JP2002184457A

JP2002184457A - ナトリウム硫黄電池

Info

Publication number: JP2002184457A
Application number: JP2000382087A
Authority: JP
Inventors: Kikuo Nakamura; 喜久男中村; Koichi Tanimoto; 浩一谷本
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2000-12-15
Filing date: 2000-12-15
Publication date: 2002-06-28

Abstract

(57)【要約】【課題】正極の導電性、および正極活物質の拡散性の
向上を低コストで実現するナトリウム硫黄電池を提供す
る。【解決手段】ナトリウムを含む負極活物質１１ａが少
なくとも収納された負極室１１と、硫黄を含む正極活物
質１４ａが収納された正極室１４と、前記負極室１１と
前記正極室１４との間に位置して前記負極活物質１１ａ
と前記正極活物質１４ａとを隔離し、かつナトリウムイ
オンに対して伝導性を有する固体電解質１と、前記正極
活物質１４ａを含浸して前記正極活物質１４ａの電子伝
導を補助する導電助材１５とを備えたナトリウム硫黄電
池において、前記導電助材１５を導電粒子が集合された
構成とした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ナトリウム硫黄電
池に係り、特に、正極の内部抵抗を低減するための導電
助材の構造に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】ナトリウム硫黄電池は、大電力を貯蔵可
能な二次電池として、近年特に注目されている。このナ
トリウム硫黄電池は、負極側の電極活物質としてナトリ
ウム（Ｎａ）、正極側の電極活物質として硫黄（Ｓ）あ
るいはその溶融塩（ＳＣｌ₄）等を用いて、固体電解質
により溶融状態の両極活物質を混合しないようにした二
次電池で、３００〜４００℃、通常は３５０℃前後とい
った高温で作動するものである。このナトリウム硫黄電
池は、自己放電がない、電極活物質が液状であるため高
性能である、電解質が固体なので長寿命である、完全密
閉型であるためメンテナンスフリー化が図れる、等の利
点を有しており、次世代の大電力貯蔵用電池として最も
期待が寄せられている。

【０００３】ナトリウム硫黄電池の一般的な構成は、一
方に陰極活物質である溶融金属ナトリウム、他方には正
極活物質である溶融硫黄を配し、両者をナトリウムイオ
ンに対して選択的な透過性を有するβ−アルミナなどの
固体電解質で隔離したものである。図４に、従来のナト
リウム硫黄電池の断面構成図を示す。このナトリウム硫
黄電池には、硫黄を含む正極活物質１４ａと、ナトリウ
ムを含む負極活物質１１ａと、ナトリウムイオンに対し
て伝導性を有する固体電解質１と、正極外装管９と、絶
縁リング２とが備えられている。固体電解質１は有底円
筒状であり、その材質は、ナトリウムイオン（Ｎａ⁺）
を選択的に透過させる性質を有するセラミックス等から
なるものであって、例えばβ−アルミナ（Ｎａ₂Ｏ・１
１Ａｌ₂Ｏ₃）や、安定剤としてＭｇＯやＬｉ₂Ｏ等が添
加されたβ″−アルミナ（３Ｎａ₂Ｏ・１６Ａｌ₂Ｏ₃）
等が用いられる。固体電解質１の上部には、ガラス半田
等の接合材により絶縁リング２が接合されており、この
絶縁リング２は絶縁性の高いα−アルミナ等からなるも
のであって、その形状はリング状とされている。

【０００４】正極外装管９は、正極側集電体を成す有底
円筒管であって、その材質は、例えばステンレス（ＳＵ
Ｓ３１６Ｌ等）やニッケル合金等からなるものである。
この正極外装管９には正極活物質１４ａと、正極活物質
１４ａの電子伝導を補助するための導電助材１２が収納
されている。導電助材１２は、例えば炭素繊維布などを
筒状に巻いたものに溶融状態の硫黄を含浸させて冷却固
化したものであって、その形状は中空部を有する円筒状
とされる。導電助材１２の中空部には、固体電解質１が
挿入され、固体電解質１には負極活物質１１ａであるナ
トリウムが収納されている。

