JP2919269B2 - ナトリウム−硫黄電池用カーボンフェルトの製造方法 - Google Patents
ナトリウム−硫黄電池用カーボンフェルトの製造方法Info
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- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】 この発明は、二次電池として電
力貯蔵などに利用されるナトリウム−硫黄電池用のカー
ボンフェルトの製造方法に関するものである。
力貯蔵などに利用されるナトリウム−硫黄電池用のカー
ボンフェルトの製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】 近年、電力需要の増加に伴って、夜間
電力の利用を図るために、活物質の利用率が高く、充放
電反応の効率が良いナトリウム−硫黄電池が研究されて
いる。このナトリウム−硫黄電池においては、陽極室内
に陽極活物質としての硫黄が含浸されたフェルトが収容
されている。このフェルトはカーボン繊維よりなり、湾
曲形成されて陽極室内に複数個収容される。そして、カ
ーボン繊維表面での電子授受により、充放電における電
池反応が進行する。
電力の利用を図るために、活物質の利用率が高く、充放
電反応の効率が良いナトリウム−硫黄電池が研究されて
いる。このナトリウム−硫黄電池においては、陽極室内
に陽極活物質としての硫黄が含浸されたフェルトが収容
されている。このフェルトはカーボン繊維よりなり、湾
曲形成されて陽極室内に複数個収容される。そして、カ
ーボン繊維表面での電子授受により、充放電における電
池反応が進行する。
【０００３】前記フェルトは、一般に次のように成形さ
れる（例えば、特開平１−２３９７６７号公報）。すな
わち、ポリアクリロニトリル繊維が２００℃程度まで加
熱されて耐炎化処理される。この耐炎化繊維はフェルト
化され、ニードルパンチングが施される。その後、この
フェルトは約２０００℃で焼成される。
れる（例えば、特開平１−２３９７６７号公報）。すな
わち、ポリアクリロニトリル繊維が２００℃程度まで加
熱されて耐炎化処理される。この耐炎化繊維はフェルト
化され、ニードルパンチングが施される。その後、この
フェルトは約２０００℃で焼成される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】 ところが、このよう
な従来のカーボンフェルトの製造方法では、耐炎化され
た抗折強度の低い繊維に対してニードルパンチングを施
すため、このニードルパンチングにより繊維が切れた
り、粉化して厚さ方向の繊維の配向割合が大きくならな
いという問題があった。
な従来のカーボンフェルトの製造方法では、耐炎化され
た抗折強度の低い繊維に対してニードルパンチングを施
すため、このニードルパンチングにより繊維が切れた
り、粉化して厚さ方向の繊維の配向割合が大きくならな
いという問題があった。
【０００５】この発明は、このような従来技術に存在す
る問題に鑑みてなされたものである。その目的とすると
ころは、ニードルパンチングによる繊維の切断や粉化が
抑制されるナトリウム−硫黄電池用カーボンフェルトの
製造方法を提供することにある。また、他の目的とする
ところは、フェルトの密度が高く、厚さ方向の繊維の配
向割合が大きくなり、電池内に収容したとき、充放電反
応が円滑に進行し、低抵抗で耐久性に優れたナトリウム
−硫黄電池用カーボンフェルトの製造方法を提供するこ
とにある。
る問題に鑑みてなされたものである。その目的とすると
ころは、ニードルパンチングによる繊維の切断や粉化が
抑制されるナトリウム−硫黄電池用カーボンフェルトの
製造方法を提供することにある。また、他の目的とする
ところは、フェルトの密度が高く、厚さ方向の繊維の配
向割合が大きくなり、電池内に収容したとき、充放電反
応が円滑に進行し、低抵抗で耐久性に優れたナトリウム
