JP3113799B2 - Sodium-sulfur battery - Google Patents

Sodium-sulfur battery

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JP3113799B2
JP3113799B2 JP07230518A JP23051895A JP3113799B2 JP 3113799 B2 JP3113799 B2 JP 3113799B2 JP 07230518 A JP07230518 A JP 07230518A JP 23051895 A JP23051895 A JP 23051895A JP 3113799 B2 JP3113799 B2 JP 3113799B2
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JP
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sodium
coating layer
sulfur battery
anode
anode container
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明が属する技術分野】本発明は、電力負荷調整用、
電気自動車の電源用等の二次電池として利用されるナト
リウム−硫黄電池に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention
The present invention relates to a sodium-sulfur battery used as a secondary battery for a power source of an electric vehicle.

【0002】[0002]

【従来の技術】この種のナトリウム−硫黄電池は、特開
平5−109433号公報および特開平6−16307
7号公報に示されているように、有底筒状の陽極容器
と、同陽極容器の内部に配設されたナトリウムイオンを
透過可能な有底筒状の固体電解質と、同固体電解質内に
収容された金属ナトリウムからなる陰極活物質と、前記
固体電解質と前記陽極容器間に収容された硫黄からなる
陽極活物質とを備えた構成となっている。
2. Description of the Related Art This type of sodium-sulfur battery is disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open Nos. 5-109433 and 6-16307.
As shown in Japanese Patent Publication No. 7 (1995) -76, a bottomed cylindrical anode container, a bottomed cylindrical solid electrolyte permeable to sodium ions disposed inside the anode container, and It is configured to include a cathode active material made of metal sodium contained therein, and an anode active material made of sulfur contained between the solid electrolyte and the anode container.

【0003】当該形式のナトリウム−硫黄電池は300
〜350℃に加熱された状態で充放電の動作を行うもの
で、放電時には陰極室側のナトリウムと陽極室側の硫黄
とがイオン化され、イオン化されたナトリウムが固体電
解質を透過して硫黄と反応して多硫化ナトリウムを生成
するとともに放電し、また充電時にはこれとは逆の反応
が生じて充電されるものである。
A sodium-sulfur battery of this type has a 300
The charge / discharge operation is performed in a state heated to about 350 ° C. During discharge, sodium in the cathode chamber and sulfur in the anode chamber are ionized, and the ionized sodium permeates the solid electrolyte and reacts with sulfur. Then, sodium polysulfide is generated and discharged, and at the time of charging, the opposite reaction occurs to be charged.

【0004】ところで、当該ナトリウム−硫黄電池の一
形式として、陽極容器が金属にて形成されかつ固体電解
質がセラミックにて形成されているものがあり、当該形
式のナトリウム−硫黄電池においては、運転時に300
℃〜350℃の加熱状態に保持されるとともに運転停止
時に外気温度まで冷却される加熱および冷却が繰り返し
行われると、陽極容器と固体電解質との熱膨張および熱
収縮の相違と、放電時に生成される多硫化ナトリウムの
固体相−液体相間の変化とに起因して陽極容器が長手方
向へ漸次伸長し、固体電解質に大きな応力が作用して同
固体電解質を損傷させるおそれがある。
Incidentally, as one type of the sodium-sulfur battery, there is a type in which the anode container is formed of metal and the solid electrolyte is formed of ceramic. 300
When the heating and cooling in which the heating state is maintained at a temperature of from 0 ° C. to 350 ° C. and the operation is stopped to cool to the outside air temperature are repeatedly performed, the difference between the thermal expansion and the thermal contraction between the anode container and the solid electrolyte and the difference between the thermal expansion and the thermal contraction during the discharge are generated. The anode container gradually elongates in the longitudinal direction due to the change between the solid phase and the liquid phase of sodium polysulfide, and a large stress may act on the solid electrolyte to damage the solid electrolyte.

【0005】また、当該ナトリウム−硫黄電池の他の一
形式として、陽極容器がアルミニウムまたはアルミニウ
ム合金からなる有底筒状の基体と同基体の内周面に形成
された耐腐食性の被覆層とからなり、かつ固体電解質が
セラミックにて形成されているものがある。当該形式の
ナトリウム−硫黄電池は、陽極容器を軽量かつ安価に構
成すべくその基体をアルミニウムまたはアルミニウム合
金にて形成しており、当該形式のナトリウム−硫黄電池
の陽極容器においては、下記に示す理由により、アルミ
ニウムまたはアルミニウム合金製の基体の内周面に被覆
層が形成されている。
In another form of the sodium-sulfur battery, the anode container has a bottomed cylindrical base made of aluminum or an aluminum alloy and a corrosion-resistant coating layer formed on the inner peripheral surface of the base. And the solid electrolyte is formed of ceramic. In the sodium-sulfur battery of this type, the base is formed of aluminum or an aluminum alloy in order to make the anode container lightweight and inexpensive. Thus, a coating layer is formed on the inner peripheral surface of the base made of aluminum or an aluminum alloy.

