JP3263776B2 - 高温ナトリウム電池 - Google Patents
高温ナトリウム電池Info
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- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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- Y02E60/10—Energy storage using batteries
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、電力貯蔵装置、電気自
動車、非常用電源、無停電電源、電力系統のピ−クカッ
ト装置、周波数・電圧安定化装置などの電池システムに
用いるに好適な高温ナトリウム電池に関する。
動車、非常用電源、無停電電源、電力系統のピ−クカッ
ト装置、周波数・電圧安定化装置などの電池システムに
用いるに好適な高温ナトリウム電池に関する。
【０００２】
【従来の技術】負極にナトリウム、正極に硫黄などを用
いた高温ナトリウム電池は、その効率やエネルギ−密度
が大きいことから注目され、電力貯蔵装置や電気自動車
などへの利用が期待されている。しかしながら、活性の
高いナトリウムが電池の活物質として用いられているた
めに、電池破損時にナトリウムと正極活物質である硫黄
などとが反応し、発熱して活物質が周囲へ飛散するとい
う安全上の問題点が指摘されている。この問題点に対処
するため、例えば特開昭６０−２０４７５号公報に見ら
れる様に、負極内にナトリウム収納容器を設け、容器底
面に設けた孔径０.３ｍｍの小孔３個、または孔径０.８
ｍｍの小孔１〜２個によってナトリウム流出量を制限す
ることが提案されている。また、特公平６−６５０７３
号公報には、孔径２ｍｍ以下の底孔を設けたナトリウム
容器と固体電解質管との間に、さらに有底袋管状の安全
管を設ける方法も提案されている。さらに、孔径０.４
ｍｍの底孔を設けたナトリウム容器の例が１９８５年に
Ｃｈａｐｍａｎ ＆Ｈａｌｌ社から発行のＴｈｅ Ｓｏ
ｄｉｕｍ Ｓｕｌｐｆｕｒ Ｂａｔｔｅｒｙ（Ｊ．Ｌ．
Ｓｕｄｗｏｒｔｈ ａｎｄ Ａ．Ｒ．Ｔｉｌｌｅｙ）に
記載されている。これらの方法によれば、固体電解質が
破損してもナトリウム容器から流出するナトリウム量が
制限され、電池の安全性を高めることが可能である。
いた高温ナトリウム電池は、その効率やエネルギ−密度
が大きいことから注目され、電力貯蔵装置や電気自動車
などへの利用が期待されている。しかしながら、活性の
高いナトリウムが電池の活物質として用いられているた
めに、電池破損時にナトリウムと正極活物質である硫黄
などとが反応し、発熱して活物質が周囲へ飛散するとい
う安全上の問題点が指摘されている。この問題点に対処
するため、例えば特開昭６０−２０４７５号公報に見ら
れる様に、負極内にナトリウム収納容器を設け、容器底
面に設けた孔径０.３ｍｍの小孔３個、または孔径０.８
ｍｍの小孔１〜２個によってナトリウム流出量を制限す
ることが提案されている。また、特公平６−６５０７３
号公報には、孔径２ｍｍ以下の底孔を設けたナトリウム
容器と固体電解質管との間に、さらに有底袋管状の安全
管を設ける方法も提案されている。さらに、孔径０.４
ｍｍの底孔を設けたナトリウム容器の例が１９８５年に
Ｃｈａｐｍａｎ ＆Ｈａｌｌ社から発行のＴｈｅ Ｓｏ
ｄｉｕｍ Ｓｕｌｐｆｕｒ Ｂａｔｔｅｒｙ（Ｊ．Ｌ．
Ｓｕｄｗｏｒｔｈ ａｎｄ Ａ．Ｒ．Ｔｉｌｌｅｙ）に
記載されている。これらの方法によれば、固体電解質が
