JP2646087B2 - Sodium-sulfur secondary battery - Google Patents
Sodium-sulfur secondary batteryInfo
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はナトリウム−硫黄2次電池に係り、特にその
陰極部の構造に関する。Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to a sodium-sulfur secondary battery, and more particularly, to a structure of a cathode portion thereof.
ナトリウム−硫黄電池は、ナトリウムイオンのみを通
過させる固体電解質袋管を介して、一方(通常は管内)
に陰極活物質である溶融ナトリウム(陰極室)、他方に
陽極活物質である溶融硫黄または多硫化ナトリウム(陽
極室)を配置し、300〜400℃で作動させる高温型2次電
池である。このナトリウム−硫黄電池における充電、放
電に伴う電気化学的反応は次のごとくである。A sodium-sulfur battery is connected (usually in a tube) through a solid electrolyte bag tube that allows only sodium ions to pass through.
This is a high-temperature type secondary battery in which a molten sodium (cathode compartment) as a cathode active material and a sulfur or sodium polysulfide (anode compartment) as an anode active material are disposed on the other side and operated at 300 to 400 ° C. The electrochemical reactions involved in charging and discharging in this sodium-sulfur battery are as follows.
2Na+xSNa2Sx すなわち、放電時には陰極室のナトリウムは電子を放
出してナトリウムイオンとなり、固体電解質を通って陽
極室に入り、陽極室の硫黄と反応し、多硫化ナトリウム
(Na2Sx)を生成する。電子は、電池外部回路を通り陽
極内の黒鉛線より硫黄に与えられる。2Na + xSNa 2 Sx In other words, during discharge, sodium in the cathode chamber emits electrons to become sodium ions, enters the anode chamber through the solid electrolyte, and reacts with sulfur in the anode chamber to produce sodium polysulfide (Na 2 Sx) . The electrons pass through the external circuit of the battery and are given to sulfur from the graphite wire in the anode.
このようにナトリウム−硫黄電池において、放電によ
り陰極室内のナトリウムは徐々に減少していく。そこ
で、ナトリウム容器内に耐溶融ナトリウム製金属繊維を
配する従来例が存在する(特公昭58−62765号)。この
従来例では、金属繊維により固体電解室の全面にナトリ
ウムの供給を行おうとするものである。すなわち、金属
繊維による毛管現象でナトリウムを電池下部から上昇さ
せ、電池反応に伴い生ずることがあるナトリウムが存在
しない部位に、ナトリウムを補給するものである。この
ような従来例により、電池密度の上昇およびナトリウム
利用率の向上を図ることができる。As described above, in the sodium-sulfur battery, sodium in the cathode chamber gradually decreases due to discharge. Therefore, there is a conventional example in which molten sodium-resistant metal fibers are arranged in a sodium container (Japanese Patent Publication No. 58-62765). In this conventional example, it is intended to supply sodium to the entire surface of the solid electrolytic chamber by using metal fibers. That is, the sodium is raised from the lower part of the battery by the capillary action by the metal fiber, and the portion where there is no sodium which may be generated due to the battery reaction is supplied with sodium. According to such a conventional example, the battery density can be increased and the sodium utilization can be improved.
ナトリウム容器内に金属繊維を配置する場合、空孔率
が大きいと、ナトリウムの保持量が多い反面、毛管現象
によりナトリウムが上がってこないことがある。また固
体電解質管が割れた場合に、ナトリウムと硫黄が急激に
反応する虞れがある。そこで、金属繊維をナトリウム容
器内に配置する場合に、空孔率を少なく、すなわち金属
繊維の充填率を高くする必要がある。When metal fibers are placed in a sodium container, if the porosity is large, the amount of sodium retained is large, but sodium may not rise due to capillary action. Further, when the solid electrolyte tube is broken, sodium and sulfur may react rapidly. Therefore, when placing metal fibers in a sodium container, it is necessary to reduce the porosity, that is, to increase the filling rate of the metal fibers.
しかしナトリウム容器内に金属繊維を単に充填する従
来例では、均一に充填することが不可能であり、かつ充
填すること自体もむずかしい。さらに、勢い充填率を上
げようとすると大きな圧力が固体電解質管にかかり、電
池組立後も残留応力が固体電解質にかかつていることに
なる。従って、固体電解質の破壊の虞れがあり、かつ固
体電解質の破壊時にはクラックを押し広げる結果となっ
てしまう。However, in the conventional example in which the metal fiber is simply filled in the sodium container, it is impossible to uniformly fill the metal fiber, and the filling itself is difficult. Further, when an attempt is made to increase the momentum filling rate, a large pressure is applied to the solid electrolyte tube, and the residual stress is applied to the solid electrolyte even after the battery is assembled. Therefore, there is a possibility that the solid electrolyte may be destroyed, and when the solid electrolyte is destroyed, the cracks may be expanded.