【0006】すなわち、ナトリウム−硫黄電池において
は、その放電時のナトリウムと硫黄の反応により多硫化
ナトリウムが生成されるが、多硫化ナトリウムは金属に
対する腐食性、特にアルミニウム、アルミニウム合金に
対する腐食性が高く、この多硫化ナトリウムがアルミニ
ウム、アルミニウム合金に直接接触すると陽極容器の内
周面が腐食して損傷し、耐久性を低下させるとともに、
腐食が局部的で激しい場合には陽極容器に亀裂、貫通孔
が発生して多硫化ナトリウム、硫黄等が外部へ漏洩する
おそれがあること、陽極容器の腐食が進行すると陽極活
物質である硫黄が陽極容器を構成する金属の硫化のため
に消費され、陽極活物質として機能する硫黄の量が減少
し、これにともない電気容量が減少して電池としての寿
命が短縮されること等による。
That is, in a sodium-sulfur battery, sodium polysulfide is generated by the reaction between sodium and sulfur at the time of discharge. However, sodium polysulfide is highly corrosive to metals, particularly to aluminum and aluminum alloys. When this sodium polysulfide comes in direct contact with aluminum and aluminum alloy, the inner peripheral surface of the anode vessel is corroded and damaged, reducing the durability and
If the corrosion is localized and intense, cracks and through holes may occur in the anode container and sodium polysulfide, sulfur, etc. may leak to the outside. This is because the amount of sulfur that is consumed for sulfuration of the metal constituting the anode container and functions as an anode active material is reduced, and the electric capacity is accordingly reduced to shorten the life of the battery.

【0007】当該形式のナトリウム−硫黄電池において
も、運転および運転停止時の加熱および冷却に起因して
陽極容器が長手方向へ漸次伸長され、固体電解質に大き
な応力が作用して同固体電解質を損傷させるおそれがあ
る。そのうえ、当該形式のナトリウム−硫黄電池におい
ては、陽極容器を構成している基体と被覆層とでは熱膨
張、熱収縮に大きな差があり、この差に起因してこれら
両者間に層間剥離が発生するとともに、被覆層にクラッ
クが発生するおそれがある。
In this type of sodium-sulfur battery as well, the anode container is gradually elongated in the longitudinal direction due to heating and cooling during operation and shutdown, and large stress acts on the solid electrolyte to damage the solid electrolyte. May be caused. In addition, in the sodium-sulfur battery of this type, there is a large difference in thermal expansion and thermal contraction between the base and the coating layer constituting the anode container, and this difference causes delamination between the two. In addition, cracks may occur in the coating layer.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】このような問題に対処
すべく、上記した両公報に示されたナトリウム−硫黄電
池において、前者のナトリウム−硫黄電池にあっては、
陽極容器の筒部の上方側部に径方向へ屈曲して同筒部の
長手方向への伸縮が容易なくびれ部を設けるとともに、
陽極容器の外周に剛性容器を嵌合し、剛性容器により陽
極容器の熱膨張による長手方向の伸長量を所定量に規制
するとともに、陽極容器の熱膨張および熱収縮をくびれ
部の変形により吸収緩和しようとするものである。ま
た、後者のナトリウム−硫黄電池にあっては、陽極容器
の筒部の上部にくびれ部を形成して、陽極容器の熱膨張
および熱収縮をくびれ部の変形により吸収緩和するとと
もに、陽極容器の内周面を被覆層にて保護しようとする
ものである。
In order to cope with such a problem, in the sodium-sulfur batteries disclosed in the above publications, the former sodium-sulfur battery has the following problems.
Along the upper side of the cylindrical portion of the anode container is provided a constricted portion that is bent in the radial direction to easily expand and contract in the longitudinal direction of the cylindrical portion,
A rigid container is fitted around the outer periphery of the anode container, the rigid container regulates the amount of longitudinal expansion due to the thermal expansion of the anode container to a predetermined amount, and absorbs and reduces the thermal expansion and thermal contraction of the anode container by deformation of the constricted portion. What you want to do. Further, in the latter sodium-sulfur battery, a constricted portion is formed at the upper part of the cylindrical portion of the anode container to absorb and mitigate the thermal expansion and thermal contraction of the anode container by deformation of the constricted portion, and to reduce the absorption of the anode container. The inner peripheral surface is to be protected by a coating layer.

