JP3428427B2 - ナトリウム−硫黄電池の製造方法及び製造装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はナトリウム−硫黄電
池の製造方法及び製造装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】ナトリウム−硫黄電池は、負極活物質と
してナトリウムを、正極活物質として硫黄を用いる２次
電池であり、その効率やエネルギー密度が高いこと、主
な原料であるナトリウム及び硫黄が資源上豊富であるこ
と等から電力貯蔵用、電気自動車用等への利用が検討さ
れている。

【０００３】そのナトリウム−硫黄電池の基本的な構造
は、それぞれの活物質をβ”アルミナ等の固体電解質で
隔離して容器内に封入したものであり、３００℃以上の
高温で充放電を行うことを特徴のひとつとしている。ナ
トリウム−硫黄電池では、正負極の活物質を収納する容
器が金属部材で構成されており、それらの正負極容器は
それぞれ正負極の電極と結合されている。従って、正負
極の電気的絶縁と正負極活物質の封止のために、金属製
の正負極容器を絶縁体に接合した構造としている。その
絶縁体には一般にαアルミナ等の電気絶縁性セラミック
スが用いられる。また、この正負極容器と絶縁体の接合
には、アルミニウムを主成分とした合金がインサート材
として用いられる場合が多い。

【０００４】従来のナトリウム−硫黄電池の製造方法と
しては、負極活物質であるナトリウムと、正極活物質で
ある硫黄と、前記ナトリウムと前記硫黄との間に介在さ
れた固体電解質と、前記固体電解質に接合された絶縁リ
ングと、アルミニウムまたはアルミニウム合金からなる
インサート材と、前記絶縁リングに前記インサート材を
介在して接合された金属製の負極容器と、前記絶縁リン
グに前記インサート材を介在して接合された金属製の正
極容器とを有するものにおいて、被接合物を接合温度ま
で昇温し、加圧しながら接合し、その後冷却する製造方
法が、例えば、特開平９−５５２２２号公報（従来技術
１）に記載されている。

【０００５】また、セラミックスと金属の接合における
量産法としては、被接合物をコンベアに搭載して炉内に
運搬し、加熱しながら加圧する方法が、例えば、特開昭
６３−２１００７４号公報（従来技術２）に記載されて
いる。さらに、簡易な装置を用いる接合法としては、空
気中にて熱圧接合を行う方法が、例えば、特開昭５９−
１６２８２号公報（従来技術３）に記載されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】一般にナトリウム−硫
黄電池は、負極容器と絶縁体の接合部が腐食性の高い溶
融ナトリウムまたはナトリウム蒸気にさらされ、しか
も、高温での金属製負極容器とセラミックス製絶縁体と
の接合に起因する残留応力を受けるため、電池の運転中
や昇降温時に、特にインサート材とセラミックス製絶縁
体との界面が応力腐食割れに似た損傷を受けるおそれが
ある。ナトリウム−硫黄電池の運転寿命は、このインサ
ート材とセラミックス製絶縁体との接合部の信頼性に支
配される場合が多く、高信頼化のための大きな課題であ
った。また、ナトリウム−硫黄電池を電力貯蔵用や電気
自動車用に安価に大量に供給するには、可能な限り安価
な部品を用い、しかも、簡易で短時間に効率よく製造で
きる必要があった。

【０００７】しかし、従来技術１では、インサート材を
高純度のアルミニウム製とすることにより高信頼化を図
ろうとするものであり、インサート材が規格外品の特殊
な材料を用いるため、高価にならざるをえなかった。

【０００８】一方、従来技術２では、ナトリウム−硫黄
電池に特有のインサート材とセラミック製絶縁体との界
面の耐ナトリウム性に関する配慮がなされていないた
め、高信頼の接合部を得ることができないものであっ
た。特に、量産のために従来技術２に示されているよう
なトンネル炉を用いる場合においては、室温から接合温
度までの昇温中に接合部に高加圧力を負荷することが困
難であるため、接合部が酸化されやすくなり、接合部の
信頼性は低下する傾向にあった。

【０００９】さらに、従来技術３では、空気中で熱圧接
を行うため、金属製負極容器とインサート材との界面の
信頼性が顕著に低下するものであった。

【００１０】以上のように、従来のナトリウム−硫黄電
池の製造方法及び製造装置は、高信頼性を保持しつつ、
容易、安価、迅速、かつ効率的にナトリウム−硫黄電池
を製造できるものではなかった。