破損してもナトリウム容器から流出するナトリウム量が
制限され、電池の安全性を高めることが可能である。
【０００３】しかしながら、これらの電池ではナトリウ
ム容器からのナトリウムの流出量についての規制が不十
分で、電池の負極と正極とが短絡した時、固体電解質管
を通して流れるナトリウムイオン量を制限することまで
は考慮されていなかった。本発明者逹の検討によれば、
このような短絡が起こった際、短絡電流が電池から物理
的に離れた外部回路を流れる時は大きな問題は起こらな
いが、短絡電流が電池表面に沿って流れる場合には、こ
の部分の発熱によって電池破損につながることが判っ
た。この問題は負極のシ−ル部が劣化してナトリウムが
漏れ出したケ−スが最も深刻で、ナトリウムによる短絡
でシ−ル部の温度が上昇し、電池破損、活物質飛散に至
ることが判った。このように従来の高温ナトリウム電池
では、負極−正極間の短絡に対する安全性は十分なもの
では無かった。
ム容器からのナトリウムの流出量についての規制が不十
分で、電池の負極と正極とが短絡した時、固体電解質管
を通して流れるナトリウムイオン量を制限することまで
は考慮されていなかった。本発明者逹の検討によれば、
このような短絡が起こった際、短絡電流が電池から物理
的に離れた外部回路を流れる時は大きな問題は起こらな
いが、短絡電流が電池表面に沿って流れる場合には、こ
の部分の発熱によって電池破損につながることが判っ
た。この問題は負極のシ−ル部が劣化してナトリウムが
漏れ出したケ−スが最も深刻で、ナトリウムによる短絡
でシ−ル部の温度が上昇し、電池破損、活物質飛散に至
ることが判った。このように従来の高温ナトリウム電池
では、負極−正極間の短絡に対する安全性は十分なもの
では無かった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記従来技
術の欠点を除き、高温ナトリウム電池において、負極−
正極間の短絡に対する安全性を高めることを課題とす
る。
術の欠点を除き、高温ナトリウム電池において、負極−
正極間の短絡に対する安全性を高めることを課題とす
る。
【０００５】上記課題を解決するため、本発明の高温ナ
トリウム電池は、ナトリウムを収納した負極と、硫黄、
セレン、テルル、多硫化ナトリウムまたは金属ハロゲン
化物等を収納した正極と、前記負極と正極間に設けられ
た固体電解質管と、前記負極内に設けられ、内部にナト
リウムを収納し前記固体電解質管へ供給されるナトリウ
ム流量を制限するための小孔を持ったナトリウム容器と
を備え、前記小孔の断面積は、該小孔から流出するナト
リウムの流量が前記負極と前記正極とを短絡した時に前
記固体電解質管を通して流れるナトリウムイオンの流量
よりも小さくなるよう形成することを特徴とし、具体的
には以下に述べるいくつかの態様をとることができる。
トリウム電池は、ナトリウムを収納した負極と、硫黄、
セレン、テルル、多硫化ナトリウムまたは金属ハロゲン
化物等を収納した正極と、前記負極と正極間に設けられ
た固体電解質管と、前記負極内に設けられ、内部にナト
リウムを収納し前記固体電解質管へ供給されるナトリウ
ム流量を制限するための小孔を持ったナトリウム容器と
を備え、前記小孔の断面積は、該小孔から流出するナト
リウムの流量が前記負極と前記正極とを短絡した時に前
記固体電解質管を通して流れるナトリウムイオンの流量
よりも小さくなるよう形成することを特徴とし、具体的
には以下に述べるいくつかの態様をとることができる。
【０００６】尚、本発明の前記高温ナトリウム電池を複
数個組み合わせて用いることにより電池システムを構成
できる。そして、この電池システムは電力貯蔵装置、電