【0009】しかしながら、後者のナトリウム−硫黄電
池においては、くびれ部は被覆層にて被覆されていて熱
膨張および熱収縮時の変形を規制されているため意図し
たほど変形しない。このため、当該ナトリウム−硫黄電
池においては、陽極容器の被覆層中でのクラックの発生
が著しい。従って、本発明の目的は当該形式のナトリウ
ム−硫黄電池において、被覆層中でのクラックの発生を
低減させて、陽極容器の寿命を向上させることにある。
[0009] However, in the latter sodium-sulfur battery, the constricted portion is covered with the covering layer and is not deformed as intended because the deformation during thermal expansion and contraction is regulated. For this reason, in the sodium-sulfur battery, cracks are remarkably generated in the coating layer of the anode container. Therefore, an object of the present invention is to reduce the occurrence of cracks in the coating layer and improve the life of the anode container in a sodium-sulfur battery of this type.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】本発明は、金属製の有底
筒状の基体の内周面に同基体より耐腐食性の高い金属か
らなる被覆層を有する陽極容器と、同陽極容器の内部に
配設されたナトリウムイオンを透過可能な有底筒状のセ
ラミック製の固体電解質と、同固体電解質内に収容され
た金属ナトリウムからなる陰極活物質と、前記固体電解
質と前記陽極容器間に収容された硫黄からなる陽極活物
質とを備えるとともに、前記陽極容器の筒部における上
方の部位に径方向に屈曲するくびれ部を備え、加熱状態
において充放電動作を行うナトリウム−硫黄電池におい
て、前記くびれ部前記陽極活物質の上端面より上方の
部位に位置し、かつ、前記被覆層前記基体の下端部か
ら前記陽極活物質の上端面の部位まで延びて上端が前記
くびれ部の下方基端部から同くびれ部の頂部の間に位置
していることを特徴とするものである。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention provides an anode container having a metal bottomed cylindrical base having a coating layer made of a metal having higher corrosion resistance than the base, and an anode container having the same structure. A bottomed cylindrical ceramic solid electrolyte permeable to sodium ions disposed therein, a cathode active material made of metallic sodium housed in the solid electrolyte, and between the solid electrolyte and the anode container A sodium-sulfur battery comprising a contained anode active material made of sulfur and having a constricted portion bent in a radial direction at an upper portion of the cylindrical portion of the anode container, and performing a charge / discharge operation in a heated state. The constricted portion is located at a position above the upper end surface of the anode active material , and the coating layer is located on the lower end of the base.
The upper end extends to the site of the upper end face of al before Symbol anode active material
It is located between the lower base end of the constriction and the top of the constriction .

【0011】本発明に係るナトリウム−硫黄電池におい
は、前記被覆層の上端部を前記くびれ部の頂部に向か
って漸次肉薄に形成すること、前記被覆層をステライト
系合金、またはクロムの含有量が60重量%以上のクロ
ム−鉄系合金にて形成すること、同被覆層の上端部を除
く厚みを30μm以上にすること、前記被覆層をプラズ
マ溶射による溶射層にて形成すること等の態様を採用す
ることが好ましい。
[0011] Sodium according to the present invention - in the sulfur batteries, forming the upper portion of the front Symbol coating layer gradually thinner towards the top of the constricted portion, the content of the covering layer a stellite alloy or chromium, Is formed of a chromium-iron alloy having 60% by weight or more, the thickness of the coating layer excluding the upper end portion is set to 30 μm or more, and the coating layer is formed of a thermal sprayed layer by plasma spraying. It is preferable to employ

【0012】[0012]