【０００５】固体電解質１の上部開口端に接合された絶
縁リング２は、有底円筒状の正極外装管９の上部開口端
に溶接されたリング状のフランジ９ａに接合されてい
る。また、このナトリウム硫黄電池には、形状が有底円
筒状とされる安全部材である安全管１０が備えられてい
る。安全管１０は、負極室１１内にその外周面と固体電
解質の内周面とが所定の間隔を有する間隙を形成するよ
うに配置されている。安全管１０の底部には上記の間隙
と連通する流通孔１３が設けられている。安全管１０は
ナトリウムに対する耐腐食性を有する金属であるＳＵＳ
３０４等のステンレス鋼や、アルミニウム合金などから
なるものであって、その開口端側面には、径外方向に突
出するようにフランジ１０ａが形成されている。このフ
ランジ１０ａは上記絶縁リング２と接合されるとともに
正極外装管９のフランジ９ａとボルト１６によって連結
固定されている。さらに、安全管１０の開口端には、開
口部１０ｂを有する蓋部１０ｃが設けられており、この
蓋部１０ｃの外周端と安全管１０の開口端とが溶接によ
って接合されて安全管１０を密閉している。上記開口部
１０ｂは、ナトリウム硫黄電池の使用時に負極端子とな
る電極棒が挿入されるか、若しくは封止されて蓋部１０
ｃが負極端子とされる。

【０００６】このようにして、図４に示すナトリウム硫
黄電池には、固体電解質１と正極外装管９と外筒金具２
３により区画されて正極室１４が形成され、固体電解質
１と負極封口蓋４により区画されて負極室１１が形成さ
れている。また、正極室１４と負極室１１は固体電解質
１により互いに区画されている。このようにして負極活
物質１１ａと、正極活物質１４ａは互いに隔離されてい
る。

【０００７】また、安全管１０は固体電解質１が破損し
て負極活物質１１ａと正極活物質１４ａとが直接接触し
て反応した場合に、両者の急激な反応を防ぐ役割を果た
す。すなわち、固体電解質１が破損した場合にも固体電
解質１と安全管１０との間隙にある負極活物質１１ａの
みが正極活物質１４ａと反応し、安全管１０の内側の負
極活物質は安全管１０により正極活物質１４ａと遮断さ
れて正極活物質１４ａと反応することがないので、負極
活物質１１ａの反応量を小さくして電池の発熱を抑える
ことができる。

【０００８】次に、正極活物質１４ａとして硫黄（Ｓ）
を用いた場合における、ナトリウム硫黄電池の充放電反
応について以下に説明する。この場合のナトリウム硫黄
電池の負極における放電反応は、下記の（式１）に示す
通りである。すなわち、負極活物質１１ａであるナトリ
ウム（Ｎａ）は、電子（ｅ^-）を放出してナトリウムイ
オン（Ｎａ⁺）を生成する。電子（ｅ^-）は安全管１０を
通って外部回路へと流れ、ナトリウムイオン（Ｎａ⁺）
は固体電解質１に選択的に透過されて正極活物質１４ａ
へと運搬される。

【０００９】一方正極における放電反応は、下記の（式
２）に示す通りである。すなわち、正極活物質１４ａ中
に入ったナトリウムイオン（Ｎａ⁺）は、硫黄（Ｓ）、
及び外部回路から供給された電子（ｅ^-）と反応して、
多硫化ナトリウム（Ｎａ₂Ｓ_x）を生成する。このナトリ
ウム硫黄電池の充電時には、放電反応と逆の反応、すな
わち（式１），（式２）とも矢印と逆方向への反応が起
こり、ナトリウム（Ｎａ）及び硫黄（Ｓ）が生成する。

【００１０】（式１）：２Ｎａ → ２Ｎａ⁺＋２ｅ^- （式２）：２Ｎａ⁺＋ｘＳ＋２ｅ^- → Ｎａ₂Ｓ_x

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記のナト
リウム硫黄電池における高効率化を実現するためには如
何に各部の内部抵抗を低減するかが課題となるが、その
内部抵抗のうち正極活物質１４ａの内部抵抗が大きいこ
とが問題となる。そこで、上記のナトリウム硫黄電池に
おいては、正極活物質１４ａの電子伝導を補助するため
に炭素繊維布などからなる導電助材１２が設けられてい
る。この導電助材１２においては、その導電性とともに
含浸されている正極活物質１４ａの拡散性が特に重要で
あり、これらの特性を向上させるために、導電助材１２
を構成する炭素繊維の配向を制御する手法が特許第２５
６８６２２号公報や特開平６−６５０７０号に開示され
ている。

