JP2003223928A - Sodium-sulfur battery - Google Patents

Sodium-sulfur battery

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JP2003223928A
JP2003223928A JP2002022759A JP2002022759A JP2003223928A JP 2003223928 A JP2003223928 A JP 2003223928A JP 2002022759 A JP2002022759 A JP 2002022759A JP 2002022759 A JP2002022759 A JP 2002022759A JP 2003223928 A JP2003223928 A JP 2003223928A
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JP
Japan
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anode
sodium
solid electrolyte
mold
electrolyte tube
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Withdrawn
Application number
JP2002022759A
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Japanese (ja)
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Yoshifumi Kawamura
善文 河村
Akihiro Bito
章博 尾藤
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NGK Insulators Ltd
Original Assignee
NGK Insulators Ltd
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Publication date
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    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries

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  • Secondary Cells (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a sodium-sulfur battery with improved safety, especially suitable for high output in which, even if over voltage begins to occur in single cells, voltage monitoring is made easy by delaying start of voltage drop or making voltage drop speed small, and even if a solid electrolyte pipe is broken by a sudden temperature rise of the single cells, extensive reaction between active materials is prevented, so as not result in an immediate opening circuit break of the single cells. <P>SOLUTION: The sodium-sulfur battery is constituted by accommodating a cylinder-shape positive-electrode mold 7 in a positive-electrode room R2, by arranging a cylinder-shape partition 8 with a bottom inside a solid electrolyte pipe 4 to be used as a negative-electrode room R1, and by further arranging a sodium container 5 inside the partition 8. A positive-electrode active material that is accumulated in the upper part of the positive-electrode room R2 during electric discharging stays in a space 11 by arranging a small-diameter positive- electrode mold 7' with an outside diameter smaller than the outside diameter of the positive-electrode mold 7 in the upper part of the positive-electrode mold 7, and by forming the space 11 outside the small-diameter positive-electrode mold 7'. <P>COPYRIGHT: (C)2003,JPO

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、電力貯蔵用など
の二次電池として好適に利用されるナトリウム−硫黄電
池であって、特に高出力タイプのものに関する。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to a sodium-sulfur battery that is preferably used as a secondary battery for power storage and the like, and particularly to a high output type.

【0002】[0002]

【従来の技術】 ナトリウム−硫黄電池は、一方に陰極
活物質である溶融金属ナトリウム、他方には陽極活物質
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−アルミナ固体電解質で隔
離し、290〜360℃で動作させる高温二次電池であ
る。
2. Description of the Related Art A sodium-sulfur battery has molten metal sodium, which is a cathode active material, on one side and molten sulfur, which is an anode active material, on the other side, and both have a selective permeability to sodium ions. It is a high temperature secondary battery which is isolated by a β-alumina solid electrolyte and is operated at 290 to 360 ° C.

【0003】 このようなナトリウム−硫黄電池の一例
として、図3に示すような構造のものが知られている。
図中、4は有底円筒状の固体電解質管で、これが陽極容
器1内に配設されることにより、固体電解質管4の外側
に陽極室R2が形成されている。陽極室R2には、陽極
活物質である硫黄Sを含浸した円筒状の陽極モールド7
が収容されている。また、陽極容器1の上端近傍部位に
は、当該容器の熱変化に伴う膨張・収縮を吸収緩和する
ためのくびれ9が形成されている。
As an example of such a sodium-sulfur battery, a structure shown in FIG. 3 is known.
In the figure, 4 is a cylindrical solid electrolyte tube with a bottom, and by disposing this in the anode container 1, an anode chamber R2 is formed outside the solid electrolyte tube 4. In the anode chamber R2, a cylindrical anode mold 7 impregnated with sulfur S which is an anode active material.
Is housed. Further, a constriction 9 for absorbing and relaxing expansion and contraction due to heat change of the container is formed near the upper end of the anode container 1.

【0004】 一方、固体電解質管4の内側には、陰極
室R1が形成され、陰極活物質として溶融金属ナトリウ
ムNaを収容したナトリウム容器5が配置されている。
陽極容器1と固体電解質管4とは、絶縁リング2を介し
て結合されており、絶縁リング2の上端面には陰極蓋3
が接合されている。ナトリウム容器5の上部空間には、
不活性ガスGが所定の圧力で封入され、この不活性ガス
Gにより、ナトリウム容器5内のナトリウムNaがナト
リウム容器5底部に設けられた小孔6から流出する方向
へ加圧される。
On the other hand, inside the solid electrolyte tube 4, a cathode chamber R1 is formed, and a sodium container 5 containing molten metal sodium Na as a cathode active material is arranged.
The anode container 1 and the solid electrolyte tube 4 are connected via an insulating ring 2, and the upper end surface of the insulating ring 2 has a cathode lid 3
Are joined. In the upper space of the sodium container 5,
The inert gas G is sealed at a predetermined pressure, and the inert gas G pressurizes the sodium Na in the sodium container 5 in a direction to flow out from a small hole 6 provided at the bottom of the sodium container 5.