【発明の作用・効果】このように構成したナトリウム−
硫黄電池においては、陽極容器を構成する基体の被覆層
が陽極容器に収容されている陽極活物質の上端面または
これより上方の部位まで位置しているため、陽極容器を
構成する基体を多硫化ナトリウムによる腐食から防止す
ることができる。また、当該ナトリウム−硫黄電池にお
いては、被覆層が最大限基体のくびれ部の頂部までしか
達しておらず、かつくびれ部の下方基端部から上方に達
している場合には、同基端部から頂部までは漸次肉薄に
形成されているため、くびれ部の熱変形が被覆層による
規制を全く受けることがなく、またはその規制を大きく
抑制されるため、被覆層中でのクラックの発生を著しく
低減させることができる。
Action and effect of the present invention
In a sulfur battery, since the coating layer of the substrate constituting the anode container is located at the upper end surface of the anode active material accommodated in the anode container or at a position higher than this, the substrate constituting the anode container is polysulfided. It can be prevented from corrosion by sodium. Also, in the sodium-sulfur battery, when the coating layer reaches only the top of the constricted portion of the substrate at the maximum and reaches upward from the lower base end of the constricted portion, the base end From the top to the top, the thermal deformation of the constricted part is not subject to any regulation by the coating layer, or the regulation is greatly suppressed, so that the occurrence of cracks in the coating layer is remarkable. Can be reduced.

【0013】また、当該ナトリウム−硫黄電池において
は、基体のくびれ部の頂部より下方の直管部の内周面を
被覆層で被覆するものであって、従来のごとき基体の内
周面の全体を被覆層で被覆するものではないため、被覆
層の形成材料の使用量を軽減することができるととも
に、被覆層の形成時間を短縮することができて、陽極容
器のコストの低減を図ることができる。
Further, in the sodium-sulfur battery, the inner peripheral surface of the straight pipe portion below the top of the constricted portion of the substrate is covered with a coating layer, and the entire inner peripheral surface of the conventional substrate is covered. Is not coated with a coating layer, so that the amount of material used for forming the coating layer can be reduced, and the time for forming the coating layer can be shortened, and the cost of the anode container can be reduced. it can.

【0014】[0014]

【発明の実施の形態】BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION

(ナトリウム−硫黄電池)以下、本発明に係るナトリウ
ム−硫黄電池を図面に基づいて説明する。図1には本発
明の一実施の形態に係るナトリウム−硫黄電池の縦断面
が示されている。当該ナトリウム−硫黄電池は陽極容器
10aと、固体電解質10bを主要構成部材とし、かつ
陰極活物質10cと、陽極活物質10dを主要構成物質
としている。また、陽極容器10aは、有底筒状の基体
11と、被覆層12とにより構成されている。
(Sodium-sulfur battery) Hereinafter, the sodium-sulfur battery according to the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 shows a longitudinal section of a sodium-sulfur battery according to one embodiment of the present invention. The sodium-sulfur battery has an anode container 10a and a solid electrolyte 10b as main components, and a cathode active material 10c and an anode active material 10d as main components. Further, the anode container 10 a is composed of a bottomed cylindrical base 11 and a coating layer 12.

【0015】基体11はアルミニウムまたはアルミニウ
ム合金にて形成されている有底筒体であり、かつ被覆層
12はクロム−鉄系合金またはステライト系合金等の溶
射層にて形成されているもので、基体11の内周面に形
成されている。しかして、当該ナトリウム−硫黄電池に
おいては、陽極容器10aを構成する基体11の上方の
部位に断面波形状のくびれ部が形成されていて、基体1
1が下側の直管部11aとくびれ部11bの両部位にて
形成される。
The base 11 is a bottomed cylinder made of aluminum or an aluminum alloy, and the coating layer 12 is made of a sprayed layer of a chromium-iron alloy or a stellite alloy. It is formed on the inner peripheral surface of the base 11. Thus, in the sodium-sulfur battery, a constricted portion having a corrugated cross section is formed at a position above the base 11 constituting the anode container 10a.
1 is formed on both the lower straight pipe portion 11a and the constricted portion 11b.