【００１２】しかしながら、これらの炭素繊維の配向を
制御する手法では、正極活物質１４ａの拡散性において
改善はみられるものの、導電助材１２の構造が複雑化す
るために導電助材１２を製造するためのコストが増加す
るという問題があった。そこで本発明は、上記の課題を
解決するためになされたものであって、正極の導電性、
および正極活物質の拡散性の向上を低コストで実現する
ナトリウム硫黄電池を提供することを目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明は以下の構成を採用した。本発明の請求項
１に記載の発明は、ナトリウムを含む負極活物質が少な
くとも収納された負極室と、硫黄を含む正極活物質が収
納された正極室と、前記負極室と前記正極室との間に位
置して前記負極活物質と前記正極活物質を隔離し、かつ
ナトリウムイオンに対して伝導性を有する固体電解質
と、前記正極活物質を含浸して前記正極活物質の電子伝
導を補助する導電助材とを備えたナトリウム硫黄電池で
あって、前記導電助材が導電粒子を集合してなるもので
あることを特徴とするナトリウム硫黄電池を上記課題の
解決手段とした。

【００１４】次に、本発明の請求項２に記載の発明は、
前記導電粒子が黒鉛粒子からなることを特徴とする請求
項１に記載のナトリウム硫黄電池を上記課題の解決手段
とした。

【００１５】次に、本発明の請求項３に記載の発明は、
前記導電粒子が炭素粒子からなることを特徴とする請求
項１に記載のナトリウム硫黄電池を上記課題の解決手段
とした。

【００１６】次に、本発明の請求項４に記載の発明は、
前記導電粒子の直径が０．１ｍｍ以上、３ｍｍ以下の範
囲であることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか
１項に記載のナトリウム硫黄電池を上記課題の解決手段
とした。

【００１７】次に、本発明の請求項５に記載の発明は、
前記正極活物質が前記正極室内を連続的に流動する正極
活物質の流動構造を備えることを特徴とする請求項１な
いし４のいずれか１項に記載のナトリウム硫黄電池を上
記課題の解決手段とした。

【００１８】次に、本発明の請求項６に記載の発明は、
前記正極室に接続されて該正極室から正極活物質を回収
するとともに、前記正極室に正極活物質を供給するため
の貯留槽を備えることを特徴とする請求項５に記載のナ
トリウム硫黄電池を上記課題の解決手段とした。

【００１９】次に、本発明の請求項７に記載の発明は、
前記導電助材の径外方向の厚さが１ｍｍ以上１０ｍｍ以
下の範囲であることを特徴とする請求項５ないし６に記
載のナトリウム硫黄電池を上記課題の解決手段とした。

【００２０】次に、本発明の請求項８に記載の発明は、
前記導電助材の径外方向の厚さが１ｍｍ以上５ｍｍ以下
の範囲であることを特徴とする請求項７に記載のナトリ
ウム硫黄電池を上記課題の解決手段とした。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照して説明する。尚、以下の各実施の形態において
は、従来例として図４に示したナトリウム硫黄電池の構
成要素とは異なる構成要素について主に説明し、同一の
構成要素には同一の符号を付してその詳細な説明は省略
することとする。

【００２２】（第１の実施形態）図１は、本発明の第１
の実施形態であるナトリウム硫黄電池の断面構成図であ
る。この図に示す本実施形態のナトリウム硫黄電池は、
正極外装管９と、この正極外装管９の内側に収容された
導電助材１５と、固体電解質１と、この固体電解質１の
内側に収容された安全管１０とから概略構成されてい
る。固体電解質１と正極外装管９の間には正極活物質１
４ａが充填されており、安全管１０の内側に負極活物質
１１ａが充填されている。