本発明は係る問題点を解決するために、固体電解質管
に圧力をかけることなくナトリウム容器内に金属繊維が
充填されたナトリウム−硫黄2次電池を提供することを
目的とする。An object of the present invention is to provide a sodium-sulfur secondary battery in which metal fibers are filled in a sodium container without applying pressure to a solid electrolyte tube in order to solve the above problems.
ナトリウム容器内に充填される金属繊維は一定の空孔
率で、あるいは繊維及び空孔それぞれの体積の比(ここ
で繊維/空孔体積比という)を適当な値にして、充填す
る必要がある。すなわち、繊維/空孔体積比が小さすぎ
ると、溶融ナトリウムが毛管現象により金属繊維管を上
がってこない問題がある。この際ナトリウムの保持量は
大きいものである。一方、繊維/孔空体積比が大きい
と、毛管現象によりナトリウムの上がってくることを確
保でき、固体電解質管の割れの際ナトリウムの金属繊維
管に保持でき、ナトリウムと硫黄の急激な反応を防止で
きる反面、ナトリウムの保持量が減る問題がある。The metal fibers to be filled in the sodium container need to be filled with a constant porosity or with an appropriate value of the volume ratio of the fibers and the holes (here, the fiber / hole volume ratio). . That is, if the fiber / pore volume ratio is too small, there is a problem that molten sodium does not rise up the metal fiber tube due to capillary action. At this time, the amount of retained sodium is large. On the other hand, if the fiber / pore volume ratio is large, it is possible to ensure that sodium rises due to the capillary phenomenon, and to hold the sodium in the metal fiber tube when the solid electrolyte tube cracks, preventing a rapid reaction of sodium and sulfur. On the other hand, there is a problem that the amount of retained sodium decreases.
丁度よい繊維/空孔体積比は、0.85〜0.98である。こ
のような体積比を確保しようとして、ナトリウム容器内
に金属繊維を詰め込もうとすると上記したような固体電
解質の破損の問題が生じる。また、金属繊維を板状のも
のとし、ナトリウム容器内に配置することも可能である
が、固体電解質管と金属繊維からなる板との間で隙間が
生じる虞れがあり、固体電解質にとって充分なナトリウ
ムのぬれ性を確保することができない。A good fiber / void volume ratio is between 0.85 and 0.98. If metal fibers are packed in a sodium container in order to secure such a volume ratio, the above-described problem of breakage of the solid electrolyte occurs. It is also possible to make the metal fibers into a plate shape and arrange them in a sodium container, but there is a possibility that a gap may occur between the solid electrolyte tube and the plate made of metal fibers, which is not sufficient for the solid electrolyte. The wettability of sodium cannot be ensured.
そこで本発明では、ナトリウムを必須成分とする陰極
活物質からなる陰極部と、硫黄または多硫化ナトリウム
を必須成分とする陽極活物質とからなる陽極部とがナト
リウムイオンに対して伝導性を有する固体電解質を境に
して配設され、陰極部内に金属繊維からなるマットが装
填されてなるナトリウム−硫黄2次電池において、マッ
トの各繊維同士の接点が拡散接合され、かつマットにお
ける空孔の体積に対する繊維の体積の比を表す繊維/空
孔体積比が0.85〜0.98であることを特徴とするナトリウ
ム−硫黄2次電池である。Therefore, in the present invention, a cathode portion made of a cathode active material containing sodium as an essential component and an anode portion made of an anode active material containing sulfur or sodium polysulfide as an essential component have a solid state having conductivity for sodium ions. In a sodium-sulfur secondary battery in which a mat made of metal fibers is loaded in the cathode portion, the contacts between the fibers of the mat are diffusion-bonded, and the volume of the pores in the mat is determined. A sodium-sulfur secondary battery characterized in that a fiber / pore volume ratio representing a fiber volume ratio is 0.85 to 0.98.