【0016】固体電解質10bは有底筒体であって、ナ
トリウムイオンの透過能を有するものでベータアルミナ
にて形成されている。固体電解質10bはアルファアル
ミナにて形成されている絶縁リング13に嵌着されてい
て、同絶縁リング13が陽極容器10aの上端開口部に
固着された状態で陽極容器10a内に同心的に配設され
ている。蓋体14aは陰極端子14bを備え、絶縁リン
グ13の上面に固着されて絶縁リング13を覆蓋してい
る。これにより、絶縁リング13および蓋体14aは陽
極容器10aおよび固体電解質10bを密閉していて、
固体電解質10b内を陰極室に構成し、かつ陽極容器1
0aと固体電解質10b間を陽極室に構成している。な
お、陽極容器10aを構成する基体11は図示しない陽
極端子を備えている。
The solid electrolyte 10b is a cylindrical body having a bottom and has sodium ion permeability, and is made of beta alumina. The solid electrolyte 10b is fitted on an insulating ring 13 made of alpha alumina, and is disposed concentrically in the anode container 10a with the insulating ring 13 fixed to the upper end opening of the anode container 10a. Have been. The lid 14a has a cathode terminal 14b and is fixed to the upper surface of the insulating ring 13 to cover the insulating ring 13. Thereby, the insulating ring 13 and the lid 14a seal the anode container 10a and the solid electrolyte 10b,
The inside of the solid electrolyte 10b is configured as a cathode chamber, and the anode container 1
The space between Oa and the solid electrolyte 10b is an anode chamber. The base 11 forming the anode container 10a has an anode terminal (not shown).

【0017】当該ナトリウム−硫黄電池においては、陰
極室に陰極活物質10cが収容され、かつ陽極室に陽極
活物質10dが収容されている。陰極活物質10cは金
属ナトリウムからなり陰極室に収容されている。また、
陽極活物質10dは硫黄からなり、グラファイトフェル
トを介在させた状態で陽極室に収容されている。
In the sodium-sulfur battery, the cathode compartment contains the cathode active material 10c, and the anode compartment contains the anode active material 10d. The cathode active material 10c is made of metallic sodium and is housed in the cathode compartment. Also,
The anode active material 10d is made of sulfur, and is housed in the anode chamber with graphite felt interposed.

【0018】当該ナトリウム−硫黄電池においては、同
電池を300〜350℃に加熱すると約2.08Vの開
路電圧を示し、電池に外部負荷を接続すると電池内では
陰極活物質であるナトリウムがイオン化され、ナトリウ
ムイオンは固体電解質10bを透過して陽極活物質10
dに達し、同活物質10dである硫黄と反応して多硫化
ナトリウムを生成させて放電する。また、当該ナトリウ
ム−硫黄電池において、充電時には上記とは逆の反応が
起こって充電される。
In the sodium-sulfur battery, when the battery is heated to 300 to 350 ° C., an open circuit voltage of about 2.08 V is exhibited. When an external load is connected to the battery, sodium as a cathode active material is ionized in the battery. , Sodium ions permeate the solid electrolyte 10b and pass through the anode active material 10b.
d, and reacts with sulfur, which is the same active material 10d, to generate sodium polysulfide and discharge. In addition, in the sodium-sulfur battery, a reaction opposite to the above occurs at the time of charging, and the battery is charged.

【0019】しかして、当該ナトリウム−硫黄電池にお
いては、陽極容器10aは基体11と被覆層12にて構
成されており、被覆層12は基体11の下端から陽極活
物質10dの上端面の部位まで位置している。従って、
被覆層12は基体11の直管部11aのほぼ全ての内周
面を被覆するとともに、くびれ部11bの内周面は全く
被覆していない。
In the sodium-sulfur battery, the anode container 10a is composed of the base 11 and the coating layer 12, and the coating layer 12 extends from the lower end of the base 11 to the upper end of the anode active material 10d. positioned. Therefore,
The coating layer 12 covers almost the entire inner peripheral surface of the straight pipe portion 11a of the base 11, and does not cover the inner peripheral surface of the constricted portion 11b at all.

【0020】このように構成したナトリウム−硫黄電池
においては、陽極容器10aを構成する基体11の被覆
層12は基体11の直管部11aの略全内周面を被覆し
て、陽極容器10aに収容されている陽極活物質10d
の上端面の部位まで位置しているため、基体11を多硫
化ナトリウムによる腐食から防止することができる。ま
た、被覆層12は基体11のくびれ部11bの下方基端
部まで達していないため、くびれ部11bの熱変形に対
する被覆層12の規制が全くなくて、くびれ部11bの
熱変形の規制に起因する被覆層12中でのクラックの発
生を著しく低減させることができる。
In the sodium-sulfur battery constructed as described above, the coating layer 12 of the base 11 constituting the anode container 10a covers substantially the entire inner peripheral surface of the straight pipe portion 11a of the base 11 and is attached to the anode container 10a. The contained anode active material 10d
The base 11 can be prevented from being corroded by sodium polysulfide. Further, since the coating layer 12 does not reach the lower base end of the constricted portion 11b of the base 11, there is no regulation of the coating layer 12 on the thermal deformation of the constricted portion 11b. The generation of cracks in the coating layer 12 can be significantly reduced.