−硫黄電池用カーボンフェルトの製造方法を提供するこ
とにある。
【０００６】
【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、この発明のナトリウム−硫黄電池用カーボンフ
ェルトでは、有機繊維としてポリアクリロニトリル繊維
を所定の板状体に形成し、この板状体にその厚さ方向へ
ニードルパンチングを施してフェルトとした後、このフ
ェルトを加熱酸化し、耐炎化処理を経て、高温焼成する
ものである。
ために、この発明のナトリウム−硫黄電池用カーボンフ
ェルトでは、有機繊維としてポリアクリロニトリル繊維
を所定の板状体に形成し、この板状体にその厚さ方向へ
ニードルパンチングを施してフェルトとした後、このフ
ェルトを加熱酸化し、耐炎化処理を経て、高温焼成する
ものである。
【０００７】
【作用】 この発明のナトリウム−硫黄電池用カーボン
フェルトの製造方法では、有機繊維としてポリアクリロ
ニトリル繊維が所定の板状体に形成され、この板状体に
その厚さ方向へニードルパンチングが施されてフェルト
となる。その後、このフェルトが加熱酸化されて耐炎化
処理が施され、さらに高温焼成される。耐炎化処理前の
ポリアクリロニトリル繊維は、しなやかで所定の抗折強
度を有している。そして、ニードルパンチングは、この
耐炎化処理前のポリアクリロニトリル繊維による板状体
に対して行われるため、ニードルパンチングにおいて繊
維の糸切れが抑制される。
フェルトの製造方法では、有機繊維としてポリアクリロ
ニトリル繊維が所定の板状体に形成され、この板状体に
その厚さ方向へニードルパンチングが施されてフェルト
となる。その後、このフェルトが加熱酸化されて耐炎化
処理が施され、さらに高温焼成される。耐炎化処理前の
ポリアクリロニトリル繊維は、しなやかで所定の抗折強
度を有している。そして、ニードルパンチングは、この
耐炎化処理前のポリアクリロニトリル繊維による板状体
に対して行われるため、ニードルパンチングにおいて繊
維の糸切れが抑制される。
【０００８】しかも、フェルトは糸切れなく効率良くニ
ードルパンチングされることにより、厚さ方向への繊維
の配向割合が高くなり、電池の内部抵抗が低下する。従
って、電池の出力が向上する。
ードルパンチングされることにより、厚さ方向への繊維
の配向割合が高くなり、電池の内部抵抗が低下する。従
って、電池の出力が向上する。
【０００９】
【実施例】 以下に、この発明のナトリウム−硫黄電池
用カーボンフェルトの製造方法を具体化した実施例につ
いて、図１〜５に基づいて説明する。まず、ナトリウム
−硫黄電池について説明する。図１，２に示すように、
アルミニウム合金よりなる陽極容器１は円筒状に形成さ
れてその底部に底蓋２が接合されるとともに、上部外周
面に陽極端子３が取付けられている。アルファアルミナ
製の絶縁リング４は陽極容器１の上端部に接合固定され
ている。有底円筒状をなすナトリウムイオン透過性の固
体電解質管５はベータアルミナにより形成され、その上
端外周面が絶縁リング４の内周面に接合されている。陽
極室６は陽極容器１と固体電解質管５との間において環
状に形成されている。陽極用のフェルト７は、カーボン
繊維により形成され、陽極室６内に収容されて陽極活物
質である硫黄Ｓが含浸されている。
用カーボンフェルトの製造方法を具体化した実施例につ
いて、図１〜５に基づいて説明する。まず、ナトリウム
−硫黄電池について説明する。図１，２に示すように、
アルミニウム合金よりなる陽極容器１は円筒状に形成さ
れてその底部に底蓋２が接合されるとともに、上部外周
面に陽極端子３が取付けられている。アルファアルミナ
製の絶縁リング４は陽極容器１の上端部に接合固定され
ている。有底円筒状をなすナトリウムイオン透過性の固
体電解質管５はベータアルミナにより形成され、その上
端外周面が絶縁リング４の内周面に接合されている。陽
極室６は陽極容器１と固体電解質管５との間において環