気自動車、非常用電源、無停電電源、電力系統のピ−ク
カット装置または周波数・電圧安定化装置として用いら
れることができる。
数個組み合わせて用いることにより電池システムを構成
できる。そして、この電池システムは電力貯蔵装置、電
気自動車、非常用電源、無停電電源、電力系統のピ−ク
カット装置または周波数・電圧安定化装置として用いら
れることができる。
【０００７】本発明の第1の態様としては、前記小孔の
断面積は電池の起電力をＥ（Ｖ）、内部抵抗をＲ
（Ω）、小孔から測ったナトリウム容器高さをＨ（ｃ
ｍ）としたとき、１×１０−５Ｅ／（Ｒ・√Ｈ）（ｃｍ
２）より小さいことを特徴とする。
断面積は電池の起電力をＥ（Ｖ）、内部抵抗をＲ
（Ω）、小孔から測ったナトリウム容器高さをＨ（ｃ
ｍ）としたとき、１×１０−５Ｅ／（Ｒ・√Ｈ）（ｃｍ
２）より小さいことを特徴とする。
【０００８】本発明の第２の態様としては、前記小孔が
複数個設けられており、その小孔断面積の和は起電力を
Ｅ（Ｖ）、内部抵抗をＲ（Ω）、小孔から測ったナトリ
ウム容器高さをＨ（cm）としたとき、１×１０−５Ｅ／
（Ｒ・√Ｈ）（ｃｍ２）より小さいことを特徴とする。
複数個設けられており、その小孔断面積の和は起電力を
Ｅ（Ｖ）、内部抵抗をＲ（Ω）、小孔から測ったナトリ
ウム容器高さをＨ（cm）としたとき、１×１０−５Ｅ／
（Ｒ・√Ｈ）（ｃｍ２）より小さいことを特徴とする。
【０００９】前記の各態様において、前記小孔を前記ナ
トリウム容器の底の最下面以外の底近傍に設けることが
できる。
トリウム容器の底の最下面以外の底近傍に設けることが
できる。
【００１０】高温ナトリウム電池を短絡した時に固体電
解質管を通して流れる最大電流は、電池の起電力Ｅ
（Ｖ）と内部抵抗Ｒ（Ω）からＥ／Ｒ（Ａ）で求めら
れ、これをナトリウムイオン流量で表すと、Ｅ・Ｍ／Ｒ
・Ｆ（単位はｇ／ｓである。但し、ＭはＮａの原子量で
２３ｇ、Ｆはファラデー定数で９．６５×１０4Ｃであ
る。）となる。この電流値は電池の構造や大きさによっ
て一般には変化するが、代表例としてナトリウム−硫黄
電池を考えると、その起電力が約２．０７Ｖ、電池の内
部抵抗が普通約３.５ｍΩであることから、約５９０Ａ
となる。この電流値はナトリウムイオンの流量に換算す
ると約０.１４ｇ／ｓであり、上記ナトリウム容器に設
けた小孔から流出するナトリウムの流量をこの値以下に
する必要がある。小孔から流れるナトリウム流量は小孔
の断面積とナトリウム容器内外の圧力差で定まるが、負
極シ−ル部のリ−クの有無にかかわらず、短絡前にはナ
トリウム容器内外の圧力はバランスしている。そこから
短絡すると、固体電解質管を通して負極から正極へナト
リウムイオンが移動し、ナトリウム容器内外に圧力差が
つくと考えられる。したがって、圧力差としてはナトリ
ウム容器内の小孔からのナトリウム液面高さ、すなわち
最大値としてナトリウム容器高さを考えれば良く、この
高さをＨ（cm）、Ｇを重力加速度（980cm/s2）、ｄをナ
トリウムの密度（0.9g/cm3）、Ｓを小孔の面積（cm2）
とすると、流量（単位はｇ／ｓ）は０．６２ｄＳ√（２
ＧＨ）となる。ここで、０．６２は実験で求めた定数で
ある。これより、０．６２ｄＳ√（２ＧＨ）＜Ｅ・Ｍ／
Ｒ・Ｆ、すなわち小孔の面積ＳはＳ＜１×１０~5Ｅ／Ｒ
√Ｈ（cm2）の関係を満足すればよい。上述のナトリウ
ム−硫黄電池で３０ｃｍ程度のナトリウム容器高さとす
ると、小孔の断面積は約０．００１ｃｍ2（０.１ｍ
ｍ2）以下となる。
解質管を通して流れる最大電流は、電池の起電力Ｅ
（Ｖ）と内部抵抗Ｒ（Ω）からＥ／Ｒ（Ａ）で求めら