【0021】当該ナトリウム−硫黄電池を構成する陽極
容器10aは、図2に示すように、大気中でのプラズマ
溶射にて形成することができる。この場合、基体11の
一端開口部から筒状のマスキング治具15を挿入してそ
の外向フランジ部にて開口端部に掛止して、基体11の
陽極活物質の上端面に対応する部位より上端側の部位を
マスキングし、同マスキング治具15内に溶射ガン16
を挿入して溶射する。これにより、基体11の直管部1
1aの内周面のほぼ全てに溶射層が形成され、溶射層に
よる被覆層12が形成される。
The anode container 10a constituting the sodium-sulfur battery can be formed by plasma spraying in the atmosphere as shown in FIG. In this case, a cylindrical masking jig 15 is inserted from one end opening of the base 11 and is hooked to the opening end at the outward flange portion, so that a portion corresponding to the upper end surface of the anode active material of the base 11 is Mask the upper end portion and place the spraying gun 16 in the masking jig 15.
Insert and spray. Thereby, the straight pipe portion 1 of the base 11
A thermal spray layer is formed on almost the entire inner peripheral surface of 1a, and a coating layer 12 of the thermal spray layer is formed.

【0022】溶射原料としては、ステライト系合金の粉
末、クロム含有量が60重量%以上のクロム−鉄系合金
の粉末を採用するとともに、プラズマ条件としては、一
次ガスとしてアルゴン(30〜60l/min)を、出
力を増大させる二次ガスとして水素ガス(0.8〜3.
0l/min)を、原料粉末を移送するキャリアガスと
してアルゴンを採用して、電流230〜300A、プラ
ズマ出力8.5〜12.5kwの条件下で溶射する。溶
射においては、基体11を300〜500rpmで回転
させつつ溶射ガン16を上下方向へ移動して行う。
As a material for thermal spraying, a powder of a stellite alloy and a powder of a chromium-iron alloy having a chromium content of 60% by weight or more are used. As a plasma condition, argon (30 to 60 l / min) is used as a primary gas. ) Is replaced with hydrogen gas (0.8-3.
0 l / min) is sprayed under the conditions of a current of 230 to 300 A and a plasma output of 8.5 to 12.5 kW, employing argon as a carrier gas for transferring the raw material powder. The thermal spraying is performed by moving the thermal spray gun 16 in the vertical direction while rotating the base 11 at 300 to 500 rpm.

【0023】従って、当該ナトリウム−硫黄電池におい
ては、基体11のくびれ部11bより下方の直管部11
aの内周面のみが被覆層12にて被覆され、従来のごと
き基体の内周面の全体が被覆層で被覆されるものではな
いため、被覆層12の形成材料である溶射原料の使用量
を軽減することができるとともに、被覆層12の形成時
間を短縮することができて、陽極容器10aのコストの
低減を図ることができる。
Therefore, in the sodium-sulfur battery, the straight pipe portion 11 below the narrow portion 11b of the base 11 is provided.
Since only the inner peripheral surface of a is coated with the coating layer 12 and the entire inner peripheral surface of the substrate as in the conventional case is not coated with the coating layer, the amount of the spray material used as the material for forming the coating layer 12 is reduced. Can be reduced, and the time for forming the coating layer 12 can be shortened, so that the cost of the anode container 10a can be reduced.

【0024】(実験)本実験では、図3および図4に示
す陽極容器10aを使用して図1に示すナトリウム−硫
黄電池を構成して、加熱、冷却を繰り返し行った場合の
被覆層12中のクラックの発生状態を測定するヒートサ
イクル試験を行った。ヒートサイクル試験では、ナトリ
ウム−硫黄電池を室温から4時間で420℃まで昇温
し、この温度を5時間保持した後4時間で室温まで降温
する行程を1サイクル(ヒートサイクル)としてこれを
60回繰り返し行い、その後電池を解体して陽極容器1
0aを取り出して、被覆層12中のクラックの発生状態
をX線透過法で測定した。得られた結果を図5のグラフ
に示す。
(Experiment) In this experiment, the sodium-sulfur battery shown in FIG. 1 was constructed using the anode container 10a shown in FIGS. A heat cycle test was conducted to measure the state of occurrence of cracks. In the heat cycle test, the process of raising the temperature of the sodium-sulfur battery from room temperature to 420 ° C. in 4 hours, maintaining the temperature for 5 hours, and then lowering the temperature to room temperature in 4 hours is defined as one cycle (heat cycle), and this cycle is repeated 60 times. The battery is disassembled and the anode container 1
Oa was taken out, and the state of occurrence of cracks in the coating layer 12 was measured by an X-ray transmission method. The results obtained are shown in the graph of FIG.