状に形成されている。陽極用のフェルト７は、カーボン
繊維により形成され、陽極室６内に収容されて陽極活物
質である硫黄Ｓが含浸されている。
【００１０】カートリッジ８は固体電解質管５の内側に
形成される陰極室１４内に配置され、密閉状に形成され
て内部に陰極活物質である溶融した金属ナトリウムＮａ
が収容されている。ナトリウムの供給孔８ａはカートリ
ッジ８の底部に透設され、カートリッジ８内のナトリウ
ムＮａを固体電解質管５側へ導出する。安全管９は固体
電解質管５とカートリッジ８との間隙に配置され、固体
電解質管５の破損によるカートリッジ８の損傷を防止し
ている。陰極蓋１０は絶縁リング４の上端面に固着さ
れ、その上面には陰極端子１１が取付けられている。な
お、コイルスプリング１２はカートリッジ８の上端面と
陰極蓋１０の内面間に介装され、カートリッジ８の浮き
上がりを防止している。
形成される陰極室１４内に配置され、密閉状に形成され
て内部に陰極活物質である溶融した金属ナトリウムＮａ
が収容されている。ナトリウムの供給孔８ａはカートリ
ッジ８の底部に透設され、カートリッジ８内のナトリウ
ムＮａを固体電解質管５側へ導出する。安全管９は固体
電解質管５とカートリッジ８との間隙に配置され、固体
電解質管５の破損によるカートリッジ８の損傷を防止し
ている。陰極蓋１０は絶縁リング４の上端面に固着さ
れ、その上面には陰極端子１１が取付けられている。な
お、コイルスプリング１２はカートリッジ８の上端面と
陰極蓋１０の内面間に介装され、カートリッジ８の浮き
上がりを防止している。
【００１１】そして、電池は３００〜３５０℃という高
温で動作し、充電及び放電反応が行われる。すなわち、
放電時には陽極室６内のフェルト７中でナトリウムＮａ
と硫黄Ｓが反応して多硫化ナトリウム（Ｎａ2 ＳX ）が
生成し、充電時には多硫化ナトリウムがナトリウムと硫
黄に戻り、ナトリウムはナトリウムイオンとなって陰極
室１４内へ戻る。
温で動作し、充電及び放電反応が行われる。すなわち、
放電時には陽極室６内のフェルト７中でナトリウムＮａ
と硫黄Ｓが反応して多硫化ナトリウム（Ｎａ2 ＳX ）が
生成し、充電時には多硫化ナトリウムがナトリウムと硫
黄に戻り、ナトリウムはナトリウムイオンとなって陰極
室１４内へ戻る。
【００１２】次に、陽極室６内の前記フェルト７の製造
方法及び陽極室６内へのフェルト７の収容方法について
説明する。図５に示すように、まず有機繊維としてのポ
リアクリロニトリル繊維が、所定の厚さを有する板状体
に成形される。次いで、この板状体に対してニードルパ
ンチングが６００〜７００回施される。このニードルパ
ンチングによりフェルト７が形成され、その繊維が厚さ
方向Ｘに配向される。次に、このフェルト７は耐炎化工
程において２００℃程度に加熱されて酸化され、黒色の
耐炎化繊維のフェルト７に形成される。
方法及び陽極室６内へのフェルト７の収容方法について
説明する。図５に示すように、まず有機繊維としてのポ
リアクリロニトリル繊維が、所定の厚さを有する板状体
に成形される。次いで、この板状体に対してニードルパ
ンチングが６００〜７００回施される。このニードルパ
ンチングによりフェルト７が形成され、その繊維が厚さ
方向Ｘに配向される。次に、このフェルト７は耐炎化工
程において２００℃程度に加熱されて酸化され、黒色の
耐炎化繊維のフェルト７に形成される。
【００１３】次に、ニードルパンチングされたフェルト
７は約１０００℃での焼成を経て、約２０００℃での高
温焼成により黒鉛化処理が施される。このフェルト７
は、図３に示すように、所定の大きさの直方体状に切断
される。なお、この実施例では、フェルト７表面に、電
子伝導性のないアルファアルミナ粉体よりなる高抵抗体
１３が散布されている。
７は約１０００℃での焼成を経て、約２０００℃での高
温焼成により黒鉛化処理が施される。このフェルト７
は、図３に示すように、所定の大きさの直方体状に切断