れ、これをナトリウムイオン流量で表すと、Ｅ・Ｍ／Ｒ
・Ｆ（単位はｇ／ｓである。但し、ＭはＮａの原子量で
２３ｇ、Ｆはファラデー定数で９．６５×１０4Ｃであ
る。）となる。この電流値は電池の構造や大きさによっ
て一般には変化するが、代表例としてナトリウム−硫黄
電池を考えると、その起電力が約２．０７Ｖ、電池の内
部抵抗が普通約３.５ｍΩであることから、約５９０Ａ
となる。この電流値はナトリウムイオンの流量に換算す
ると約０.１４ｇ／ｓであり、上記ナトリウム容器に設
けた小孔から流出するナトリウムの流量をこの値以下に
する必要がある。小孔から流れるナトリウム流量は小孔
の断面積とナトリウム容器内外の圧力差で定まるが、負
極シ−ル部のリ−クの有無にかかわらず、短絡前にはナ
トリウム容器内外の圧力はバランスしている。そこから
短絡すると、固体電解質管を通して負極から正極へナト
リウムイオンが移動し、ナトリウム容器内外に圧力差が
つくと考えられる。したがって、圧力差としてはナトリ
ウム容器内の小孔からのナトリウム液面高さ、すなわち
最大値としてナトリウム容器高さを考えれば良く、この
高さをＨ（cm）、Ｇを重力加速度（980cm/s2）、ｄをナ
トリウムの密度（0.9g/cm3）、Ｓを小孔の面積（cm2）
とすると、流量（単位はｇ／ｓ）は０．６２ｄＳ√（２
ＧＨ）となる。ここで、０．６２は実験で求めた定数で
ある。これより、０．６２ｄＳ√（２ＧＨ）＜Ｅ・Ｍ／
Ｒ・Ｆ、すなわち小孔の面積ＳはＳ＜１×１０~5Ｅ／Ｒ
√Ｈ（cm2）の関係を満足すればよい。上述のナトリウ
ム−硫黄電池で３０ｃｍ程度のナトリウム容器高さとす
ると、小孔の断面積は約０．００１ｃｍ2（０.１ｍ
ｍ2）以下となる。
【００１１】一方、小孔の断面積の最小値は、電池の運
転に必要なナトリウム流量が確保出来ること、小孔を形
成する作業の作業性がよいこと、及び運転時の目詰りが
無いこと等から規制され、実用上その断面積は０．００
０１ｃｍ2（０.０１ｍｍ2）以上であることが望まし
い。
転に必要なナトリウム流量が確保出来ること、小孔を形
成する作業の作業性がよいこと、及び運転時の目詰りが
無いこと等から規制され、実用上その断面積は０．００
０１ｃｍ2（０.０１ｍｍ2）以上であることが望まし
い。
【００１２】ナトリウム容器に設ける小孔は１個である
必要はなく、複数個であっても、その断面積の和が上述
の関係であれば良い。また、小孔はナトリウム容器の底
の最下面以外の場所に設けるのが望ましい。
必要はなく、複数個であっても、その断面積の和が上述
の関係であれば良い。また、小孔はナトリウム容器の底
の最下面以外の場所に設けるのが望ましい。
【００１３】
【作用】本発明の高温ナトリウム電池においては、ナト
リウム容器の小孔から流出するナトリウムの流量によっ
て、負極と正極とを短絡した時に固体電解質管を通して
流れる短絡電流が制限されるために、負極シ−ル部が劣
化してナトリウムが漏れ出し、負極−正極間が短絡した
場合でも、短絡による発熱によって電池が破損する恐れ
はなく、電池の安全性が飛躍的に向上する。
リウム容器の小孔から流出するナトリウムの流量によっ
て、負極と正極とを短絡した時に固体電解質管を通して
流れる短絡電流が制限されるために、負極シ−ル部が劣
化してナトリウムが漏れ出し、負極−正極間が短絡した
場合でも、短絡による発熱によって電池が破損する恐れ
はなく、電池の安全性が飛躍的に向上する。
【００１４】また、ナトリウム容器に設ける小孔を複数
個にすることにより、運転時にナトリウム中の異物によ
って小孔が目詰りする確率が減少でき、電池の信頼性が
向上する。さらに、小孔をナトリウム容器の底の最下面