【0025】但し、各陽極容器は、長さ300mm、外
径50mm、厚み1.4mmのアルミニウム合金製の基
体11と、その内周面にクロムー鉄系合金(クロム含有
量が75重量%)を溶射して形成された厚み80μmの
被覆層12にて形成されたいものである。また、各陽極
容器10aのうち、図3(a)は被覆層12の上端部が
くびれ部11bの頂部にまで達している陽極容器(N
O.1)、同図(b)は被覆層12の上端部がくびれ部
11bの下方基端部と頂部との中間部に達している陽極
容器(NO.2)、同図(c)は被覆層12の上端部が
くびれ部11bの下方基端部に達している陽極容器(N
O.3)、図4は被覆層12の上端部がくびれ部11b
の頂部を越えて基体11の上端にまで達している陽極容
器(NO.4)を示している。
However, each anode container has a base 11 made of an aluminum alloy having a length of 300 mm, an outer diameter of 50 mm and a thickness of 1.4 mm, and a chromium-iron alloy (chromium content of 75% by weight) on the inner peripheral surface thereof. This is to be formed by the coating layer 12 having a thickness of 80 μm formed by thermal spraying. FIG. 3A shows an anode container (N) in which the upper end of the coating layer 12 reaches the top of the constricted portion 11b.
O. 1), FIG. 1B shows an anode container (NO. 2) in which the upper end of the coating layer 12 reaches an intermediate portion between the lower base end and the top of the constricted portion 11b, and FIG. The anode container (N) whose upper end reaches the lower base end of the constricted part 11b
O. 3), FIG. 4 shows that the upper end of the coating layer 12 has a constricted portion 11b.
Anode container (NO. 4) reaching the upper end of the substrate 11 over the top of the anode container.

【0026】図5のグラフを参照すると、被覆層12が
基体11の内周面の全面を被覆している陽極容器(N
O.4)は、被覆層12の上端部が基体11のくびれ部
11bの頂部以下である他の各陽極容器(NO.1〜N
O.3)に比較して、被覆層12中のクラックの発生が
著しく多い。また、各陽極容器10a(NO.1〜N
O.3)の間にもクラックの発生数に若干の差があり、
被覆層12の上端部が基体11のくびれ部11bの頂部
に接近するほどクラツクの発生が多くなる。
Referring to the graph of FIG. 5, the anode container (N) in which the coating layer 12 covers the entire inner peripheral surface of the base 11 is shown.
O. 4) are the other anode containers (NO. 1 to NO. N) in which the upper end of the coating layer 12 is not more than the top of the constricted portion 11b of the base 11.
O. The number of cracks in the coating layer 12 is remarkably large as compared with 3). In addition, each anode container 10a (NO.
O. There is also a slight difference in the number of cracks generated between 3),
The closer the upper end of the coating layer 12 is to the top of the constricted portion 11b of the substrate 11, the more cracks are generated.

【0027】従って、ナトリウム−硫黄電池の陽極容器
10aとしては、被覆層12中のクラックの発生を考慮
すると、被覆層12の上端部が図2および図3に示す陽
極容器10aのように、基体11における陽極活物質1
0dの上端面の部位からくびれ部11bの頂部までの間
に位置している陽極容器10aが適しており、特に被覆
層12の腐食防止機能およびクラックの発生の両面を考
慮すると、被覆層12の上端部が図3(c)に示すよう
に基体11のくびれ部11bの下方基端部に位置してい
る陽極容器10aが最も適している。
Therefore, considering the occurrence of cracks in the coating layer 12, the anode container 10a of the sodium-sulfur battery has an upper end portion similar to that of the anode container 10a shown in FIGS. Anode active material 1 in 11
The anode container 10a located between the upper end surface of Od and the top of the constricted portion 11b is suitable. Particularly, in consideration of both the corrosion prevention function of the coating layer 12 and the generation of cracks, The anode container 10a whose upper end is located at the lower base end of the constricted portion 11b of the base 11 as shown in FIG. 3C is most suitable.

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

【図1】本発明の一実施の形態に係るナトリウム−硫黄
電池の縦断面図である。
FIG. 1 is a longitudinal sectional view of a sodium-sulfur battery according to one embodiment of the present invention.