される。なお、この実施例では、フェルト７表面に、電
子伝導性のないアルファアルミナ粉体よりなる高抵抗体
１３が散布されている。
【００１４】その後、図４に示すように、フェルト７は
ニードルパンチング面を内側にして幅方向に湾曲状に成
形される。そして、湾曲状に成形された３つのフェルト
７が円筒状に形成され、図２に示すように、これらのフ
ェルト７が圧縮状態で陽極室６内に収容される。
ニードルパンチング面を内側にして幅方向に湾曲状に成
形される。そして、湾曲状に成形された３つのフェルト
７が円筒状に形成され、図２に示すように、これらのフ
ェルト７が圧縮状態で陽極室６内に収容される。
【００１５】そして、電池の放電時にカートリッジ８内
のナトリウムＮａがカートリッジ８底部の供給孔８ａを
経て安全管９内に移動し、さらに固体電解質管５と安全
管９との間隙へと移動する。そして、ナトリウムイオン
が固体電解質管５内を透過して陽極室６へ移動し、前記
のように成形されたフェルト７内の繊維表面において硫
黄Ｓと反応して多硫化ナトリウムを生成する。
のナトリウムＮａがカートリッジ８底部の供給孔８ａを
経て安全管９内に移動し、さらに固体電解質管５と安全
管９との間隙へと移動する。そして、ナトリウムイオン
が固体電解質管５内を透過して陽極室６へ移動し、前記
のように成形されたフェルト７内の繊維表面において硫
黄Ｓと反応して多硫化ナトリウムを生成する。
【００１６】一方、充電時には、放電時とは逆に陽極室
６内の多硫化ナトリウムから硫黄とナトリウムイオンが
生成する。生成したこのナトリウムイオンはフェルト７
の厚さ方向Ｘに延びる繊維に沿って移動し、固体電解質
管５の外表面に至る。ナトリウムイオンはさらに固体電
解質管５内を透過し、安全管９内から供給孔８ａを経て
カートリッジ８内へ戻る。
６内の多硫化ナトリウムから硫黄とナトリウムイオンが
生成する。生成したこのナトリウムイオンはフェルト７
の厚さ方向Ｘに延びる繊維に沿って移動し、固体電解質
管５の外表面に至る。ナトリウムイオンはさらに固体電
解質管５内を透過し、安全管９内から供給孔８ａを経て
カートリッジ８内へ戻る。
【００１７】このように、この実施例のナトリウム−硫
黄電池用のカーボンフェルト７の製造方法においては、
ポリアクリロニトリル繊維によるフェルト７が耐炎化処
理前に、その厚さ方向Ｘへニードルパンチングが施され
る。この耐炎化処理前のフェルト７は、しなやかで所要
の抗折強度を有している。このため、ニードルパンチン
グにおいて繊維の糸切れや粉化が防止される。
黄電池用のカーボンフェルト７の製造方法においては、
ポリアクリロニトリル繊維によるフェルト７が耐炎化処
理前に、その厚さ方向Ｘへニードルパンチングが施され
る。この耐炎化処理前のフェルト７は、しなやかで所要
の抗折強度を有している。このため、ニードルパンチン
グにおいて繊維の糸切れや粉化が防止される。
【００１８】加えて、フェルト７に対するニードルパン
チングにより、厚さ方向への繊維の配向割合が高くな
り、電池の内部抵抗が低下し、電池の出力が向上する。
また、電池反応が円滑に行われるため、電池の劣化が防
止され、耐久性が向上する。さらに、耐炎化処理前の安
価な有機繊維を使用し、かつ前記のように繊維の糸切れ
や粉化がないため、製造コストの低減を図ることができ
る。
チングにより、厚さ方向への繊維の配向割合が高くな
り、電池の内部抵抗が低下し、電池の出力が向上する。
また、電池反応が円滑に行われるため、電池の劣化が防
止され、耐久性が向上する。さらに、耐炎化処理前の安
価な有機繊維を使用し、かつ前記のように繊維の糸切れ
や粉化がないため、製造コストの低減を図ることができ
る。
【００１９】ちなみに、繊維の太さが２デニールのポリ
アクリロニトリル繊維を用いてフェルト７を製作し、こ
のフェルト７にニードルパンチングを５００パンチ／cm
2 の密度で施した。そして、このフェルト７を耐炎化処
理後、２０００℃で焼成して所定形状のフェルト７を得