【００２３】図１に示す本実施形態のナトリウム硫黄電
池が、図４に示す従来のナトリウム硫黄電池と異なる点
は黒鉛などからなる多数の導電粒子から構成されている
導電助材１５を備えていることである。この導電助材１
５を図１および図２を参照して以下に詳細に説明する。
図２は、図１に示す導電助材１５を含む部分を拡大して
示す部分断面図である。この図に示すように、導電助材
１５は黒鉛などからなる多数の導電粒子１５ａがランダ
ムに積み重なって充填されて構成されており、これらの
導電粒子１５ａの隙間に正極活物質１４ａが含浸されて
いる。この導電粒子１５ａを構成する材料は、上記黒鉛
のほか、炭素系の材料を用いることもできる。また、良
好な導電性と、正極活物質１４ａに対する耐腐食性を具
備する材料であれば上記の黒鉛、炭素に限定されるもの
ではなく、例えば、ニッケル、クロム等をその材料とし
て用いることができる。上記導電粒子１５ａの平均粒径
は、０．１ｍｍ以上、３ｍｍ以下の範囲とされることが
好ましい。これは、平均粒径が０．１ｍｍ以下であると
導電粒子１５ａ間の隙間が小さくなりすぎるために正極
活物質１４ａの拡散性が低下するためであり、また、平
均粒径が３ｍｍ以上の場合には反応が進行する導電助材
１５の表面の面積が小さくなり、電池の効率が低下する
ためである。尚、上記に示した導電粒子１５ａの平均粒
径は正極外装管９の直径が１００ｍｍ程度のものに用い
る場合の好適な例として示したものであり、ナトリウム
硫黄電池の構成に応じて適宜変更可能であることはもち
ろんである。

【００２４】このように、導電助材１５が導電粒子１５
ａの集合体として構成されていることにより、導電助材
１５の表面積を大きくすることができるとともに、導電
粒子１５ａの間に均一な隙間が形成されるので、導電粒
子１５ａの表面における充放電反応を効率よく進行させ
ることができ、かつ正極活物質１４ａの拡散性も良好な
ものとすることができる。また、従来炭素繊維の配向を
制御して導電助材を作製する方法に対して、本発明に係
る導電助材１５は、多数の導電粒子１５ａを充填するの
みでよいため、極めて容易に導電助材１５を製造するこ
とが可能である。従って、本発明に係る導電助材１５を
採用することにより、極めて大きな製造コストの低減効
果を得ることができる。

【００２５】（第２の実施形態）図３は、本発明の第２
の実施形態であるナトリウム硫黄電池の断面構成図であ
る。この図に示すナトリウム硫黄電池は、二次電池とし
て動作して充放電が可能な電池本体部３０と、この電池
本体部３０に接続されて電池本体部３０に対して正極活
物質を供給および回収を行う正極活物質供給回収器５０
とから概略構成されている。

【００２６】図３に示す電池本体部３０には、負極活物
質３２ａであるナトリウムが収納されている負極室３２
と、硫黄を含む正極活物質３３ａが収納されている正極
室３３とが備えられている。また、負極活物質３２ａと
正極活物質３３ａとの間にはナトリウムイオンに対して
伝導性を有する固体電解質３４が配置されるとともに両
者を隔離している。

【００２７】負極室３２は円筒状のガイド管３６とその
下部開口端に接合された有底円筒状の安全管３７とから
構成されており、安全管３７の内部に負極活物質３２ａ
であるナトリウムが収納されている。固体電解質３４
は、その形状が有底円筒状とされており、その材質は図
４に示す固体電解質１と同等のものである。この固体電
解質３４の内部に安全管３７が挿入されており、両者の
間には所定の間隔の間隙が形成されている。

【００２８】ガイド管３６の他端（図示上端）には必要
に応じて負極室に負極活物質３２ａを供給するための負
極活物質供給管３８が挿入されている。この負極活物質
供給管３８の負極活物質３２ａが吐出される先端部（図
示下端）はガイド管３６に接続された安全管３７の底部
近傍に配置されている。一方、負極活物質供給管３８の
他端は外部の負極活物質供給源４５に接続されている。
また、負極活物質供給管３８の上端から内部へ、負極室
３２へ供給される負極活物質３２ａを加熱するための棒
状の内挿ヒータ３９が挿入されている。尚、上記負極活
物質供給管３８は、電池が使用される際には取り除かれ
るか若しくは封止されて負極室３２が密閉されるように
なっている。