【0005】 また、固体電解質管4とナトリウム容器
5との間には、有底円筒状の隔壁(安全管)8が配置さ
れている。隔壁8は、固体電解質管4及びナトリウム容
器5と所定の間隙をもって配置されており、電池の放電
時には、ナトリウム容器5底部の小孔6から流出したナ
トリウムNaが、まずナトリウム容器5と隔壁8との間
隙を上方に移動し、更に隔壁8の上端縁を乗り越えて、
固体電解質管4と隔壁8との間隙を下方に移動して、こ
の間隙に滞留する。
Further, a bottomed cylindrical partition wall (safety tube) 8 is arranged between the solid electrolyte tube 4 and the sodium container 5. The partition wall 8 is arranged with a predetermined gap from the solid electrolyte tube 4 and the sodium container 5, and when the battery is discharged, sodium Na flowing out from the small hole 6 at the bottom of the sodium container 5 is first separated from the sodium container 5 and the partition wall 8. The upper part of the partition wall 8, and
It moves downward in the gap between the solid electrolyte tube 4 and the partition wall 8 and stays in this gap.

【0006】 ここでナトリウムNaは電子を放出して
ナトリウムイオンとなり、固体電解質管4を透過して陽
極室R2に移動し、陽極室R2の硫黄S及び外部回路を
通ってきた電子と反応して多硫化ナトリウムを生成する
とともに電圧を発生する。また、充電時には、放電時と
は逆にナトリウムNa及び硫黄Sの生成反応が起こる。
Here, sodium Na emits electrons to become sodium ions, passes through the solid electrolyte tube 4, moves to the anode chamber R2, and reacts with sulfur S in the anode chamber R2 and electrons that have passed through an external circuit. It generates sodium polysulfide and generates a voltage. In addition, the reaction of generating sodium Na and sulfur S occurs at the time of charging, contrary to the time of discharging.

【0007】 なお、隔壁8は、固体電解質管4が電池
使用中に破損して陽極室R2の硫黄Sが陰極のナトリウ
ムNaに直接接触して反応が開始されたとき、その直接
反応による発熱により熱膨張し、隔壁8と固体電解質管
4との間隔を小さくすることによって、直接反応の量を
減少させる役割を行う。これにより直接反応による発熱
が加速度的に電池を昇温し、陽極容器1を溶融させるな
どの危険から故障電池を保護している。
When the solid electrolyte tube 4 is damaged during use of the battery and the sulfur S in the anode chamber R2 directly contacts the sodium Na of the cathode to initiate the reaction, the partition wall 8 is heated by the direct reaction. It thermally expands and reduces the distance between the partition wall 8 and the solid electrolyte tube 4, thereby directly reducing the amount of reaction. As a result, the heat generated by the direct reaction accelerates the temperature of the battery and protects the defective battery from danger such as melting the anode container 1.

【0008】 ナトリウム−硫黄電池は、例えば図4に
示すように、断熱容器12内に単電池14を並べ、電池
下方に配置したヒーター13を加熱して290〜360
℃で動作させるモジュール電池として使用される。
In the sodium-sulfur battery, for example, as shown in FIG. 4, single cells 14 are arranged in a heat insulating container 12, and a heater 13 arranged below the battery is heated to heat the cells 290 to 360.
Used as a module battery operated at ℃.

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】 ところで、前記のよ
うな構造のナトリウム−硫黄電池として、従来からの負
荷平準タイプの他に高出力タイプのニーズが近年大きく
なっている。負荷平準タイプでは単電池1本当りの電流
が小さく、単電池間あるいは単電池下方のモジュール内
での温度計測点と単電池内部での温度差は小さく、充放
電中に単電池が自己発熱により昇温しても、温度計測点
での検出により運転停止できるため、異常発熱の問題は
ない。
By the way, in recent years, as a sodium-sulfur battery having the above-described structure, there is a growing need for a high output type battery in addition to the conventional load leveling type battery. In the load-leveling type, the current per cell is small, the temperature difference between the cells or inside the module below the cell and the temperature difference inside the cell are small, and the cells self-heat during charging and discharging. Even if the temperature rises, the operation can be stopped by the detection at the temperature measurement point, so there is no problem of abnormal heat generation.