【００１１】本発明の目的は、高信頼性を保持しつつ、
容易、安価、迅速、かつ効率的に製造することができる
ナトリウム−硫黄電池の製造方法及び製造装置を提供す
ることにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記目的は、負極活物質
であるナトリウムと、正極活物質である硫黄と、前記ナ
トリウムと前記硫黄との間に介在された固体電解質と、
前記固体電解質に接合された絶縁リングと、アルミニウ
ムまたはアルミニウム合金からなるインサート材と、前
記絶縁リングに前記インサート材を介在して接合された
金属製の負極容器と、前記絶縁リングに前記インサート
材を介在して接合された金属製の正極容器とを有するナ
トリウム−硫黄電池において、前記絶縁リングに前記イ
ンサート材を介在して前記負極容器と前記正極容器を組
合わせたワークを接合室にて接合温度に昇温して接合し
た後に、前記ワークを前記接合室から接合室の温度より
低い温度の場所に移動して冷却することにより達成され
る。

【００１３】上記目的は、負極活物質であるナトリウム
と、正極活物質である硫黄と、前記ナトリウムと前記硫
黄との間に介在された固体電解質と、前記固体電解質に
接合された絶縁体と、アルミニウムまたはアルミニウム
合金からなるインサート材と、前記絶縁部材に前記イン
サート材を介在して接合された金属製の負極容器と、前
記絶縁部材に前記インサート材を介在して接合された正
極容器とを有するナトリウム−硫黄電池において、前記
絶縁部材に前記インサート材を介在して前記負極容器と
前記正極容器を組合わせたワークを予熱室にて昇温して
から、内部を真空にするかまたは不活性ガスや還元性ガ
スで充填した接合室に移し、前記ワークを接合温度に昇
温して接合した後に、前記接合室から冷却手段を有する
冷却室に移して冷却することにより達成される。

【００１４】上記目的は、負極活物質であるナトリウム
と、正極活物質である硫黄と、前記ナトリウムと前記硫
黄との間に介在された固体電解質と、前記固体電解質に
接合された絶縁リングと、アルミニウムまたはアルミニ
ウム合金からなるインサート材と、前記絶縁リングに前
記インサート材を介在して接合された金属製の負極容器
と、前記絶縁リングに前記インサート材を介在して接合
された金属製の正極容器とを有するナトリウム−硫黄電
池において、前記絶縁リングに前記インサート材を介在
して前記負極容器と前記正極容器を組合わせたワークを
接合室にて前記インサート材の液相線温度より低い接合
温度に昇温するとともにこの接合温度で加圧しながら接
合した後に、前記ワークを前記接合室から冷却手段を有
する冷却室に移して冷却することにより達成される。

【００１５】上記目的は、負極活物質であるナトリウム
と、正極活物質である硫黄と、前記ナトリウムと前記硫
黄との間に介在された固体電解質と、前記固体電解質に
接合されたセラミック製絶縁リングと、アルミニウムま
たはアルミニウム合金からなるインサート材と、前記絶
縁リングに前記インサート材を介在して接合されたステ
ンレス鋼製の負極容器と、前記絶縁リングに前記インサ
ート材を介在して接合されたステンレス鋼製の正極容器
とを有するナトリウム−硫黄電池において、内部を真空
にするかまたは不活性ガスや還元性ガスで充填した接合
室にて、前記絶縁リングに前記インサート材を介在して
前記負極容器と前記正極容器を組合わせたワークを、前
記インサート材の固相線温度より５０℃低い温度から液
相線温度の接合温度以下の範囲にある接合温度に昇温し
て接合した後に、前記ワークを前記接合室から冷却手段
を有する冷却室に移して冷却することにより達成され
る。

【００１６】上記目的は、負極活物質であるナトリウム
と、正極活物質である硫黄と、前記ナトリウムと前記硫
黄との間に介在された固体電解質と、前記固体電解質に
接合された絶縁リングと、アルミニウムまたはアルミニ
ウム合金からなるインサート材と、前記絶縁リングに前
記インサート材を介在して接合された金属製の負極容器
と、前記絶縁リングに前記インサート材を介在して接合
された金属製の正極容器とを有するナトリウム−硫黄電
池の製造装置において、前記絶縁リングに前記インサー
ト材を介在して前記負極容器と前記正極容器を組合わせ
たワークを接合温度に昇温して接合する接合室を設け、
前記接合室で接合されたワークの冷却手段を有する冷却
室を設けたことにより達成される。