以外の場所に設けることにより、沈降性の異物による目
詰りを防止でき、電池の信頼性が大幅に向上する。
個にすることにより、運転時にナトリウム中の異物によ
って小孔が目詰りする確率が減少でき、電池の信頼性が
向上する。さらに、小孔をナトリウム容器の底の最下面
以外の場所に設けることにより、沈降性の異物による目
詰りを防止でき、電池の信頼性が大幅に向上する。
【００１５】さらに、本発明の電池を用いることによ
り、電池破損によって活物質が飛散し、周囲の電池へ破
損が広がる恐れがなくなるため、複数個の電池を用いた
電池システムの信頼性、安全性が高く出来る。また、こ
のような信頼性、安全性の高い電池システムを用いて、
高信頼性、高安全性の電力貯蔵装置、電気自動車、非常
用電源、無停電電源、電力系統のピ−クカット装置、周
波数・電圧安定化装置などが実現される。
り、電池破損によって活物質が飛散し、周囲の電池へ破
損が広がる恐れがなくなるため、複数個の電池を用いた
電池システムの信頼性、安全性が高く出来る。また、こ
のような信頼性、安全性の高い電池システムを用いて、
高信頼性、高安全性の電力貯蔵装置、電気自動車、非常
用電源、無停電電源、電力系統のピ−クカット装置、周
波数・電圧安定化装置などが実現される。
【００１６】
【実施例】以下、本発明を実施例に基づいて説明する。
図１は本発明の高温ナトリウム電池の構造図の一例であ
る。図において、１はナトリウムイオン導電性の固体電
解質管であり、普通、β”アルミナ焼結体が用いられ
る。２、３は固体電解質管と共にそれぞれ負極室４、正
極室５を構成する負極容器、正極容器であり、アルミニ
ウムや鉄、ＳＵＳ、または、これらの表面にクロムやモ
リブデン、チタンなどを主体とする耐食層が設けられた
ものが普通に用いられている。６は第一の負極容器と正
極容器とを絶縁し、かつ、これらと接合された絶縁部材
である。この絶縁部材にはαアルミナセラミックスが用
いられ、負極容器、正極容器との接合にはアルミニウム
またはアルミニウム合金を用いた熱圧接法が用いられ、
絶縁部材６と固体電解質管１の開口部とはガラス半田に
よって接続されるのが一般的である。また、７は負極室
に収納されたナトリウム、８はナトリウム流量を制限す
るための小孔９を有する袋管状のナトリウム容器、１０
は正極室に収納された正極活物質と導電部材からなる正
極モ−ルドである。この実施例においては、小孔９はナ
トリウム容器の底面にあり、その断面積は０.０１〜０.
１ｍｍ2の範囲にある。またナトリウム容器の高さは２
５ｃｍである。
図１は本発明の高温ナトリウム電池の構造図の一例であ
る。図において、１はナトリウムイオン導電性の固体電
解質管であり、普通、β”アルミナ焼結体が用いられ
る。２、３は固体電解質管と共にそれぞれ負極室４、正
極室５を構成する負極容器、正極容器であり、アルミニ
ウムや鉄、ＳＵＳ、または、これらの表面にクロムやモ
リブデン、チタンなどを主体とする耐食層が設けられた
ものが普通に用いられている。６は第一の負極容器と正
極容器とを絶縁し、かつ、これらと接合された絶縁部材
である。この絶縁部材にはαアルミナセラミックスが用
いられ、負極容器、正極容器との接合にはアルミニウム
またはアルミニウム合金を用いた熱圧接法が用いられ、
絶縁部材６と固体電解質管１の開口部とはガラス半田に
よって接続されるのが一般的である。また、７は負極室
に収納されたナトリウム、８はナトリウム流量を制限す
るための小孔９を有する袋管状のナトリウム容器、１０
は正極室に収納された正極活物質と導電部材からなる正
極モ−ルドである。この実施例においては、小孔９はナ
トリウム容器の底面にあり、その断面積は０.０１〜０.