上記本発明の構成によれば、金属繊維同志の接点のみ
を例えば、拡散接合により接合したマットをナトリウム
容器内に配置してなるため、そのマットを有するスプリ
ングバックの力により、金属繊維と固体電解質管との接
触を充分保つことができる。同時に金属繊維を強制的に
充填した場合に比べマット状であるため、固体電解質管
に内部圧力を与えることなく、所定の繊維/空孔体積比
が確保でき、固体電解質管の割れを生じる虞れがない。
かつ、マット構成時に所定の繊維/空孔体積比を設計で
き、ナトリウムの供給および所定の保持量を確保するこ
とができる。According to the configuration of the present invention, only the contact points of the metal fibers are arranged, for example, in a sodium container by a mat bonded by diffusion bonding. Therefore, the metal fiber and the solid electrolyte are formed by the springback force having the mat. The contact with the tube can be sufficiently maintained. At the same time, the metal fiber is mat-shaped as compared with the case where the metal fiber is forcibly filled, so that a predetermined fiber / hole volume ratio can be secured without applying internal pressure to the solid electrolyte tube, and the solid electrolyte tube may be cracked. There is no.
In addition, a predetermined fiber / pore volume ratio can be designed when the mat is formed, so that the supply of sodium and a predetermined holding amount can be ensured.
この結果、ナトリウムの利用率の向上と固体電解質破
損時の急激な反応防止、さらには固体電解質の破損拡大
の防止を可能とする。As a result, it is possible to improve the utilization rate of sodium, prevent abrupt reaction when the solid electrolyte is damaged, and prevent the solid electrolyte from being damaged.
上記本発明に使用される金属繊維は、耐ナトリウム性
のあるものであることが必要である。このようなものと
して例えば鉄または鉄合金(ステンレス・Fe−Ni合金、
Fe−Cr合金等)が使用され得る。これらの繊維は、加圧
し、所定の繊維/空孔体積比とした後真空中または不活
性ガス中にて加温し、繊維の接合部すなわち繊維同志の
接点を拡散接合することにより、弾性応力を有するマッ
トを形成できる。加温の程度と、圧力、繊維径を調節す
ることにより、マットの繊維/空孔体積比を任意に設計
することができる。The metal fibers used in the present invention need to have sodium resistance. As such, for example, iron or iron alloy (stainless steel / Fe-Ni alloy,
Fe-Cr alloy) can be used. These fibers are pressurized to a predetermined fiber / hole volume ratio, and then heated in a vacuum or an inert gas to diffuse and bond the fiber joints, that is, the contact points between the fibers, to obtain an elastic stress. Can be formed. By adjusting the degree of heating, pressure, and fiber diameter, the fiber / hole volume ratio of the mat can be arbitrarily designed.
次に本発明に係るナトリウム−硫黄2次電池の実施例
を図面に従い説明する。Next, an embodiment of a sodium-sulfur secondary battery according to the present invention will be described with reference to the drawings.
第1図はその一実施例を示す断面構成図である。第1
図において、ナトリウム1は、陰極容器7内に保持され
ている。一方、カーボンマットに含浸された硫黄3は、
陽極容器8内に保持されている。ナトリウムおよび硫黄
は、β″−アルミニウム袋管からなる固体電解質管2を
介して相対向配置されている。電池上端部には、ナトリ
ウム注入管9が設けられ、陰極容器7内にナトリウムが
供給されるようになっている。この陰極容器7は鉄より
構成されている。FIG. 1 is a sectional view showing an embodiment of the present invention. First
In the figure, sodium 1 is held in a cathode container 7. On the other hand, the sulfur 3 impregnated in the carbon mat
It is held in the anode container 8. Sodium and sulfur are opposed to each other via a solid electrolyte tube 2 composed of a β ″ -aluminum bag tube. A sodium injection tube 9 is provided at the upper end of the battery, and sodium is supplied into the cathode container 7. The cathode container 7 is made of iron.
固体電解質管2は、電気絶縁用のα−アルミナ6とガ
ラスハンダ接合され、陽極容器8および陰極容器7はそ
れぞれ、熱圧接にてα−アルミナ6と接合されいる。陰
極および陽極は真空封止され、電池上端部には、陰極端
子10が溶接され、下部には陽極端子11が溶接されてい
る。The solid electrolyte tube 2 is glass soldered to α-alumina 6 for electrical insulation, and the anode container 8 and the cathode container 7 are respectively joined to α-alumina 6 by thermal pressure welding. The cathode and anode are vacuum-sealed, and a cathode terminal 10 is welded to the upper end of the battery, and an anode terminal 11 is welded to the lower part.
袋管である固体電解質管2内には、小孔をもつ保護管
(例えばステンレスで構成されている)5が挿入配置さ
れている。A protective tube (for example, made of stainless steel) 5 having a small hole is inserted and arranged in the solid electrolyte tube 2 which is a bag tube.
この保護管5と固体電解質管2の間には、隙間なく、
耐ナトリウム性を有する金属繊維のマット4が配置され
ている。There is no gap between the protective tube 5 and the solid electrolyte tube 2,
A mat 4 of metal fiber having sodium resistance is arranged.