【図2】同ナトリウム−硫黄電池の陽極容器を構成する
陽極容器の製造例を示す縦断面図である。
FIG. 2 is a longitudinal sectional view showing a production example of an anode container constituting the anode container of the sodium-sulfur battery.

【図3】陽極容器の各種の例を示す部分縦断面図であ
る。
FIG. 3 is a partial longitudinal sectional view showing various examples of an anode container.

【図4】従来の陽極容器を示す部分縦断面図である。FIG. 4 is a partial longitudinal sectional view showing a conventional anode container.

【図5】各陽極容器のヒートサイクル数に対する被覆層
中のクラックの発生状態を示すグラフである。
FIG. 5 is a graph showing the state of occurrence of cracks in a coating layer with respect to the number of heat cycles of each anode container.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10a…陽極容器、10b…固体電解質、10c…陰極
活物質、10d…陽極活物質、11…基体、11a…直
管部、11b…くびれ部、12…被覆層、14…マスギ
ング治具、16…溶射ガン。
10a: Anode container, 10b: Solid electrolyte, 10c: Cathode active material, 10d: Anode active material, 11: Base, 11a: Straight tube portion, 11b: Constricted portion, 12: Coating layer, 14: Masking jig, 16 ... Thermal spray gun.

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】金属製の有底筒状の基体の内周面に同基体
より耐腐食性の高い金属からなる被覆層を有する陽極容
器と、同陽極容器の内部に配設されたナトリウムイオン
を透過可能な有底筒状のセラミック製の固体電解質と、
同固体電解質内に収容された金属ナトリウムからなる陰
極活物質と、前記固体電解質と前記陽極容器間に収容さ
れた硫黄からなる陽極活物質とを備えるとともに、前記
陽極容器の筒部における上方の部位に径方向に屈曲する
くびれ部を備え、加熱状態において充放電動作を行うナ
トリウム−硫黄電池において、前記くびれ部前記陽極
活物質の上端面より上方の部位に位置し、かつ、前記被
覆層前記基体の下端部から前記陽極活物質の上端面の
部位まで延びて上端が前記くびれ部の下方基端部から同
くびれ部の頂部の間に位置していることを特徴とするナ
トリウム−硫黄電池。
An anode container having a coating layer made of a metal having higher corrosion resistance than a metal substrate and a sodium ion disposed inside the anode container. A bottomed cylindrical ceramic solid electrolyte that can transmit
A cathode active material comprising metallic sodium contained in the solid electrolyte; and an anode active material comprising sulfur contained between the solid electrolyte and the anode container. In a sodium-sulfur battery that includes a constricted portion bent in the radial direction and performs a charge / discharge operation in a heated state, the constricted portion is located at a position above an upper end surface of the anode active material , and the coating layer is same from the lower proximal end of the upper end is the constriction extends to the site of the upper end surface of the lower portion or found before Symbol cathode active material of the base body
A sodium-sulfur battery located between the tops of the constrictions .
【請求項2】請求項1に記載のナトリウム−硫黄電池に
おいて、前記被覆層の上端部が前記くびれ部の頂部に向
かって漸次肉薄に形成されていることを特徴とするナト
リウム−硫黄電池。
2. The sodium-sulfur battery according to claim 1, wherein an upper end of the coating layer faces a top of the constriction.
A sodium-sulfur battery characterized in that it is formed gradually thinner .
【請求項3】請求項1または2に記載のナトリウム−硫
黄電池において、前記被覆層がステライト系合金、また
はクロムの含有量が60重量%以上のクロム−鉄系合金
にて形成され、かつ、同被覆層の上端部を除く厚みが3
0μm以上であることを特徴とするナトリウム−硫黄電
池。
3. The sodium-sulfur battery according to claim 1 , wherein the coating layer is made of a stellite alloy.
Is a chromium-iron alloy containing 60% by weight or more of chromium
And the thickness excluding the upper end of the coating layer is 3
A sodium-sulfur battery having a thickness of 0 μm or more .
【請求項4】請求項1,2または3に記載のナトリウム
−硫黄電池において、前記被覆層がプラズマ溶射による
溶射層にて形成されていることを特徴とするナトリウム
−硫黄電池。
4. The sodium-sulfur battery according to claim 1, wherein said coating layer is formed by plasma spraying.
A sodium-sulfur battery formed by a thermal spray layer .
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