JP2631409B2 - ナトリウム硫黄電池 - Google Patents

ナトリウム硫黄電池

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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は電池に係り、特に電池を構成するエレメント
が破損した時に安全性を確保するに好適な手段を備えた
ナトリウム硫黄電池に関する。
〔従来の技術〕
従来の装置は、特開昭60−12680号公報に記載のよう
に電極面積を多くとる為に硫黄を固体電解質管外側に存
在させ、金属容器の細孔からナトリウムを流出させる構
造が多く、電池を構成するエレメントが破損した時、ナ
トリウムと硫黄の直接反応を防止する為の対策が不十分
であった。
〔発明が解決しようとする課題〕
上記従来技術は、電池を構成する固体電解質管が破損
した時、多量のナトリウムが金属容器から固体電解質管
の破損部に供給され硫黄と直接反応する現象について配
慮がされておらず、電池の容器が変形したり、溶解して
活物質が容器外へ漏洩する問題があった。
本発明の目的は、電池が破損した時ナトリウムと硫黄
の直接反応量を減じ安全性を向上させることにある。
〔課題を解決するための手段〕
上記目的は、ナトリウムイオン伝導性を有する固体電
解質管と、固体電解質管内に配設され、ナトリウムを保
有し、底部にナトリウムの流出孔を有する金属容器とを
備えたナトリウム硫黄電池において、金属容器のナトリ
ウムの流出孔もしくはその近傍にポロシティ71〜89%の
部材を配設したことにより達成される。
〔作用〕
上記構成によれば、金属容器のナトリウム流出孔若し
くはその近傍にポロシティ71〜89%の部材を配設してい
るので、電池を構成する固体電解質管が破損した時、ナ
トリウムに比較して蒸気圧の高い硫黄が固体電解質管の
破損部を通過して金属容器外表面と固体電解質管の内表
面とで形成される間隙に流入するが、ナトリウムの金属
容器からの流出量が制限され、多量のナトリウムと硫黄
との直接反応を抑制出来る。
また、ナトリウムは流出量が制限されるので、相対的
に硫黄の量が多くそのため高融点の低硫化ナトリウムが
生成し固体電解質管の破損部およびその近傍を被覆して
硫黄の流入が阻止され直接反応が停止する。
このようにして、電池を構成する固体電解質管が破損
した時の安全性が向上する。
更に、金属容器のナトリウム流出孔若しくはその近傍
に配設するポロシティの低い部材を多孔質でナトリウム
に対して耐食性を有する材料例えば、SUS304若しくはSU
S316Lからなる金属繊維をフェルト状にして更に圧縮し
て成形したもの、或いはSUS304若しくはSUS316Lからな
る金属繊維を加圧して更に焼結して成形したもの、或い
はアルミナ繊維、或いは炭素繊維を用いることにより、
長期間にわたり電池の安全性が確保される。
〔実施例〕
本発明の実施例を図や表を用いて説明する。
第1a図は第1実施例に用いたナトリウム硫黄電池の全
体構成を示したものでである。ナトリウム硫黄電池の最
も外側にある正極容器3は正負極絶縁用α−アルミナリ
ング2を介して負極容器4と熱圧接法により気密接合さ
れ、正極容器3の内側に配設される固体電解質管1はそ
の間に正極活物質である硫黄9を保有し頂部で正負極絶
縁用α−アルミナリング2とガラス半田等により気密接
合される。熱圧接法とは金属とセラミックの間にアルミ
パッキンを挿入し真空中で加熱及び加圧して接合する方
法である。
第1b図は本実施例に用いたナトリウム硫黄電池の下部
の構成を拡大して示したものである。固体電解質管1の
内側に配設される金属容器5はその内側に充放電に必要
な負極活物質であるナトリウム8を保有し、ナトリウム
8は金属容器5の底部に設けられたナトリウム流出口5A
より固体電解質管1側へ流出入する。固体電解質管1と
金属容器5から構成される隙間にはナトリウム8を固体
電解質管1の内側表面に供給する金属繊維6が充填され
ている。この金属繊維6は直径数μmの繊維をポロシテ
ィで93〜97%に圧縮している。ポロシティとは多孔質材
料の単位体積当りの空間率を示した無次元数で、ポロシ
ティが小さい程空間が少ないから空間内を流れる流体に
対して大きな流動抵抗を有する。また、充填率とは次の
関係にある。
ポロシティ=1−充填率 ……(1) 本実施例では便宜上ポロシティをパーセントに換算し
た値を用いている。
筒状に成形された金属繊維6の底部6Aは、金属容器5
と金属リング7の間に配設され、金属リング7を固体電
解質管1方向に締めて所定のポロシティを与える。底部
6Aのポロシティを71〜89%とすることにより、ナトリウ
ム流出口5Aからのナトリウム8の流量を制限し固体電解
質管1破損時の直接反応の拡大を抑制している。負極容