このマットは、前述のとおり、各繊維同志の接合部の
みが一定の圧力で潰されて、この接合部に限定された金
属間拡散による接合面を有し、繊維/空孔体積比0.85〜
0.98のマットである。As described above, in this mat, only the joints of the fibers are crushed at a constant pressure, and the joints have a joint surface due to intermetallic diffusion limited to the joints.
It is a 0.98 mat.
このマットはスプリングバックの力により、固体電解
質管2と接触しており、β″−アルミナ表面のナトリウ
ムによるぬれ性を確保することができる。と同時に、こ
のマットによって、所定の空孔量を得ることができるた
め、内部的圧力を固体電解質管2に及ぼすことがない。
したがって、固体電解質管の破損および破損の拡大を防
ぐことができる。This mat is in contact with the solid electrolyte tube 2 by the force of the springback, and can ensure the wettability of β ″ -alumina surface with sodium. At the same time, a predetermined amount of pores is obtained by the mat. Therefore, no internal pressure is applied to the solid electrolyte tube 2.
Therefore, it is possible to prevent the solid electrolyte tube from being damaged and from spreading the damage.
上記拡散接合マット4の製造方法としては、特公昭54
−42703号に示された横断面角型のステンレス鋼細線を
集合したものを無酸化雰囲気または真空中にて加圧、加
熱して成形した平板マット状のものを用いることができ
る。もっとも、他の方法により製造することもできる。The method of manufacturing the diffusion bonding mat 4 is described in
A flat mat shape formed by pressing and heating a set of stainless steel thin wires having a square cross section shown in -42703 described in an unoxidized atmosphere or vacuum can be used. However, it can also be manufactured by other methods.
このように構成された拡散接合マットを、本実施例ナ
トリウム−硫黄電池製造の際、保護管5を覆うように巻
き付け、このマットを固体電解質管2に挿入するように
する。よって、電池の組立て工程を容易にできるため、
その経済的効果は大きい。The diffusion bonding mat configured as described above is wound so as to cover the protective tube 5 when the sodium-sulfur battery of this embodiment is manufactured, and the mat is inserted into the solid electrolyte tube 2. Therefore, since the battery assembly process can be facilitated,
The economic effect is great.
このように保護管と固体電解質管2との間にマットを
挿入する方法のほかに例えば固体電解質袋管形状のセラ
ミックス(例えばα−Al2O3)を用い、その内部に細線
を詰め、加圧、加熱することにより、挿入のための再加
工不要のマットを形成することができる。さらに、保護
管5に細線を巻き付け、保護管とともに加熱することに
より拡散接合をし、マットを保護管と一体形成するよう
にすることもできる。In addition to the method of inserting a mat between the protective tube and the solid electrolyte tube 2 in this manner, for example, a solid electrolyte bag tube-shaped ceramic (for example, α-Al 2 O 3 ) is used, and a fine wire is packed in the inside thereof. By pressing and heating, a mat that does not require rework for insertion can be formed. Further, a thin wire may be wound around the protective tube 5 and diffusion bonding may be performed by heating the protective tube together with the protective tube so that the mat is integrally formed with the protective tube.
上記拡散接合マットは、必要なナトリウム量の保持お
よび固体電解質管割れの際のナトリウムと硫黄との急激
な反応を防止するため、また毛管現象によるナトリウム
の移動を確保するため、繊維/空孔体積比が0.85〜0.98
のものであることが望ましい。このようなマットは繊維
径が2〜5μmで厚さが2〜数mmのマットとすることに
より、上記繊維/空孔体積比を達成できる。このマット
は、ナトリウム極全体に挿入されていることが望まし
い。すなわち、固体電解質管が破損した場合に、全体に
マットが挿入されていれば、破損部の位置に関係なく、
ナトリウムと硫黄との急激な反応を防止することができ
るからである。また、このようなマットにより所定の繊
維/空孔体積比が得られるため、Na+流出保護の部分と
Na+保持の部分の機能を分割できる。The diffusion bonding mat has a fiber / pore volume in order to maintain a required amount of sodium and to prevent a rapid reaction between sodium and sulfur when the solid electrolyte tube is cracked, and to secure the movement of sodium by capillary action. Ratio 0.85-0.98
It is desirable that Such a mat has a fiber diameter of 2 to 5 μm and a thickness of 2 to several mm so that the above fiber / hole volume ratio can be achieved. This mat is desirably inserted over the entire sodium electrode. In other words, if the solid electrolyte tube is broken and the mat is inserted all over, regardless of the position of the broken part,
This is because a rapid reaction between sodium and sulfur can be prevented. In addition, since a predetermined fiber / pore volume ratio can be obtained by such a mat, a portion for protecting Na + spill can be provided.