【0010】 一方、高出力タイプでは大電流を流すた
め、単電池の内部温度が急上昇し、モジュール内の温度
計測では計測の応答遅れにより十分な監視ができなくな
る可能性がある。また、高出力タイプのモジュール電池
では、モジュール電池内部で単電池を並列化せず、通常
は図5の接続回路図に示すように、すべての単電池を一
直列化する必要がある。
On the other hand, in the high output type, a large current flows, so that the internal temperature of the unit cell rises sharply, and there is a possibility that sufficient monitoring cannot be performed due to a response delay in the measurement of the temperature inside the module. Further, in a high-power type module battery, it is necessary to serialize all the single cells as shown in the connection circuit diagram of FIG. 5 without parallelizing the single cells inside the module battery.

【0011】 この一直列化したモジュール電池の場
合、固体電解質管と隔壁との間隙の製造バラツキやモジ
ュール電池内の温度分布の存在から、高出力放電におい
て通電に寄与する固体電解質管表面積の減少の仕方にバ
ラツキがあり、通電面積がいち早く減少し始めた単電池
の内部抵抗が上昇する。
In the case of this one-serialized module battery, due to the manufacturing variation in the gap between the solid electrolyte tube and the partition wall and the presence of the temperature distribution in the module battery, the surface area of the solid electrolyte tube, which contributes to energization in high-power discharge, decreases There are variations in the way, and the internal resistance of the unit cell, whose current-carrying area began to decrease quickly, increases.

【0012】 しかし、この単電池に流れる電流Iはほ
とんど減少しない。単電池の電圧Vは、開放電圧を
O、内部抵抗をRとしたとき、V=VO−IRとなる
が、モジュール内の一単電池のみ内部抵抗が上昇した
時、Vは大きな負電圧(V<−20(V))となり、固体
電解質管に過電圧として加わる。
However, the current I flowing through this unit cell hardly decreases. When the open-circuit voltage is V O and the internal resistance is R, the voltage V of the unit cell is V = V O -IR, but when the internal resistance of only one unit cell in the module rises, V is a large negative voltage. (V <−20 (V)), which is applied as an overvoltage to the solid electrolyte tube.

【0013】 その際、温度監視、電圧監視が充分に機
能すると、このような過電圧が防止できるが、不十分な
場合は更なる温度上昇により、隔壁8が膨張して固体電
解質管4との間隙が極めて小さくなり、最終的には固体
電解質管4の陽極モールド7の上端の高さに相当する部
位P(図3参照)に大電流が集中し、その部位から固体
電解質管4が破壊する。
At this time, if the temperature monitoring and the voltage monitoring function sufficiently, such an overvoltage can be prevented. However, if the temperature monitoring and the voltage monitoring are insufficient, the partition wall 8 expands due to a further temperature increase, and the gap with the solid electrolyte tube 4 is increased. Becomes extremely small, and finally a large current concentrates on a portion P (see FIG. 3) corresponding to the height of the upper end of the anode mold 7 of the solid electrolyte tube 4, and the solid electrolyte tube 4 is destroyed from that portion.

【0014】 そして、この固体電解質管4の破損後に
も放電が継続されると、放電エネルギーによって、固体
電解質管4内側の隔壁8が溶融し、更にその内側に存在
するナトリウム容器5まで溶損し、その結果、陽極活物
質である硫黄Sと陰極活物質であるナトリウムNaとが
大量に反応して、電池外部に漏れ出す(開放破壊)とい
う問題がある。
When the discharge is continued even after the solid electrolyte tube 4 is damaged, the partition wall 8 inside the solid electrolyte tube 4 is melted by the discharge energy, and further the sodium container 5 inside the partition wall 8 is melted and damaged. As a result, there is a problem that a large amount of sulfur S, which is the anode active material, reacts with sodium Na, which is the cathode active material, and leaks out of the battery (open breakdown).

【0015】 本発明は、このような事情に鑑みてなさ
れたものであり、その目的とするところは、1本の単電
池が高抵抗化し始めた以降も大電流が流れ、これにより
この単電池に過電圧が発生し始めた場合においても、電
圧降下開始を遅らせ、あるいは電圧降下速度を小さくす
ることにより電圧監視を容易にするとともに、単電池の
温度急上昇により固体電解質管が破壊しても、活物質同
士の大量反応を防止し、直ちに単電池の開放破壊に至ら
ないような、安全性を向上させた、特に高出力に適した
ナトリウム−硫黄電池を提供することにある。
The present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to flow a large current even after the resistance of one unit cell starts to increase, and as a result, the unit cell has a high current. Even when an overvoltage starts to occur in the battery, voltage monitoring can be facilitated by delaying the start of the voltage drop or decreasing the voltage drop rate, and even if the solid electrolyte tube is destroyed due to a sudden temperature rise in the cell, It is an object of the present invention to provide a sodium-sulfur battery, which is suitable for high output, in which safety is improved so that a large amount of reaction between substances is prevented and immediate open cell destruction is not caused.