器4に負電極14が挿入されシール溶接されている。金属
容器5に負電極14からナトリウム8が真空注入され負電
極14の先端を閉じる為に溶接されている。一方正極活物
質の硫黄9はカーボン繊維10に含浸され円筒状に成形さ
れ、固体電解質管1と正極容器3で形成される空間に挿
入され、正極容器3と正極キャップ11はシール溶接され
ている。カーボン繊維10は硫黄9に電気伝導性を与える
為に用いられている。
次に固体電解質管1の特性について説明をする。
ナトリウム硫黄電池の固体電解質管1はナトリウムイ
オン伝導性を有する機能セラミックスであり、充放電を
繰り返すとその特性上機能が低下し自然発生的に破損す
ることを予測して対応する必要がある。また、セラミッ
クスが宿命的に持つ欠陥により、電池として製造された
後、その欠陥部を起点として機械的応力で割れる場合
や、ナトリウムイオン伝導性を有する機能上電池内の不
純物例えばカリウム、カルシウムがイオン化してナトリ
ウムイオンと置換し、その部分から次第に粒子が壊れて
いき破損に至る場合がある。固体電解質管1の破損によ
り硫黄9とナトリウム8は直接反応しその反応は発熱を
伴うので、急激かつ多量に起る場合は正極容器3を溶解
しナトリウム8と硫黄9の反応生成物が電池外へ漏洩す
ることがある。ナトリウム硫黄電池は単位セル当りの発
生電圧が低いので、大きな電圧を得る為に多数のセルを
直列に接続し、また大きな電流を得るために並列に接続
してモジュールを構成しているが、このような破損事故
を起すと地絡、短絡に至り、そのモジュールを系統から
切り離さざるをえなくなる。また、反応生成物が外気と
反応しSOxガス等を発生する場合がある。このような理
由で固体電解質管1が破損しても、その影響を電池内に
留める必要がある。上記命題を解決する為には固体電解
質管1破損時の硫黄9とナトリウム8の直接反応を最小
限に抑制しなければならない。
次に本実施例の動作について説明をする。
第2図はナトリウム流出口5Aの孔径をパラメータとし
た場合のナトリウムの流量を制御するエレメントである
底部6Aの充填率とナトリウムの流量との関係を示した図
表である。充填率とポロシティとは(1)式に示した関
係にある。ナトリウム流出口5Aの孔径は孔加工上の理由
や長期運転時ナトリウムの酸化物、不純物による孔閉塞
を考慮すると0.5〜1.0mmが望ましい。ナトリウム流量の
下限は電池の放電時間より規定され通常5時間で、上限
はナトリウムの流量Qと、電池の熱容量Cと、反応継続
時間Tと、電池構成部材の許容温度T0より定まる。この
T0は硫黄9の蒸気圧pと電池構成部材の最弱個所の許容
応力σとの関係より定まる。本実施例における最弱個所
は、熱圧接部であり、その強度より硫黄9の許容蒸気圧
pが定まる。
硫黄の蒸気圧は温度に依存する為(2)式からpを得
て更にT0が得られる。第2図のナトリウム流出時間に対
応する反応継続時間Tは本質的には電池外表面からの放
熱を考慮に入れた伝熱計算が必要とされるれけれども、
最も厳しい条件では下記の式で示される。
Q:Naの流量g/hr T:反応継続時間hr C:電池の熱容量Wh/℃ 330℃:電池の運転温度 2.6Wh/g:ナトリウムの保有エネルギ即ち、固体電解質
管1破損時に電池の安全性を確保し、かつ電池の放電特
性を低下させないナトリウムの流出時間は、上限が
(3)式より求まるT、下限が放電時間より求まる5hr
である。本実施例の場合上限が1hr、下限が5hrである。
この時間は電池の構成により変化し、本実施例に限定さ
れるものではない。ナトリウム流出口5Aの孔径が0.5mm
の場合ポロシティは71〜89%、1mmの場合ポロシティは7
1〜83%の範囲において放電性能と安全性を確保出来
る。第2図のデータは直径8μm、SUS316L製の金属繊
維を用いて得たものである。線径や材質が異なる場合、
ポロシティの選定範囲は其れ其れ変化する。
以上の前提により構成された電池の過充電による破壊
試験を行なった。過充電によって固体電解質管1に高い
電圧が印加され絶縁破壊を起し破損に至る。更に、過充
電による破壊は硫黄9とナトリウム8がほぼ完全に分離
された状態、即ちそれぞれが保有するエネルギが最高の
状態であり最も過酷条件と考えることが出来る。
第3図は破壊試験に供した電池外表面の温度上昇を示
した図表である。横軸は分子をi番目のサンプルとし分
母を全サンプルに1を加えた数の百分率で、縦軸は破損
時の温度上昇である。サンプルを温度上昇の順に並べて
それに対応する温度上昇を最小二乗法等により線を引い
て外挿し、横軸の100%と交叉した縦軸の温度上昇が信
頼性の高い予測値となる。本実施例ではその予測値が50
℃で6本の電池全てがそれ以下であり、試験後の外観は
いささかの変形も認められなかった。また充放電性能上
も問題が無かった。
第4図に本発明の第2実施例を示す。金属容器5のナ