The function of the Na + retention part can be divided.
上述のとおり、マット4の繊維/空孔体積比は、0.85
以上が望ましい。この体積比が小さいと、ナトリウムの
供給が困難であるからである。しかし、固体電解質の破
損時にナトリウムと硫黄との急激な直接反応を防止する
ためには、ナトリウムの流出速度を遅くする必要があ
る。最少のナトリウムの供給量は、固体電解質を流れる
ナトリウムイオンに見合うだけの量であればよいが、そ
れでは大きな内部抵抗をもつことになってしまう。マッ
トを構成する繊維径、厚みにもよるが、5μmの繊維
径、マットの厚さが2mm程度、繊維/空孔体積比0.90で
ナトリウムの流出速度は、最少量の10倍以上を見込め
る。しかし、繊維径3〜4μm(SUS316)のウール状物
質を詰めた場合、プレス圧1Kg/cm2で繊維/空孔体積比
0.98であった。これ以上に該体積比を高めようとした場
合、固体電解質管2へ多大の圧力を要し極めて組立が困
難になる。これに対し、上記マットを用いれば、保護管
5と固体電解質管2との間にマットを簡単な操作で配置
することができる。As described above, the fiber / void volume ratio of the mat 4 is 0.85
The above is desirable. If the volume ratio is small, it is difficult to supply sodium. However, in order to prevent a rapid direct reaction between sodium and sulfur when the solid electrolyte is damaged, it is necessary to reduce the outflow rate of sodium. The minimum supply amount of sodium may be an amount sufficient for the sodium ions flowing through the solid electrolyte, but this would result in a large internal resistance. Although it depends on the diameter and thickness of the fiber constituting the mat, the outflow rate of sodium can be expected to be at least 10 times the minimum amount when the fiber diameter is 5 μm, the thickness of the mat is about 2 mm, and the fiber / pore volume ratio is 0.90. However, when a wool-like substance with a fiber diameter of 3 to 4 μm (SUS316) is packed, the fiber / hole volume ratio is increased at a pressing pressure of 1 kg / cm 2.
0.98. If an attempt is made to increase the volume ratio more than this, a large pressure is required for the solid electrolyte tube 2, which makes assembly extremely difficult. On the other hand, if the above-mentioned mat is used, the mat can be arranged between the protective tube 5 and the solid electrolyte tube 2 by a simple operation.
上記拡散接合マットは、鉄または鉄合金の繊維で構成
されるのが通常である。しかし、耐溶融ナトリウム性が
あり、比重が2程度の拡散接合可能な金属繊維があれ
ば、鉄または鉄合金の繊維を用いた場合に比べ、電池は
軽量となり、エネルギー密度は向上する。さらに、炭素
繊維の表面を処理し、溶融ナトリウムとのぬれ性が改善
され、さらに、この繊維集合体を拡散接合と同様な手法
で繊維/空孔体積比0.98以下のマットとすることができ
れば、鉄または鉄合金の繊維を用いた場合に比べエネル
ギー密度の向上を図ることができる。このマットを構成
する加熱の方式としては、炉内加熱のほかに、通電加熱
および、炉内加熱と通電加熱との組み合わせを用いるこ
ともできる。The diffusion bonding mat is usually made of iron or iron alloy fiber. However, if metal fibers having resistance to molten sodium and capable of diffusion bonding having a specific gravity of about 2 are used, the battery becomes lighter in weight and energy density is improved as compared with the case where iron or iron alloy fibers are used. Furthermore, if the surface of the carbon fiber is treated, the wettability with molten sodium is improved, and furthermore, if this fiber aggregate can be formed into a mat having a fiber / void volume ratio of 0.98 or less by the same method as diffusion bonding, Energy density can be improved as compared with the case where iron or iron alloy fibers are used. As a heating method for forming the mat, in addition to heating in the furnace, electric heating and a combination of heating in the furnace and electric heating can also be used.
上記拡散接合マット4は、ナトリウム保持量にもよる
が、薄いほうが有効である。薄ければ、電池重量が減少
し、エネルギー密度が向上するからである。The thinner the diffusion bonding mat 4 is, the more effective it depends on the amount of sodium retained. If the thickness is thin, the weight of the battery is reduced and the energy density is improved.
次に具体的な実施例について説明する。 Next, specific examples will be described.