【0016】[0016]

【課題を解決するための手段】 本発明によれば、有底
円筒状の固体電解質管の内側に陰極室、外側に陽極室を
それぞれ形成し、陽極室内には陽極活物質である硫黄を
含浸した円筒状の陽極モールドを収容し、陰極室となる
前記固体電解質管の内側には、有底円筒状の隔壁を、前
記固体電解質管との間に所定の間隙をもって配置し、更
に前記隔壁の内側に、陰極活物質であるナトリウムを収
容したナトリウム容器を、前記隔壁との間に所定の間隙
をもって配置してなるナトリウム−硫黄電池であって、
前記陽極モールドの上部に、前記陽極モールドの外径よ
りも小さな外径を有する小径陽極モールドを配置し、当
該小径陽極モールドの外側に空間を形成して、放電中に
陽極室上部に溜まる陽極活物質が前記空間内に滞留する
ようにしたことを特徴とするナトリウム−硫黄電池(第
1発明)、が提供される。
According to the present invention, a cathode chamber is formed inside a solid electrolyte tube having a bottomed cylindrical shape, and an anode chamber is formed outside thereof, and the anode chamber is impregnated with sulfur as an anode active material. In the inside of the solid electrolyte tube that serves as a cathode chamber, the cylindrical partition wall having a bottom is disposed with a predetermined gap between the solid electrolyte tube and the solid electrolyte tube. A sodium-sulfur battery in which a sodium container containing sodium that is a cathode active material is disposed inside with a predetermined gap between the partition and the partition wall,
A small-diameter anode mold having an outer diameter smaller than that of the anode mold is arranged on the upper part of the anode mold, a space is formed outside the small-diameter anode mold, and an anode active material that accumulates in the upper part of the anode chamber during discharge is formed. There is provided a sodium-sulfur battery (first invention), characterized in that a substance is retained in the space.

【0017】 また、本発明によれば、有底円筒状の固
体電解質管の内側に陰極室、外側に陽極室をそれぞれ形
成し、陽極室内には陽極活物質である硫黄を含浸した円
筒状の陽極モールドを収容し、陰極室となる前記固体電
解質管の内側には、有底円筒状で、前記陽極モールドの
上端より低い部位から上方において前記固体電解質管と
の間隙が大きくなるように形成された隔壁を、前記固体
電解質管との間に所定の間隙をもって配置し、更に前記
隔壁の内側に、陰極活物質であるナトリウムを収容した
ナトリウム容器を、前記隔壁との間に所定の間隙をもっ
て配置してなるナトリウム−硫黄電池であって、前記陽
極モールドの上部に、前記陽極モールドの外径よりも小
さな外径を有する小径陽極モールドを配置し、当該小径
陽極モールドの外側に空間を形成して、放電中に陽極室
上部に溜まる陽極活物質が前記空間内に滞留するように
したことを特徴とするナトリウム−硫黄電池(第2発
明)、が提供される。
Further, according to the present invention, a cathode chamber is formed inside a bottomed cylindrical solid electrolyte tube, and an anode chamber is formed outside the solid electrolyte tube, and the inside of the anode chamber has a cylindrical shape impregnated with sulfur as an anode active material. Inside the solid electrolyte tube that houses the anode mold and serves as the cathode chamber, it is formed in a cylindrical shape with a bottom so that the gap between the solid electrolyte tube and the solid electrolyte tube becomes large above the portion lower than the upper end of the anode mold. A partition wall with a predetermined gap between the solid electrolyte tube and a sodium container containing sodium as a cathode active material inside the partition wall with a predetermined gap between the partition wall and the solid electrolyte tube. In the sodium-sulfur battery, the small-diameter anode mold having an outer diameter smaller than the outer diameter of the anode mold is arranged on the anode mold, and the outside of the small-diameter anode mold. There is provided a sodium-sulfur battery (second invention), characterized in that a space is formed in the space, and the anode active material accumulated in the upper part of the anode chamber during discharge stays in the space.