１ｍｍ2の範囲にある。またナトリウム容器の高さは２
５ｃｍである。
【００１７】尚、正極活物質としては、ナトリウム−硫
黄電池においては硫黄や多硫化ナトリウムが用いられる
が、その他の高温ナトリウム電池においてはセレン、テ
ルルや金属元素のハロゲン化物が用いられることもあ
る。さらに、正極モ−ルドを構成する導電部材としては
カ−ボン繊維やカ−ボン粒子が一般に用いられている。
黄電池においては硫黄や多硫化ナトリウムが用いられる
が、その他の高温ナトリウム電池においてはセレン、テ
ルルや金属元素のハロゲン化物が用いられることもあ
る。さらに、正極モ−ルドを構成する導電部材としては
カ−ボン繊維やカ−ボン粒子が一般に用いられている。
【００１８】本発明の効果は図２、図３に示した電池構
造でも達成される。図２、図３において、図１と同符号
の部品は同じ内容を示す。図２、図３において、ナトリ
ウム容器８には複数個の小孔９−１、９−２が設けられ
ており、これらの小孔は半球状のナトリウム容器底面の
最下部よりも少し上の位置に形成されている。また、図
３の例では、ナトリウム容器８は負極容器２から分離さ
れている。
造でも達成される。図２、図３において、図１と同符号
の部品は同じ内容を示す。図２、図３において、ナトリ
ウム容器８には複数個の小孔９−１、９−２が設けられ
ており、これらの小孔は半球状のナトリウム容器底面の
最下部よりも少し上の位置に形成されている。また、図
３の例では、ナトリウム容器８は負極容器２から分離さ
れている。
【００１９】具体例として、図２に示すように固体電解
質管としてリチュウムド−プのβ”アルミナ焼結体から
なる袋管を用いた。また、負極、正極及びナトリウム容
器の材料には高クロムのＳＵＳ材を用い、ナトリウム容
器の内部にはナトリウムと約０．０２気圧の窒素ガスを
充填し、このガス圧でナトリウムがナトリウム容器の小
孔から外へ出て、固体電解質管の内表面を覆ってナトリ
ウム容器内外の圧力がバランスするようにした。また、
小孔としては直径０.２ｍｍのもの２個を半球状のナト
リウム容器底面の最下部よりも少し上の位置に設けた。
小孔からのナトリウム容器の高さは２４．５ｃｍであっ
た。正極容器の内部には硫黄とカ−ボン繊維マットから
なる正極モ−ルド、及び約０．０２気圧の窒素ガスを充
填した。さらに、絶縁部材としてαアルミナリングを用
い、固体電解質管とガラス接合すると共に、アルミニウ
ム−シリコン−マグネシウム系の合金箔を用いて、絶縁
部材と負極容器、正極容器とを熱圧接法によって接合
し、第二の構造のナトリウム−硫黄電池を得た。なお、
電池の容量は約３６０Ｗｈ、定格出力は約４５Ｗ、２相
領域における起電力は２.０７Ｖ、電池の内部抵抗は３.
５ｍΩであった。
質管としてリチュウムド−プのβ”アルミナ焼結体から
なる袋管を用いた。また、負極、正極及びナトリウム容
器の材料には高クロムのＳＵＳ材を用い、ナトリウム容
器の内部にはナトリウムと約０．０２気圧の窒素ガスを
充填し、このガス圧でナトリウムがナトリウム容器の小
孔から外へ出て、固体電解質管の内表面を覆ってナトリ
ウム容器内外の圧力がバランスするようにした。また、
小孔としては直径０.２ｍｍのもの２個を半球状のナト
リウム容器底面の最下部よりも少し上の位置に設けた。
小孔からのナトリウム容器の高さは２４．５ｃｍであっ
た。正極容器の内部には硫黄とカ−ボン繊維マットから
なる正極モ−ルド、及び約０．０２気圧の窒素ガスを充
填した。さらに、絶縁部材としてαアルミナリングを用
い、固体電解質管とガラス接合すると共に、アルミニウ
ム−シリコン−マグネシウム系の合金箔を用いて、絶縁
部材と負極容器、正極容器とを熱圧接法によって接合
し、第二の構造のナトリウム−硫黄電池を得た。なお、
電池の容量は約３６０Ｗｈ、定格出力は約４５Ｗ、２相
領域における起電力は２.０７Ｖ、電池の内部抵抗は３.