(実施例1) 固体電解質管(内径16mm)内に、線径3〜4μmのス
テンレス繊維(SUS316)を拡散接合したマットで繊維/
空孔体積比0.80、0.85、0.95、0.98、0.99のものを充填
した。繊維/空孔体積比は次のようにして決定できる。(Example 1) A stainless steel fiber (SUS316) having a wire diameter of 3 to 4 µm was diffused and bonded to a solid electrolyte tube (inner diameter 16 mm) using a mat.
Fillers having a pore volume ratio of 0.80, 0.85, 0.95, 0.98, 0.99 were filled. The fiber / void volume ratio can be determined as follows.
V0はマットを充填した場合の体積 Wは充填した金属繊維の重量、Δは繊維素材の密度 次に、Na‖NaセルにてNaの利用率を評価したところ、
繊維/空孔体積比0.80ではナトリウムの吸上げ効果が充
分でなく、ナトリウムの利用率は82%に止まった。一
方、繊維/空孔体積比0.99のマットを使用した場合、ナ
トリウムの流動性は極めて悪く、内部抵抗は繊維/空孔
体積比0.95の場合の1.25倍となり、同一セル電圧でカッ
トしたときのナトリウムの利用率は85%どまりであっ
た。繊維/空孔体積比0.85、0.95、0.98のマットを用
い、電流密度1A/cm2でサイクルテストをおこなったとこ
ろ、1000Ah/cm2まで安定に作動した。 V 0 is the volume when the mat is filled W is the weight of the filled metal fiber, Δ is the density of the fiber material. Next, when the utilization rate of Na was evaluated in a Na‖Na cell,
At a fiber / pore volume ratio of 0.80, the sodium wicking effect was not sufficient, and the sodium utilization was only 82%. On the other hand, when a mat having a fiber / void volume ratio of 0.99 is used, the flowability of sodium is extremely poor, and the internal resistance is 1.25 times that of a fiber / void volume ratio of 0.95. Usage rate was only 85%. When a cycle test was performed at a current density of 1 A / cm 2 using a mat having a fiber / hole volume ratio of 0.85, 0.95, or 0.98, it was operated stably up to 1000 Ah / cm 2 .
(実施例2) 固体電解質(内径16mm)内に線径3〜4μmのステン
レス繊維を拡散接合したマットで繊維/空孔体積比0.96
のものを挿入し、Na/β″−Al2O3/Sセルにて充放電試験
をおこなった。過大の電流を流してβ″−Al2O3を破損
させたとき、セルの温度上昇は160℃以下で大破損とは
ならなかった。(Example 2) A fiber / hole volume ratio of 0.96 was obtained using a mat in which stainless steel fibers having a wire diameter of 3 to 4 μm were diffused and bonded in a solid electrolyte (inner diameter 16 mm).
Was inserted and a charge / discharge test was performed in a Na / β ″ -Al 2 O 3 / S cell. When an excessive current was applied to damage the β ″ -Al 2 O 3 , the cell temperature increased. Did not cause major damage below 160 ° C.
(実施例3) 上記実施例2と同様のβ″−Al2O3を用い、繊維径3
〜4μmのSUS316を真空炉内にて拡散接合した繊維/空
孔体積比0.958のマットを挿入した。Na‖NaセルにてNa
の利用率を測定したところ98%以上を示した。電流密度
1A/cm2のサイクルテストでは、1200Ah/cm2までβ″−Al
2O3の破損は認められなかった。Example 3 Using the same β ″ -Al 2 O 3 as in Example 2, a fiber diameter of 3
A mat having a fiber / hole volume ratio of 0.958 obtained by diffusion bonding of SUS316 of 44 μm in a vacuum furnace was inserted. Na in the Na に て Na cell
When the utilization rate was measured, it was 98% or more. Current density
In the 1 A / cm 2 cycle test, β ″ -Al up to 1200 Ah / cm 2
No breakage of 2 O 3 was observed.
(実施例4) 外径30mmのSUS304製安全管外側に繊維径4〜5μmの
ステンレスウールわ巻き付け、その外側をα−アルミナ
のセラミックス管(内径を54mm)で抑え、真空炉中900
℃にて加熱した。このとき繊維層の繊維/空孔体積比0.
94とした。冷却後アルゴンガス置換して取り出すと、安
全管とマットは一体化しマット部の繊維/空孔体積比は
0.948であった。これを内径54mmのβ″−Al2O3管内に挿
入し、Na‖Naセルを組立てNaの利用率を測定したところ
98.2%であった。またセルの組立ても極めて容易であ
り、マットの脱脂洗浄の操作は1工程で終了した。(Example 4) A stainless steel wool having a fiber diameter of 4 to 5 µm was wound around the outside of a SUS304 safety tube having an outer diameter of 30 mm, and the outside was held down with an α-alumina ceramic tube (inner diameter of 54 mm).