【0018】[0018]

【発明の実施の形態】 図1は、第1発明に係るナトリ
ウム−硫黄電池の実施形態の一例を示す断面図である。
図中、4はナトリウムイオンを選択的に透過させる機能
を有する有底円筒状の固体電解質管である。この固体電
解質管4は陽極容器1内に配置され、これにより固体電
解質管4の外側に陽極室R2が形成される。陽極室R2
には、陽極活物質である硫黄Sを含浸した円筒状の陽極
モールド7が収容されている。固体電解質管4はβ−ア
ルミナやβ”−アルミナ等からなり、陽極容器1はアル
ミニウムやステンレス鋼等からなる。また、陽極容器1
の上端近傍部位には、当該容器の熱変化に伴う膨張・収
縮を吸収緩和するためのくびれ9が形成されている。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION FIG. 1 is a sectional view showing an example of an embodiment of a sodium-sulfur battery according to the first invention.
In the figure, 4 is a bottomed cylindrical solid electrolyte tube having a function of selectively permeating sodium ions. This solid electrolyte tube 4 is arranged in the anode container 1, and thereby an anode chamber R2 is formed outside the solid electrolyte tube 4. Anode chamber R2
Accommodates a cylindrical anode mold 7 impregnated with sulfur S that is an anode active material. The solid electrolyte tube 4 is made of β-alumina, β ″ -alumina or the like, and the anode container 1 is made of aluminum, stainless steel or the like.
A constriction 9 for absorbing and relaxing expansion and contraction due to heat change of the container is formed near the upper end of the container.

【0019】 一方、固体電解質管4の内側には、陰極
室R1が形成され、アルミニウム、アルミニウム合金、
ステンレス鋼等のナトリウムに対する耐食性に優れた金
属材料よりなる有底円筒状の隔壁8が、固体電解質管4
との間に所定の間隙をもって配置され、更に、隔壁8の
内側に、陰極活物質である溶融金属ナトリウムNaを収
容した有蓋・有底円筒状のナトリウム容器5が、隔壁8
との間に所定の間隙をもって配置されている。
On the other hand, inside the solid electrolyte tube 4, a cathode chamber R1 is formed, and aluminum, aluminum alloy,
The bottomed cylindrical partition wall 8 made of a metal material having excellent corrosion resistance to sodium such as stainless steel is used as the solid electrolyte tube 4.
And a closed bottomed cylindrical sodium container 5 containing molten metal sodium Na, which is a cathode active material, is disposed inside the partition wall 8 with a predetermined gap.
And a predetermined gap therebetween.

【0020】 陽極容器1と固体電解質管4とは、絶縁
リング2を介して結合されており、絶縁リング2の上端
面には陰極蓋3が接合されている。絶縁リング2は、陽
極室R2と陰極室R1との電気的絶縁性を保持する必要
から、絶縁性を有するセラミックスからなるものが好ま
しく、強度、コスト等に鑑みるとα−アルミナなどが好
適に使用される。
The anode container 1 and the solid electrolyte tube 4 are connected via an insulating ring 2, and a cathode lid 3 is bonded to the upper end surface of the insulating ring 2. The insulating ring 2 is preferably made of ceramics having an insulating property because it is necessary to maintain electrical insulation between the anode chamber R2 and the cathode chamber R1, and α-alumina or the like is preferably used in view of strength, cost and the like. To be done.

【0021】 ナトリウム容器5の底部には、小孔6が
透設されており、また、ナトリウム容器5の上部空間に
は、窒素ガスやアルゴンガス等の不活性ガスGが所定の
圧力で封入され、この不活性ガスGにより、ナトリウム
容器5内のナトリウムNaが小孔6から流出する方向へ
加圧される。
A small hole 6 is provided through the bottom of the sodium container 5, and an inert gas G such as nitrogen gas or argon gas is sealed in the upper space of the sodium container 5 at a predetermined pressure. The inert gas G pressurizes the sodium Na in the sodium container 5 in the direction of flowing out from the small holes 6.

【0022】 そして、第1発明のナトリウム−硫黄電
池では、その特徴的な構造として、陽極モールド7の上
部に、更に陽極モールド7の外径よりも小さな外径を有
する小径陽極モールド7′を配置し、当該小径陽極モー
ルド7′の外側に空間11を形成して、放電中に陽極室
R2上部に溜まる陽極活物質が空間11内に滞留するよ
うにしている。
In the sodium-sulfur battery of the first invention, as a characteristic structure thereof, a small-diameter anode mold 7 ′ having an outer diameter smaller than the outer diameter of the anode mold 7 is arranged above the anode mold 7. Then, a space 11 is formed outside the small-diameter anode mold 7 ′ so that the anode active material accumulated in the upper part of the anode chamber R 2 during the discharge stays in the space 11.