【００２９】固体電解質３４の上側部と、ガイド管３６
の下側部を取り囲むように有底円筒状の保護管４２が設
けられており、その底部から固体電解質３４の下側部が
露出されている。この保護管４２と上記固体電解質３４
およびガイド管３６の間にセラミック充填材２３が充填
されている。この保護管４２およびセラミック充填材２
３は硫黄を含む正極活物質３３ａによるガイド管３６の
腐食を防止するために設けられているものである。

【００３０】正極室３３Ａは有底略円筒状の外装管４０
と、その内部に配置された有底円筒状の正極容器４１と
から概略構成されている。正極容器４１は外装管４０の
底部に設けられた穴に挿入されるとともにその側面が外
装管４０の底部と接合されて一体化されている。また、
外装管４０の底部の外面側には略漏斗状の正極活物質導
出部４４がその広口側を外装管４０の底面に向けて接合
されている。尚、上記正極容器４１の底部は外装管４０
と正極活物質導出部４４とに囲まれる空間に配置されて
いる。また、図１に示すように外装管４０の側面に、正
極室３３へ正極活物質３３ａを供給するための正極活物
質供給口４７が設けられている。

【００３１】正極容器４１の内部には固体電解質３４と
その周りを取り囲むようにして設けられた導電助材３５
が挿入されている。すなわち、固体電解質３４を取り囲
んで導電助材４５が配置されており、その導電助材４５
の外周を取り囲んで正極容器４１が配置されている。こ
の導電助材３５は、図１および図２に示す導電助材１５
と同様の構造であり、多数の導電粒子がランダムに積み
重なって充填されて集合されている。これらの導電粒子
の粒径や材質も先に記載の導電粒子１５と同様でよい。
正極活物質３３ａは固体電解質３４と外装管４０とに囲
まれた領域である正極室３２に注入されるとともに上記
導電助材４６に含浸されている。また、正極容器４１の
底部（図示下端部）には、正極容器４１と正極活物質導
出部４４の内部とを連通する細孔が設けられている。

【００３２】上記の構成において、外装管４０の開口端
（図示上端）に設けられたフランジと、ガイド管３６を
支持するフランジとが、リング状のパッキン４８を介し
て電気的に絶縁された状態で連結されて正極室３３を密
閉している。尚、上記の外装管４０とガイド管３６の連
結方法は一例として示したものであり、電気的絶縁と、
気密性を達成できる方法であれば上記に限定されない。
例えば、両者のフランジの間にα−アルミナなどの絶縁
材質からなるリングを配して、これらをガラス半田など
の接合材によって接合一体化することもできる。

【００３３】正極活物質供給回収器５０は、貯留槽５２
と、この貯留槽５２に収納された正極活物質３３ａを圧
送するためのガスを供給するガス供給源５１とから概略
構成されている。貯留槽５２に設けられた２本の配管５
３、５４は、それぞれ外装管４０の側面に設けられた正
極活物質供給口４７と、外装管４０の底部に配された正
極活物質導出部４４とに接続されている。これらの配管
５３、５４には逆止弁５５、５６がそれぞれの経路中に
設けられており、内部を流れる正極活物質３３ａが逆流
しない構造とされている。

【００３４】上記の正極活物質供給回収器５０は、ガス
供給源５１からアルゴンなどのガスを貯留槽５２に供給
して貯留槽５２に収納された正極活物質３３ａに圧力を
印加することにより、配管５３へ正極活物質３３ａを圧
送し、外装管４０の側面の正極活物質供給口５７を介し
て正極室３３へ正極活物質３３ａの供給を行う。また、
正極活物質導出部４４に接続された配管５４を介して正
極活物質３３ａを正極室３３から回収し、貯留槽５２へ
収納するようになっている。