Heated at ° C. At this time, the fiber / void volume ratio of the fiber layer was 0.
94. After cooling and replacing with argon gas, the safety tube and mat are integrated and the fiber / hole volume ratio of the mat part is
0.948. This was inserted into a β ″ -Al 2 O 3 tube with an inner diameter of 54 mm, and a Na‖Na cell was assembled to measure the utilization rate of Na.
98.2%. Further, the cell was extremely easy to assemble, and the operation of degreasing and cleaning of the mat was completed in one step.
(実施例5) 実施例4と同様の方法にて作製した繊維/空孔体積比
0.92のマット付き保護管を用い、Na/β″−Al2O3/Sセル
を組立てた。350℃、電流密度0.1A/cm2で充放電テスト
をおこなったところ、1000Ah/cm2まで安定した性能を示
した。(Example 5) Fiber / pore volume ratio produced in the same manner as in Example 4
A Na / β ″ -Al 2 O 3 / S cell was assembled using a protective tube with a mat of 0.92. A charge / discharge test was performed at 350 ° C. and a current density of 0.1 A / cm 2, and it was stable up to 1000 Ah / cm 2 Performance.
次に比較例について説明する。 Next, a comparative example will be described.
(比較例1) 繊維径3〜4μmのSUS316製ウールβ″−Al2O3管内
に繊維/空孔体積比0.92になるように詰め、Na/β″−A
l2O3/Sセルを組立てた。350℃、電流密度0.1A/cm2で充
放電テストをおこなったところ、200Ah/cm2で固体電解
質管が破損した。(Comparative Example 1) A wool β ″ -Al 2 O 3 tube made of SUS316 having a fiber diameter of 3 to 4 μm was packed so as to have a fiber / void volume ratio of 0.92, and Na / β ″ -A
The l 2 O 3 / S cell was assembled. 350 ° C., was subjected to charge and discharge test at a current density of 0.1 A / cm 2, the solid electrolyte tube is damaged at 200 Ah / cm 2.
(比較例2) 繊維径3〜4μmのSUS316製ウールをβ″−Al2O3管
内に繊維/空孔体積比0.98になるように詰め、Na/β″
−Al2O3/Sセルを組立てた。過充電をおこないセル破損
を人為的におこなったところ、セルの温度は2100℃まで
上昇した。これはナトリウムと硫黄が急激に反応するこ
とによるもので、ナトリウムと硫黄の反応の抑制を認め
ることができなかった。(Comparative Example 2) Wool made of SUS316 having a fiber diameter of 3 to 4 µm was packed in a β ″ -Al 2 O 3 tube so as to have a fiber / hole volume ratio of 0.98, and Na / β ″.
-An Al 2 O 3 / S cell was assembled. When overcharging was performed and the cell was damaged artificially, the cell temperature rose to 2100 ° C. This is due to the rapid reaction between sodium and sulfur, and no suppression of the reaction between sodium and sulfur could be recognized.
以上説明したように本発明によれば、ナトリウム極内
に金属繊維の繊維同志の接合部が接合し、かつ繊維/空
孔体積比を0.85〜0.98としたマットを挿入しているため
に固体電解質管に内部圧力を加えることなく金属繊維を
ナトリウム極に挿入配置することができる。したがっ
て、固体電解質管の破損および破損の拡大を防ぐことが
できる。さらに、マットのスプリングバックの力によ
り、固体電解質管と金属繊維との接触を良好に保つこと
ができるため、ナトリウムの利用率が高くできつつ電池
の寿命を大幅に向上することができる。As described above, according to the present invention, since the joints of the fibers of metal fibers are joined in the sodium electrode, and the mat having a fiber / void volume ratio of 0.85 to 0.98 is inserted, the solid electrolyte The metal fiber can be inserted and arranged in the sodium electrode without applying internal pressure to the tube. Therefore, it is possible to prevent the solid electrolyte tube from being damaged and from spreading the damage. Furthermore, since the contact between the solid electrolyte tube and the metal fibers can be kept good by the springback force of the mat, the life of the battery can be greatly improved while the utilization rate of sodium can be increased.