【0023】 このように、陽極モールド7の上部に、
更に小径陽極モールド7′を配置することにより、固体
電解質管4に接触する陽極モールドの面積が大きくな
り、通電面積が拡大するので、単電池の内部抵抗が小さ
くなり、単電池の高出力性能が向上する。
In this way, on the upper part of the anode mold 7,
Further, by arranging the small-diameter anode mold 7 ', the area of the anode mold in contact with the solid electrolyte tube 4 is increased and the energization area is expanded, so that the internal resistance of the cell is reduced and the high output performance of the cell is improved. improves.

【0024】 また、電池がその運転上限温度を超えて
更に放電が継続されることにより隔壁8が熱膨張し、N
aの流路となる隔壁8と固体電解質管4との間隙が減少
した場合においても、前記のように通電面積が拡大した
ことにより、電流の集中度が緩和され、それが電圧降下
開始時間を遅れさせたり、電圧降下速度を緩慢にする効
果を生む。
Further, when the battery exceeds the operating upper limit temperature and is further discharged, the partition wall 8 thermally expands and N
Even when the gap between the partition wall 8 serving as the flow path of a and the solid electrolyte tube 4 is reduced, the current-carrying area is expanded as described above, so that the degree of concentration of the current is relieved, which reduces the voltage drop start time. It has the effect of delaying or slowing down the voltage drop rate.

【0025】 更に、小径陽極モールド7′を配置し、
その反発力で固体電解質管4をより上部まで押さえるこ
とによって、最終的に固体電解質管4が破損に至った場
合においても、その破片が脱落しにくくなり、安全性が
向上する。
Further, a small-diameter anode mold 7 ′ is arranged,
By pressing the solid electrolyte tube 4 to the upper part by the repulsive force, even when the solid electrolyte tube 4 is finally broken, the fragments are less likely to fall off and the safety is improved.

【0026】 更にまた、小径陽極モールド7′の外側
に空間11を形成することにより、放電中に陽極室のR
2の上部に溜まる陽極活物質は、空間11内に滞留し
て、固体電解質管4側には存在しない状態が達成される
ので、固体電解質管4が破損した場合においても、陽極
活物質と陰極活物質との直接反応を制限することがで
き、活物質が容易に電池外部に漏洩しなくなる。
Furthermore, by forming the space 11 outside the small-diameter anode mold 7 ′, the R of the anode chamber during discharge can be reduced.
Since the anode active material accumulated in the upper part of 2 stays in the space 11 and the state where it does not exist on the solid electrolyte tube 4 side is achieved, even when the solid electrolyte tube 4 is damaged, the anode active material and the cathode The direct reaction with the active material can be limited, and the active material does not easily leak to the outside of the battery.

【0027】 なお、小径陽極モールド7′の外周部
は、リング状部材(バックアップリング)10で保持す
ることが好ましく、これにより、固体電解質管4が破損
した際に、破損部位がより脱落しにくくなり、安全性が
一層向上する。このリング状部材10の材質としては、
アルミニウムやアルミニウム合金にクロムメッキを施す
などして活物質に対する耐腐食性を高めたものが好適に
使用できる。
The outer peripheral portion of the small-diameter anode mold 7 ′ is preferably held by a ring-shaped member (backup ring) 10, so that when the solid electrolyte tube 4 is damaged, the damaged portion is less likely to fall off. Therefore, the safety is further improved. As a material of the ring-shaped member 10,
A material in which corrosion resistance to an active material is enhanced by plating chromium on aluminum or an aluminum alloy can be preferably used.

【0028】 図2は、第2発明に係るナトリウム−硫
黄電池の実施形態の一例を示す断面図である。このナト
リウム−硫黄電池の基本的な構造は前記第1発明と同様
であり、前記第1発明と同様の効果を発揮するが、更に
その特徴的な構造として、隔壁8が、陽極モールド7の
上端より低い部位8aから上方において固体電解質管4
との間隙が大きくなるように形成されている。
FIG. 2 is a sectional view showing an example of an embodiment of a sodium-sulfur battery according to the second invention. The basic structure of this sodium-sulfur battery is the same as that of the first invention, and the same effect as that of the first invention is exerted. Further, as its characteristic structure, the partition wall 8 is the upper end of the anode mold 7. The solid electrolyte tube 4 is located above the lower part 8a.
Is formed so that the gap between and is large.