【００３５】また、電池本体部３０においては、貯留槽
５２から正極活物質供給口５７を介して正極室３３内に
導入された正極活物質３３ａは、正極容器４１の外側面
に沿って図示上方へ導かれ、正極容器４１の上部開口端
に達して正極容器４１内部に導入され、導電助材３５に
含浸されて反応に供される。その後正極活物質３３ａは
正極容器４１の底部に設けられた孔を通じて正極活物質
導出部４４へ導かれ、配管５４を介して再び貯留槽５２
へ収納される。

【００３６】本実施形態のナトリウム硫黄電池は、充放
電反応中に正極活物質である硫黄および／または多硫化
ナトリウムが正極室３３内部を連続的に通過する流動型
である。このような構成により、導電助材３５に含浸さ
れて反応に供される正極活物質３３ａが、一定の方向に
連続して流されているので、導電助材３５に含浸されて
いる正極活物質３３ａの硫黄価数が大きく変動すること
がない。従って、正極活物質３３ａとして小さい硫黄価
数の硫化ナトリウムを用いることにより、正極活物質３
３ａの比抵抗を小さくすることができる。これにより、
本実施形態のナトリウム硫黄電池は、高電流密度で連続
して放電することが可能である。

【００３７】また、図３に示す導電助材３５は、図１お
よび図２に示す導電助材１５と同等の構造であるので、
導電助材３５においても導電粒子の隙間として均一な空
孔を有する構造である。したがって、この導電助材３５
も優れた導電性を有するとともに正極活物質３３ａの拡
散性に優れたものである。さらに、図３に示す本実施形
態のナトリウム硫黄電池は、正極活物質が３３ａが正極
室３３内を移動する流動型であるので、単電池型の正極
室と比較して正極室３３の容積を小さくすることができ
る。つまり、単電池型の場合、その正極室の容積は放電
持続時間によって決定されるが、本実施形態のナトリウ
ム硫黄電池のように流動型である場合には正極室３３の
容積を小さくしても導電助材３５に含浸されて反応に供
される正極活物質３３ａの量は変わらず、かつ正極の内
部抵抗は低下する。従って、電池の効率を落とすことな
く内部抵抗を低減することができるので、高電流密度で
の放電に有利である。

【００３８】上記のように正極室３３の容積を小さくす
る場合には、導電助材３５の径外方向の厚さを小さくす
ることが最も効果的である。この導電助材３５の径外方
向の厚さは、１ｍｍ以上１０ｍｍ以下の範囲とすること
が好ましい。これは、導電助材３５の厚さが１ｍｍより
小さい場合には、導電助材３５を構成する導電粒子の粒
径が小さくなり、その間隙も小さくなるため、このよう
な構成では正極活物質３３ａの流動性が悪化する。ま
た、このように薄い導電助材３５の形成は困難であるこ
とから製造コストが増加するためである。一方、導電助
材３５の厚さが１０ｍｍより大きい場合には単電池と比
較して内部抵抗の低減効果が得られない。また、正極活
物質３３ａの流動性を確保してかつ内部抵抗を大きく低
減するためには、上記導電助材３５は薄い方が効果的で
あるので、その厚さは１ｍｍ以上５ｍｍ以下であること
がより好ましい。

【００３９】

【発明の効果】以上、詳細に説明したように、本発明の
ナトリウム硫黄電池は、ナトリウムを含む負極活物質が
少なくとも収納された負極室と、硫黄を含む正極活物質
が収納された正極室と、前記負極室と前記正極室との間
に位置して前記負極活物質と前記正極活物質を隔離し、
かつナトリウムイオンに対して伝導性を有する固体電解
質と、前記正極活物質を含浸して前記正極活物質の電子
伝導を補助する導電助材とを備えたナトリウム硫黄電池
において、前記導電助材が導電粒子を集合してなる構成
としたので、導電助材を構成する導電粒子間に均一な空
孔を極めて容易に形成することができる。これにより、
正極活物質の拡散性の向上による電池の高効率化を低コ
ストで実現することができる。

【００４０】次に、上記導電助材を構成する前記導電粒
子を黒鉛粒子、あるいは炭素粒子で構成するならば、導
電性に優れる導電助材を低コストで製造することができ
る。これにより、ナトリウム硫黄電池のコストの低減を
図ることができる。