た。一方、比較のために、繊維の太さが２デニールの耐
炎化繊維を用い、ニードルパンチングを上記と同じ密度
で施し、同様に焼成して所定形状のフェルトを得た。こ
れらのフェルトを電池の陽極室６内に収容し、電池の内
部抵抗を測定した。その結果、前者は後者に比較して、
内部抵抗が８％減少した。
アクリロニトリル繊維を用いてフェルト７を製作し、こ
のフェルト７にニードルパンチングを５００パンチ／cm
2 の密度で施した。そして、このフェルト７を耐炎化処
理後、２０００℃で焼成して所定形状のフェルト７を得
た。一方、比較のために、繊維の太さが２デニールの耐
炎化繊維を用い、ニードルパンチングを上記と同じ密度
で施し、同様に焼成して所定形状のフェルトを得た。こ
れらのフェルトを電池の陽極室６内に収容し、電池の内
部抵抗を測定した。その結果、前者は後者に比較して、
内部抵抗が８％減少した。
【００２０】なお、この発明は前記実施例に限定される
ものではなく、例えば次のように構成を変更して具体化
することも可能である。 （イ）有機繊維として、ポリアクリロニトリルの重合度
を変えたり、共重合成分を変えたり、置換基を変えたり
すること。 （ロ）高抵抗体として、ガラス繊維などの繊維を設け
て、多硫化ナトリウムの移動を容易にすること。また、
フェルト７上の固体電解質管５側の面にＶ字状の溝を設
けること。 （ハ）フェルト７の分割数を変えたり、環状に一体形成
したりすること。 （ニ）耐炎化処理後のフェルト７に対し、さらにニード
ルパンチングを施し、厚さ方向Ｘの繊維密度を高めるこ
と。
ものではなく、例えば次のように構成を変更して具体化
することも可能である。 （イ）有機繊維として、ポリアクリロニトリルの重合度
を変えたり、共重合成分を変えたり、置換基を変えたり
すること。 （ロ）高抵抗体として、ガラス繊維などの繊維を設け
て、多硫化ナトリウムの移動を容易にすること。また、
フェルト７上の固体電解質管５側の面にＶ字状の溝を設
けること。 （ハ）フェルト７の分割数を変えたり、環状に一体形成
したりすること。 （ニ）耐炎化処理後のフェルト７に対し、さらにニード
ルパンチングを施し、厚さ方向Ｘの繊維密度を高めるこ
と。
【００２１】ちなみに、前記実施例より把握される請求
項以外の技術的思想について、その効果とともに以下に
記載する。 （１）焼成後に、充放電反応に対する高抵抗体をカーボ
ンフェルト表面に配置して成形する請求項１に記載のナ
トリウム−硫黄電池用カーボンフェルトの製造方法。こ
の高抵抗体により、充放電反応を円滑に進行させること
ができる。 （２）カーボンフェルト表面にＶ字状の溝を設けた請求
項１に記載のナトリウム−硫黄電池用カーボンフェルト
の製造方法。この構成により、固体電解質管側における
充放電反応を抑制できて、電池反応を効率的に行うこと
ができる。
項以外の技術的思想について、その効果とともに以下に
記載する。 （１）焼成後に、充放電反応に対する高抵抗体をカーボ
ンフェルト表面に配置して成形する請求項１に記載のナ
トリウム−硫黄電池用カーボンフェルトの製造方法。こ
の高抵抗体により、充放電反応を円滑に進行させること
ができる。 （２）カーボンフェルト表面にＶ字状の溝を設けた請求
項１に記載のナトリウム−硫黄電池用カーボンフェルト
の製造方法。この構成により、固体電解質管側における
充放電反応を抑制できて、電池反応を効率的に行うこと
ができる。
【００２２】
【発明の効果】 以上詳述したように、この発明のナト
リウム−硫黄電池用カーボンフェルトの製造方法によれ
ば、ニードルパンチングによる繊維の切断や粉化を抑制
することができる。また、繊維の密度が高く、厚さ方向
の繊維の配向割合が大きく、電池内に収容したとき、抵
抗が低く、しかも高出力で耐久性に優れた電池を得るこ
とができる。
リウム−硫黄電池用カーボンフェルトの製造方法によれ
ば、ニードルパンチングによる繊維の切断や粉化を抑制