トリウム流出口5Aの固体電解質管1側の孔径を大きく加
工しその部分にステンレス製の短繊維を圧縮成形したポ
ロシティ80%のフィルタ12を装填し、筒状に成形した金
属繊維6を配置し金属リング7と金属容器5の印篭部に
より固定する構造とした。本実施例においても第1実施
例と同等の効果が得られることを確認した。
第5図に本発明の第3実施例を示す。第2実施例のフ
ィルタ12と同様に製作したブッシュ13をナトリウム流出
口5Aの金属容器5側から挿入し周囲を溶接して固定する
構造とした。本実施例においても第1実施例と同等の効
果が得られることを確認した。
以上に述べた第1図、第4図、第5図に示したポロシ
ティの低い部材はSUS316Lステンレス製の金属繊維を用
いたものであるがSUS304を用いても同様の効果が期待出
来る。また、多孔質でナトリウムに対して耐食性を有す
る材料であれば金属で無い繊維例えばアルミナ繊維、多
孔質アルミナ成形体、カーボン繊維、多孔質カーボン成
形体等が同等の機能を有する。
〔発明の効果〕
本発明によれば、金属容器のナトリウム流出孔若しく
はその近傍にポロシティ71〜89%の部材を配設している
ので、固体電解質管が破損した時、ナトリウムの金属容
器からの流出量が制限され、多量のナトリウムと硫黄と
の直接反応を抑制出来るので、電池が破損した時ナトリ
ウムと硫黄の直接反応量を減じ安全性を向上させる効果
が得られる。
【図面の簡単な説明】
第1a図は本発明の実施例に係る電池の全体縦断面図、第
1b図は第1a図に示した電池の下部拡大縦断面図、第2図
は本発明の実施例に係るナトリウム流出口に装着する金
属繊維の充填率とナトリウムの流出量の関係を示す図
表、第3図は本発明の実施例における破壊試験に供した
電池数と電池外表面の温度上昇との関係を示した図表、
第4図は本発明の第2実施例に係る下部拡大縦断面図、
第5図は本発明の第3実施例に係る下部拡大縦断面図で
ある。 1……固体電解質管、3……正極容器、 4……負極容器、5……金属容器、 5A……ナトリウム流出口、6……金属繊維、 6A……底部、7……金属リング、8……ナトリウム、 9……硫黄、10……カーボン繊維、 11……正極キャップ、12……フィルタ、 13……ブッシュ、14……負電極
───────────────────────────────────────────────────── 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3丁目1番1号 株式 会社日立製作所日立工場内 (72)発明者 安島 浩美 茨城県日立市幸町3丁目1番1号 株式 会社日立製作所日立工場内 (72)発明者 大島 正明 東京都千代田区内幸町1丁目1番3号 東京電力株式会社内 (72)発明者 小林 朗 東京都千代田区内幸町1丁目1番3号 東京電力株式会社内 (56)参考文献 特開 昭61−138474(JP,A)

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】ナトリウムイオン伝導性を有する固体電解
    質管と、該固体電解質管内に配設され、ナトリウムを保
    有し、底部に該ナトリウムの流出孔を有する金属容器と
    を備えたナトリウム硫黄電池において、 前記金属容器のナトリウムの流出孔もしくはその近傍に
    ポロシティ71〜89%の部材を配設したことを特徴とする
    ナトリウム硫黄電池。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100294468B1 (ko) * 1994-06-08 2001-10-24 남창우 다층구조의유황전극을갖는나트륨-유황전지
KR101419475B1 (ko) * 2012-12-21 2014-07-16 재단법인 포항산업과학연구원 나트륨 유황 전지
CN116465572B (zh) * 2023-06-20 2023-12-08 宁德时代新能源科技股份有限公司 电池检测设备及其检测电池的方法、装置

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3444917A1 (de) * 1984-12-08 1986-06-12 Brown, Boveri & Cie Ag, 6800 Mannheim Elektrochemische speicherzelle

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107635937A (zh) * 2015-03-12 2018-01-26 弗劳恩霍夫应用研究促进协会 用于电化学电池中的钠离子传导元件及其制造方法

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