【0029】 このような構造とすると、大電流に起因
する温度上昇により1本の単電池における固体電解質管
4と隔壁8との間隙が狭くなって、この単電池がより高
抵抗化しても、陽極モールド7の上端近傍での固体電解
質管4と隔壁8との間隙が従来に比べ大きいため、電圧
降下開始時間がより一層遅れ、あるいは電圧降下速度が
一層緩慢になる。そして、これにより、電圧測定の時間
軸上の分解能を下げることが可能となり、電圧監視を容
易にするとともに、測定器のコストも下げることが可能
となる。
With such a structure, the temperature rise due to a large current narrows the gap between the solid electrolyte tube 4 and the partition wall 8 in one unit cell, so that even if the unit cell has higher resistance, Since the gap between the solid electrolyte tube 4 and the partition wall 8 in the vicinity of the upper end of the anode mold 7 is larger than in the conventional case, the voltage drop start time is further delayed or the voltage drop speed becomes slower. As a result, the resolution of voltage measurement on the time axis can be reduced, voltage monitoring can be facilitated, and the cost of the measuring device can be reduced.

【0030】[0030]

【発明の効果】 以上説明したように、本発明のナトリ
ウム−硫黄電池は、単電池に過電圧が加わり始めても、
電圧降下開始を遅らせ、あるいは電圧降下速度を緩慢に
して、電圧測定の分解能を下げることが可能となり、電
圧監視が容易となる。また、過電圧が加わり、温度が異
常に上昇して固体電解質管が破損した場合でも、直ちに
放電不能な状態になったり、活物質が容易に電池外部に
漏れ出したりすることがなく、しばらくの間は安全に出
力を継続することができる。本発明は、特に高出力タイ
プのナトリウム−硫黄電池に有効である。
As described above, the sodium-sulfur battery of the present invention, even when the overvoltage starts to be applied to the unit cell,
By delaying the start of the voltage drop or slowing the voltage drop rate, it is possible to reduce the resolution of the voltage measurement, which facilitates voltage monitoring. In addition, even if the solid electrolyte tube is damaged due to an abnormal temperature rise due to overvoltage, there is no possibility of immediate discharge failure or active material leaking out of the battery for a while. Can safely continue to output. The present invention is particularly effective for high-power type sodium-sulfur batteries.

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

【図1】 第1発明に係るナトリウム−硫黄電池の実施
形態の一例を示す断面図である。
FIG. 1 is a cross-sectional view showing an example of an embodiment of a sodium-sulfur battery according to the first invention.

【図2】 第2発明に係るナトリウム−硫黄電池の実施
形態の一例を示す断面図である。
FIG. 2 is a sectional view showing an example of an embodiment of a sodium-sulfur battery according to the second invention.

【図3】 従来のナトリウム−硫黄電池の一例を示す断
面図である。
FIG. 3 is a cross-sectional view showing an example of a conventional sodium-sulfur battery.

【図4】 ナトリウム−硫黄モジュール電池の構造一例
を示す断面図である。
FIG. 4 is a cross-sectional view showing an example of the structure of a sodium-sulfur module battery.

【図5】 ナトリウム−硫黄単電池を一直列化した高出
力タイプのモジュール電池の接続回路図である。
FIG. 5 is a connection circuit diagram of a high-power type module battery in which a sodium-sulfur cell is connected in series.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…陽極容器、2…絶縁リング、3…陰極蓋、4…固体
電解質管、5…ナトリウム容器、6…小孔、7…陽極モ
ールド、7′…小径陽極モールド、8…隔壁、9…くび
れ、10…リング状部材(バックアップリング)、11
…空間、12…断熱容器、13…ヒーター、14…単電
池、R1…陰極室、R2…陽極室、Na…ナトリウム、
S…硫黄、G…不活性ガス。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Anode container, 2 ... Insulation ring, 3 ... Cathode lid, 4 ... Solid electrolyte tube, 5 ... Sodium container, 6 ... Small hole, 7 ... Anode mold, 7 '... Small diameter anode mold, 8 ... Partition wall, 9 ... Constriction. 10 ... Ring-shaped member (backup ring), 11
... Space, 12 ... Insulation container, 13 ... Heater, 14 ... Single cell, R1 ... Cathode chamber, R2 ... Anode chamber, Na ... Sodium,
S ... Sulfur, G ... Inert gas.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 5H029 AJ03 AJ12 AK05 AL13 AM09 AM15 BJ06 BJ16 BJ22 BJ23 DJ04 HJ12    ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued front page    F term (reference) 5H029 AJ03 AJ12 AK05 AL13 AM09                       AM15 BJ06 BJ16 BJ22 BJ23                       DJ04 HJ12

