製断熱容器に入れて、図2に示した構造
と類似の容量約100kWhのモジュ−ルを得た。な
お、電気端子としてはアルミニウム製のブスバを用い、
電池間には消火用の砂を充填した。また、断熱容器の容
器本体の端部表面にはシリコ−ン系樹脂から成る応力腐
食割れ防止剤を塗布した。得られたモジュ−ルを室温か
ら400℃まで30回昇降温した結果、断熱容器への亀
裂発生は全く認められなかった。また、この昇降温試験
を海岸近くで実施しても全く問題は起こらなかった。一
方、応力腐食割れ防止剤を塗布しない場合には、海岸近
くで昇降温すると約5回で断熱容器に亀裂が発生した。
【0012】
【発明の効果】本発明によれば、汎用材料を用いて昇降
温などに対して信頼性の高い断熱容器あるいは保温容器
が得られ、この断熱容器や保温容器を用いて、高信頼
性、高安全性の高温ナトリウム二次電池モジュ−ルが実
現される。また、例えば海岸近くのような厳しい使用環
境であっても断熱容器や保温容器が長期使用に耐え、使
用環境によらず、高温ナトリウム二次電池モジュ−ルの
信頼性や安全性が確保できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の高温ナトリウム二次電池モジュ−ルの
構造例を示す構造図である。
【図2】本発明の高温ナトリウム二次電池モジュ−ルの
構造例を示す構造図である。
【符号の説明】
1…高温ナトリウム二次電池、2…断熱容器あるいは保
温容器、21…容器本体、22…蓋、211,221…
応力腐食割れ防止剤、4…砂。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 日下部 康次 茨城県日立市幸町三丁目1番1号 株式会 社日立製作所原子力事業部内 (72)発明者 増田 稔 茨城県日立市幸町三丁目1番1号 株式会 社日立製作所原子力事業部内 (72)発明者 鈴木 貢 茨城県日立市幸町三丁目2番1号 日立エ ンジニアリング株式会社内 Fターム(参考) 5H029 AJ12 AK05 AL13 CJ01 DJ02 EJ01 EJ06 EJ08

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ナトリウム硫黄電池などの高温ナトリウ
    ム二次電池を断熱容器内あるいは保温容器内へ収納し、
    前記断熱容器内あるいは前記保温容器内に砂やセラミッ
    クス粒子、ガラス粉末などを充填した高温ナトリウム二
    次電池モジュ−ルにおいて、前記断熱容器あるいは前記
    保温容器が炭素鋼やステンレス鋼で形成され、前記断熱
    容器あるいは前記保温容器の内面又は/及び外面の一部
    または全部に応力腐食割れ防止剤を付着したことを特徴
    とする高温ナトリウム二次電池モジュ−ル。
  2. 【請求項2】 請求項1において、前記応力腐食割れ防
    止剤としてリチウムシリケ−トまたはシリコ−ン系樹脂
    を用いたことを特徴とする高温ナトリウム二次電池モジ
    ュ−ル。
  3. 【請求項3】 請求項1または2において、前記断熱容
    器あるいは前記保温容器が容器本体と蓋とから成り、前
    記容器本体の少なくとも前記蓋との隣接面、または/お
    よび前記蓋の少なくとも前記容器本体との隣接面に前記
    応力腐食割れ防止剤を付着したことを特徴とする高温ナ
    トリウム二次電池モジュ−ル。
  4. 【請求項4】 請求項1または3において、前記断熱容
    器あるいは前記保温容器が容器本体と蓋とから成り、少
    なくとも前記容器本体が二重壁構造を持ち、前記二重壁
    内部を真空にするか、または減圧にしたことを特徴とす
    る高温ナトリウム二次電池モジュ−ル。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102148338A (zh) * 2010-02-10 2011-08-10 上海空间电源研究所 热电池用耐高温电堆
WO2012105169A1 (ja) 2011-02-02 2012-08-09 三恵技研工業株式会社 真空断熱容器及びその製造方法
WO2020011477A1 (de) * 2018-07-09 2020-01-16 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Fahrzeug mit einem hochvoltspeicher

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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