５ｍΩであった。
【００２０】得られた電池の正極、負極を０.５ｍΩの
抵抗で短絡した時の短絡電流は最初約５２０Ａ流れて、
すぐに約３２０Ａに電流は急減し、その後徐々に低下し
た。一方、比較のために作成した、孔径０.８ｍｍの小
孔を１個形成したナトリウム容器、または、孔径０.３
ｍｍの小孔を３個形成したナトリウム容器を用いた比較
電池では、約５２０Ａの短絡電流が約１０分程度継続
し、その後徐々に低下した。さらに、負極容器と絶縁部
材との接合（負極シール部）を強制剥離し、運転中にナ
トリウムを漏れ出させて短絡（短絡抵抗は約０ｍΩ）さ
せたところ、第二図の構造の電池では電池のそれ以上の
破損はなく、ナトリウムイオンが固体電解質管を通して
流れ（小孔で制限されるため、電流は約３２０Ａで時間
と共に減少するものと推定される）、正極で多硫化ナト
リウムとなって反応は停止した。一方、上述の比較電池
では同じ試験によって電池が大破し（約５９０Ａの電流
が流れたと推定される）、活物質の飛散が認められた。
抵抗で短絡した時の短絡電流は最初約５２０Ａ流れて、
すぐに約３２０Ａに電流は急減し、その後徐々に低下し
た。一方、比較のために作成した、孔径０.８ｍｍの小
孔を１個形成したナトリウム容器、または、孔径０.３
ｍｍの小孔を３個形成したナトリウム容器を用いた比較
電池では、約５２０Ａの短絡電流が約１０分程度継続
し、その後徐々に低下した。さらに、負極容器と絶縁部
材との接合（負極シール部）を強制剥離し、運転中にナ
トリウムを漏れ出させて短絡（短絡抵抗は約０ｍΩ）さ
せたところ、第二図の構造の電池では電池のそれ以上の
破損はなく、ナトリウムイオンが固体電解質管を通して
流れ（小孔で制限されるため、電流は約３２０Ａで時間
と共に減少するものと推定される）、正極で多硫化ナト
リウムとなって反応は停止した。一方、上述の比較電池
では同じ試験によって電池が大破し（約５９０Ａの電流
が流れたと推定される）、活物質の飛散が認められた。
【００２１】図１、図２の構造の電池において、小孔の
断面積を変化させて実験した結果、断面積の和が０.０
１〜０.１ｍｍ2（小孔が円の場合、図２のように小孔が
２個では直径約０.０８〜０.２５ｍｍ、図１のように小
孔が１個では直径約０.１１〜０.３５ｍｍ）の時、電池
破損時の活物質飛散の問題はなく、安全性が高いこと、
寿命１０年相当の充放電試験、昇降温試験、高温放置試
験による小孔の目詰りの問題もなく、第二図の構造の電
池の場合に特に電池の信頼性が高いことが判った。
断面積を変化させて実験した結果、断面積の和が０.０
１〜０.１ｍｍ2（小孔が円の場合、図２のように小孔が
２個では直径約０.０８〜０.２５ｍｍ、図１のように小
孔が１個では直径約０.１１〜０.３５ｍｍ）の時、電池
破損時の活物質飛散の問題はなく、安全性が高いこと、
寿命１０年相当の充放電試験、昇降温試験、高温放置試
験による小孔の目詰りの問題もなく、第二図の構造の電
池の場合に特に電池の信頼性が高いことが判った。
【００２２】この様に、電池の信頼性、安全性が高く、
電池破損時の活物質飛散による隣接電池の破損の恐れが
ないため、複数個の電池を集合した電池システムの信頼
性、安全性が高く、この電池システムを用いて、高信頼
性、高安全性の電力貯蔵装置、電気自動車、非常用電
源、無停電電源、電力系統のピ−クカット装置、周波数
・電圧安定化装置などが実現できることが判明した。
電池破損時の活物質飛散による隣接電池の破損の恐れが
ないため、複数個の電池を集合した電池システムの信頼
性、安全性が高く、この電池システムを用いて、高信頼
性、高安全性の電力貯蔵装置、電気自動車、非常用電
源、無停電電源、電力系統のピ−クカット装置、周波数
・電圧安定化装置などが実現できることが判明した。
【００２３】
【発明の効果】本発明によれば、負極シ−ル部が劣化し
てナトリウムが漏れ出し、負極−正極間が短絡した場合
でも、短絡による発熱によって電池が破損する恐れはな
く、電池の安全性が飛躍的に向上する。
てナトリウムが漏れ出し、負極−正極間が短絡した場合
でも、短絡による発熱によって電池が破損する恐れはな
く、電池の安全性が飛躍的に向上する。
【００２４】さらに、本発明の電池を用いることによ
り、電池破損によって活物質が飛散し、周囲の電池へ破
損が広がる恐れがなくなるため、複数個の電池を用いた
電池システムの信頼性、安全性が高く出来る。また、こ
のような信頼性、安全性の高い電池システムを用いて、
高信頼性、高安全性の電力貯蔵装置、電気自動車、非常
用電源、無停電電源、電力系統のピ−クカット装置、周
波数・電圧安定化装置などが実現される。