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 有底円筒状の固体電解質管の内側に陰極
室、外側に陽極室をそれぞれ形成し、陽極室内には陽極
活物質である硫黄を含浸した円筒状の陽極モールドを収
容し、陰極室となる前記固体電解質管の内側には、有底
円筒状の隔壁を、前記固体電解質管との間に所定の間隙
をもって配置し、更に前記隔壁の内側に、陰極活物質で
あるナトリウムを収容したナトリウム容器を、前記隔壁
との間に所定の間隙をもって配置してなるナトリウム−
硫黄電池であって、 前記陽極モールドの上部に、前記陽極モールドの外径よ
りも小さな外径を有する小径陽極モールドを配置し、当
該小径陽極モールドの外側に空間を形成して、放電中に
陽極室上部に溜まる陽極活物質が前記空間内に滞留する
ようにしたことを特徴とするナトリウム−硫黄電池。
1. A cathode chamber is formed inside a bottomed cylindrical solid electrolyte tube, and an anode chamber is formed outside, and a cylindrical anode mold impregnated with sulfur as an anode active material is accommodated in the anode chamber, Inside the solid electrolyte tube serving as the cathode chamber, a cylindrical partition wall with a bottom is arranged with a predetermined gap between the partition wall and the solid electrolyte tube, and inside the partition wall, sodium as a cathode active material is placed. A sodium container containing the sodium container arranged with a predetermined gap between the sodium container and the
A sulfur battery, wherein a small-diameter anode mold having an outer diameter smaller than the outer diameter of the anode mold is arranged on the upper part of the anode mold, and a space is formed outside the small-diameter anode mold to form an anode during discharge. A sodium-sulfur battery, characterized in that the anode active material accumulated in the upper part of the chamber is retained in the space.
【請求項2】 前記小径陽極モールドの外周部をリング
状部材で保持した請求項1記載のナトリウム−硫黄電
池。
2. The sodium-sulfur battery according to claim 1, wherein an outer peripheral portion of the small-diameter anode mold is held by a ring-shaped member.
【請求項3】 有底円筒状の固体電解質管の内側に陰極
室、外側に陽極室をそれぞれ形成し、陽極室内には陽極
活物質である硫黄を含浸した円筒状の陽極モールドを収
容し、陰極室となる前記固体電解質管の内側には、有底
円筒状で、前記陽極モールドの上端より低い部位から上
方において前記固体電解質管との間隙が大きくなるよう
に形成された隔壁を、前記固体電解質管との間に所定の
間隙をもって配置し、更に前記隔壁の内側に、陰極活物
質であるナトリウムを収容したナトリウム容器を、前記
隔壁との間に所定の間隙をもって配置してなるナトリウ
ム−硫黄電池であって、 前記陽極モールドの上部に、前記陽極モールドの外径よ
りも小さな外径を有する小径陽極モールドを配置し、当
該小径陽極モールドの外側に空間を形成して、放電中に
陽極室上部に溜まる陽極活物質が前記空間内に滞留する
ようにしたことを特徴とするナトリウム−硫黄電池。
3. A bottomed cylindrical solid electrolyte tube is provided with a cathode chamber inside and an anode chamber outside, and a cylindrical anode mold impregnated with sulfur as an anode active material is housed in the anode chamber, Inside the solid electrolyte tube to be the cathode chamber, a bottomed cylindrical shape, a partition wall formed so that the gap between the solid electrolyte tube and the upper part of the anode mold is higher than the upper part of the anode mold, Sodium-sulfur, which is arranged with a predetermined gap between the electrolyte tube and a sodium container containing sodium as a cathode active material inside the partition with a predetermined gap between the partition and the partition. In the battery, a small-diameter anode mold having an outer diameter smaller than the outer diameter of the anode mold is arranged on the upper part of the anode mold, and a space is formed outside the small-diameter anode mold to form a space. Sulfur battery - sodium anode active material accumulated in the anode chamber top in it, characterized in that so as to stay in the space.
【請求項4】 前記小径陽極モールドの外周部をリング
状部材で保持した請求項3記載のナトリウム−硫黄電
池。
4. The sodium-sulfur battery according to claim 3, wherein the outer peripheral portion of the small diameter anode mold is held by a ring-shaped member.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN102610867A (en) * 2011-01-20 2012-07-25 中国科学院上海硅酸盐研究所 Sodium-sulphur battery with enclosed structure
CN102610867B (en) * 2011-01-20 2014-08-27 上海电气钠硫储能技术有限公司 Sodium-sulphur battery with enclosed structure

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