することができる。また、繊維の密度が高く、厚さ方向
の繊維の配向割合が大きく、電池内に収容したとき、抵
抗が低く、しかも高出力で耐久性に優れた電池を得るこ
とができる。
【図１】 この発明を具体化した実施例のナトリウム−
硫黄電池を示す断面図である。
硫黄電池を示す断面図である。
【図２】 図１のＡ−Ａ線における断面図である。
【図３】 ニードルパンチを施した後のフェルトを示す
斜視図である。
斜視図である。
【図４】 フェルトを湾曲させて円筒状に形成した状態
を示す斜視図である。
を示す斜視図である。
【図５】 この発明の実施例のカーボンフェルトの製造
工程を示す工程図である。
工程を示す工程図である。
１…陽極容器、５…固体電解質管、６…陽極室、７…陽
極用のフェルト、１４…陰極室、Ｎａ…ナトリウム、Ｓ
…硫黄、Ｘ…厚さ方向。
極用のフェルト、１４…陰極室、Ｎａ…ナトリウム、Ｓ
…硫黄、Ｘ…厚さ方向。
Claims (1)
- 【請求項１】 ナトリウムを陰極活物質とし、硫黄を陽
極活物質としたナトリウム−硫黄電池の陽極導電材とし
て用いるカーボンフェルトの製造方法であって、有機繊
維が耐炎化工程を経て焼成されるナトリウム−硫黄電池
用カーボンフェルトの製造方法において、 前記有機繊維としてポリアクリロニトリル繊維を所定の
板状体に形成し、この板状体にその厚さ方向へニードル
パンチングを施してフェルトとした後、このフェルトを
加熱酸化し、耐炎化処理を経て、高温焼成するナトリウ
ム−硫黄電池用カーボンフェルトの製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6120416A JP2919269B2 (ja) | 1994-06-01 | 1994-06-01 | ナトリウム−硫黄電池用カーボンフェルトの製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6120416A JP2919269B2 (ja) | 1994-06-01 | 1994-06-01 | ナトリウム−硫黄電池用カーボンフェルトの製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07326384A JPH07326384A (ja) | 1995-12-12 |
| JP2919269B2 true JP2919269B2 (ja) | 1999-07-12 |
Family
ID=14785685
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6120416A Expired - Lifetime JP2919269B2 (ja) | 1994-06-01 | 1994-06-01 | ナトリウム−硫黄電池用カーボンフェルトの製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2919269B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE10050512A1 (de) | 2000-10-11 | 2002-05-23 | Freudenberg Carl Kg | Leitfähiger Vliesstoff |
| US9012092B2 (en) * | 2011-04-04 | 2015-04-21 | Laor Consulting Llc | Fiber felt capacitors and batteries |
-
1994
- 1994-06-01 JP JP6120416A patent/JP2919269B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH07326384A (ja) | 1995-12-12 |
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