第1図は本発明に係るナトリウム−硫黄電池の一実施例
を示す断面構成図である。 1……溶融ナトリウム、2……固体電解質、3……硫
黄、4……拡散接合マット、5……保護管、6……α−
アルミナ、7……陰極容器、8……陽極容器、9……ナ
トリウム注入管、10……陰極端子、11……陽極端子。FIG. 1 is a sectional view showing one embodiment of a sodium-sulfur battery according to the present invention. 1 ... molten sodium, 2 ... solid electrolyte, 3 ... sulfur, 4 ... diffusion bonding mat, 5 ... protective tube, 6 ... α-
Alumina, 7: cathode container, 8: anode container, 9: sodium injection tube, 10: cathode terminal, 11: anode terminal.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 飛田 紘 日立市久慈町4026番地 株式会社日立製 作所日立研究所内 (72)発明者 藤田 一紀 日立市久慈町4026番地 株式会社日立製 作所日立研究所内 (72)発明者 森 貞夫 調布市西つつじケ丘2丁目4番1号 東 京電力株式会社技術研究所内 (72)発明者 荻野 正夫 調布市西つつじケ丘2丁目4番1号 東 京電力株式会社技術研究所内 (56)参考文献 特開 昭60−12680(JP,A) 特公 昭54−42703(JP,B2) ──────────────────────────────────────────────────の Continued on the front page (72) Inventor Hiroshi Tobita 4026 Kuji-cho, Hitachi City Inside Hitachi, Ltd.Hitachi Research Laboratory, Ltd. (72) Inventor Kazuki Fujita 4026 Kuji-cho, Hitachi City Hitachi, Ltd.Hitachi Research, Hitachi Ltd. In-house (72) Inventor Sadao Mori 2-4-1 Nishi-Atsujigaoka, Chofu City Tokyo Electric Power Co., Inc.Technical Research Laboratory (72) Inventor Masao Ogino 2-4-1 Nishi-Atsujigaoka, Chofu City Tokyo Electric Power Company Technical Research Institute ( 56) References JP-A-60-12680 (JP, A) JP-B-54-42703 (JP, B2)
Claims (3)
らなる陰極部と、硫黄または多硫化ナトリウムを必須成
分とする陽極活物質とからなる陽極部とがナトリウムイ
オンに対して伝導性を有する固体電解質を境にして配設
され、前記陰極部内に金属繊維からなるマットが装填さ
れてなるナトリウム−硫黄2次電池において、前記マッ
トの各繊維同士の接点が拡散接合され、かつ前記マット
における空孔の体積に対する繊維の体積の比を表す繊維
/空孔体積比が0.85〜0.98であることを特徴とするナト
リウム−硫黄2次電池。1. A solid material comprising a cathode portion made of a cathode active material containing sodium as an essential component and an anode portion made of an anode active material containing sulfur or sodium polysulfide as an essential component have conductivity for sodium ions. In a sodium-sulfur secondary battery provided with an electrolyte as a boundary and a mat made of metal fibers loaded in the cathode portion, contacts of each fiber of the mat are diffusion bonded, and pores in the mat are provided. A sodium-sulfur secondary battery, wherein a fiber / hole volume ratio representing a ratio of a fiber volume to a volume of the fiber is 0.85 to 0.98.
トは、鉄または鉄合金の繊維を真空中又は不活性ガス中
で拡散接合されてなることを特徴とするナトリウム−硫
黄2次電池。2. The sodium-sulfur secondary battery according to claim 1, wherein said mat is formed by diffusion bonding of fibers of iron or an iron alloy in a vacuum or an inert gas.
トは2〜5μmの繊維からなることを特徴とするナトリ
ウム−硫黄2次電池。3. The sodium-sulfur secondary battery according to claim 1, wherein said mat is made of 2 to 5 μm fibers.
Priority Applications (1)
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---|---|---|---|
JP62114076A JP2646087B2 (en) | 1987-05-11 | 1987-05-11 | Sodium-sulfur secondary battery |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP62114076A JP2646087B2 (en) | 1987-05-11 | 1987-05-11 | Sodium-sulfur secondary battery |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS63279580A JPS63279580A (en) | 1988-11-16 |
JP2646087B2 true JP2646087B2 (en) | 1997-08-25 |
Family
ID=14628447
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP62114076A Expired - Lifetime JP2646087B2 (en) | 1987-05-11 | 1987-05-11 | Sodium-sulfur secondary battery |
Country Status (1)
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Families Citing this family (1)
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JPH01221867A (en) * | 1988-02-29 | 1989-09-05 | Ngk Insulators Ltd | Sodium-sulfur battery |
Family Cites Families (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS5442703A (en) * | 1977-09-07 | 1979-04-04 | Daiei Kogyo Co Ltd | Steel rim and manufacturing method of the same |
JPS6012680A (en) * | 1983-07-01 | 1985-01-23 | Yuasa Battery Co Ltd | Sodium-sulfur battery |
-
1987
- 1987-05-11 JP JP62114076A patent/JP2646087B2/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPS63279580A (en) | 1988-11-16 |
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