【００４１】次に、前記導電粒子の直径を０．１ｍｍ以
上、３ｍｍ以下の範囲とするならば、良好な導電性を有
するとともに正極活物質の拡散性に優れる導電助材を構
成することができる。これにより、高効率で、高電流放
電が可能なナトリウム硫黄電池を提供することができ
る。

【００４２】次に、上記のナトリウム硫黄電池におい
て、前記正極活物質が前記正極室内を連続的に流動する
正極活物質の流動構造を備える構成とするならば、前記
導電助材に連続的に正極活物質が供給される構造とする
ことができるので、充放電反応中の正極活物質の硫黄価
数をほぼ一定に保持することができる。従って、正極活
物質の硫黄価数を小さくして正極活物質の比抵抗を小さ
くすることにより、正極の内部抵抗を低減して高電流密
度で長時間安定して放電させることができる。

【００４３】次に、上記のナトリウム硫黄電池におい
て、前記正極室に接続されて該正極室から正極活物質を
回収するとともに、前記正極室に正極活物質を供給する
ための貯留槽を備える構成とするならば、正極室の容積
が放電持続時間に制限されることがなくなるので、正極
室の容積を小さくして内部抵抗を低減することができ
る。

【００４４】次に、上記のナトリウム硫黄電池におい
て、前記導電助材の径外方向の厚さを１ｍｍ以上１０ｍ
ｍ以下とするならば、従来よりも正極の内部抵抗を低減
することができる。特に、前記導電助材の径外方向の厚
さを１ｍｍ以上５ｍｍ以下とするならば、正極の内部抵
抗を低減してかつ正極活物質の流動性に優れるナトリウ
ム硫黄電池を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本発明の第１の実施形態であるナト
リウム硫黄電池の断面構成図である。

【図２】図２は、図１に示す導電助材の一部を拡大し
て示す部分断面構成図である。

【図３】図３は、本発明の第２の実施形態である流動
型のナトリウム硫黄電池である。

【図４】図４は、ナトリウム硫黄電池の構成の一例を
示す断面構成図である。

【符号の説明】

１固体電解質１０安全管１１負極室１１ａ負極活物質１４正極室１４ａ正極活物質１５導電助材３２負極室３２ａ負極活物質３３正極室３３ａ正極活物質３４固体電解質３５導電助材５２貯留槽

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ナトリウムを含む負極活物質が少なくと
も収納された負極室と、硫黄を含む正極活物質が収納さ
れた正極室と、前記負極室と前記正極室との間に位置し
て前記負極活物質と前記正極活物質を隔離し、かつナト
リウムイオンに対して伝導性を有する固体電解質と、前
記正極活物質を含浸して前記正極活物質の電子伝導を補
助する導電助材とを備えたナトリウム硫黄電池であっ
て、前記導電助材が、導電性を有する多数の導電粒子を集合
してなるものであることを特徴とするナトリウム硫黄電
池。
【請求項２】前記導電粒子が黒鉛粒子からなることを
特徴とする請求項１に記載のナトリウム硫黄電池。
【請求項３】前記導電粒子が炭素粒子からなることを
特徴とする請求項１に記載のナトリウム硫黄電池。
【請求項４】前記導電粒子の平均粒径が０．１ｍｍ以
上、３ｍｍ以下の範囲であることを特徴とする請求項１
ないし３のいずれか１項に記載のナトリウム硫黄電池。
【請求項５】前記正極活物質が前記正極室内を連続的
に流動する正極活物質の流動構造を備えたことを特徴と
する請求項１ないし４のいずれか１項に記載のナトリウ
ム硫黄電池。
【請求項６】前記正極室に接続されて該正極室へ正極
活物質を供給するとともに、前記正極室から正極活物質
を回収して収納する貯留槽を備えたことを特徴とする請
求項５に記載のナトリウム硫黄電池。
【請求項７】前記導電助材の径外方向の厚さが、１ｍ
ｍ以上１０ｍｍ以下の範囲であることを特徴とする請求
項５ないし６に記載のナトリウム硫黄電池。
【請求項８】前記導電助材の径外方向の厚さが、１ｍ
ｍ以上５ｍｍ以下の範囲であることを特徴とする請求項
７に記載のナトリウム硫黄電池。