り、電池破損によって活物質が飛散し、周囲の電池へ破
損が広がる恐れがなくなるため、複数個の電池を用いた
電池システムの信頼性、安全性が高く出来る。また、こ
のような信頼性、安全性の高い電池システムを用いて、
高信頼性、高安全性の電力貯蔵装置、電気自動車、非常
用電源、無停電電源、電力系統のピ−クカット装置、周
波数・電圧安定化装置などが実現される。
【図１】本発明の電池構造の例を示す構造図である。
【図２】本発明の他の電池構造の例を示す構造図であ
る。
る。
【図３】本発明の他の電池構造の例を示す構造図であ
る。
る。
１ 固体電解質管 ２ 負極容器 ３ 正極容器 ４ 負極室 ５ 正極室 ６ 絶縁部材 ７ ナトリウム ８ ナトリウム容器 ９、９−１、９−２ 小孔 １０ 正極モ−ルド
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 間所 学 茨城県日立市幸町三丁目１番１号 株式 会社 日立製作所 日立工場内 (56)参考文献 特開 平３−254072（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01M 10/39
Claims (3)
- 【請求項１】 ナトリウムを収納した負極と、硫黄、セ
レン、テルル、多硫化ナトリウムまたは金属ハロゲン化
物等を収納した正極と、前記負極と正極間に設けられた
固体電解質管と、前記負極内に設けられ、内部にナトリ
ウムを収納し前記固体電解質管へ供給されるナトリウム
流量を制限するための小孔を持ったナトリウム容器とを
備え、前記小孔の断面積は電池の起電力をＥ（Ｖ）、内
部抵抗をＲ（Ω）、小孔から測ったナトリウム容器高さ
をＨ（ｃｍ）としたとき、 １×１０−５Ｅ／（Ｒ・√Ｈ）（ｃｍ２）より小さいこ
とを特徴とする高温ナトリウム電池。 - 【請求項２】 ナトリウムを収納した負極と、硫黄、セ
レン、テルル、多硫化ナトリウムまたは金属ハロゲン化
物等を収納した正極と、前記負極と正極間に設けられた
固体電解質管と、前記負極内に設けられ、内部にナトリ
ウムを収納し前記固体電解質管へ供給されるナトリウム
流量を制限するための小孔を持ったナトリウム容器とを
備え、前記小孔が複数個設けられており、その小孔断面
積の和は電池の起電力をＥ（Ｖ）、内部抵抗をＲ
（Ω）、小孔から測ったナトリウム容器高さをＨ（cm）
としたとき、１×１０−５Ｅ／（Ｒ・√Ｈ）（ｃｍ２）
より小さいことを特徴とする高温ナトリウム電池。 - 【請求項３】 請求項１または２において、前記小孔が
前記ナトリウム容器の底の最下面以外の底近傍に設けら
れたことを特徴とする高温ナトリウム電池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16361695A JP3263776B2 (ja) | 1995-06-29 | 1995-06-29 | 高温ナトリウム電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16361695A JP3263776B2 (ja) | 1995-06-29 | 1995-06-29 | 高温ナトリウム電池 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0917444A JPH0917444A (ja) | 1997-01-17 |
| JP3263776B2 true JP3263776B2 (ja) | 2002-03-11 |
Family
ID=15777319
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP16361695A Expired - Fee Related JP3263776B2 (ja) | 1995-06-29 | 1995-06-29 | 高温ナトリウム電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3263776B2 (ja) |
-
1995
- 1995-06-29 JP JP16361695A patent/JP3263776B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0917444A (ja) | 1997-01-17 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
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