【００１７】上記目的は、負極活物質であるナトリウム
と、正極活物質である硫黄と、前記ナトリウムと前記硫
黄との間に介在された固体電解質と、前記固体電解質に
接合された絶縁リングと、アルミニウムまたはアルミニ
ウム合金からなるインサート材と、前記絶縁リングに前
記インサート材を介在して接合された金属製の負極容器
と、前記絶縁リングに前記インサート材を介在して接合
された金属製の正極容器とを有するナトリウム−硫黄電
池の製造装置において、前記絶縁リングに前記インサー
ト材を介在して前記負極容器と前記正極容器を組合わせ
たワークを接合温度に昇温して接合する接合室を設け、
前記接合室で接合されたワークを冷却する冷却室を設
け、前記接合室で接合するワークを予熱する予熱室を設
けたことにより達成される。

【００１８】上記目的は、負極活物質であるナトリウム
と、正極活物質である硫黄と、前記ナトリウムと前記硫
黄との間に介在された固体電解質と、前記固体電解質に
接合された絶縁リングと、アルミニウムまたはアルミニ
ウム合金からなるインサート材と、前記絶縁リングに前
記インサート材を介在して接合された金属製の負極容器
と、前記絶縁リングに前記インサート材を介在して接合
された金属製の正極容器とを有するナトリウム−硫黄電
池の製造装置において、前記絶縁リングに前記インサー
ト材を介在して前記負極容器と前記正極容器を組合わせ
たワークを接合温度に昇温して接合する接合室を設け、
前記接合室で接合されたワークを冷却する冷却室を設
け、前記接合室で接合するワークを予熱する予熱室を設
け、前記予熱室に隣接して導入室を設けたことにより達
成される。

【００１９】上記目的は、負極活物質であるナトリウム
と、正極活物質である硫黄と、前記ナトリウムと前記硫
黄との間に介在された固体電解質と、前記固体電解質に
接合された絶縁リングと、アルミニウムまたはアルミニ
ウム合金からなるインサート材と、前記絶縁リングに前
記インサート材を介在して接合された金属製の負極容器
と、前記絶縁リングに前記インサート材を介在して接合
された金属製の正極容器とを有するナトリウム−硫黄電
池の製造装置において、予熱室と接合室と冷却室とを順
に水平に隣接して設け、夫々の室にはワーク出し入れ用
ゲートバルブ、各室間のワーク移動手段及び各室内の雰
囲気調整装置を備え、前記予熱室には昇温手段を備え、
前記接合室にはワークを接合温度に昇温する手段及び接
合中のワークを加圧する加圧装置を備え、前記冷却室に
は接合されたワークを冷却する冷却手段を備えたことに
より達成される。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、図１から図６に基づいて本
発明の一実施例を説明する。

【００２１】図２は本発明のナトリウム−硫黄電池の縦
断面概略図、図３は図２のII部分の拡大図である。ま
ず、図２及び図３を用いて本発明に係るナトリウム−硫
黄電池の構造を説明する。金属製負極容器１は、その材
質がステンレス鋼であり、側面下端から水平外側に延び
るフランジ部１ａを有している。インサート材２は、図
３に示すように心材２ａの両側に皮材２ｂを配したもの
であり、ナトリウム−硫黄電池の製造に先立ってこれら
を貼り合わせて３層構造のクラッド材としており、分離
しているものに比較して製造の際に取扱いが容易であ
る。インサート材２は、アルミニウムまたはアルミニウ
ム合金が用いられるが、この実施例では、心材２ａが約
１．２％のマンガン及び不可避の不純物を含有するアル
ミニウム合金であり、皮材２ｂが約１０％のシリコン、
約１．５％のマグネシウム及び不可避の不純物を含有す
るアルミニウム合金である。このクラッド材は、ＪＩＳ
記号でＢＡ８ＰＣと呼ばれる規格品であり、皮材２ｂの
固相線温度は５５９℃、液相線温度は５９１℃である。
セラミックス製絶縁リング３は、その材質がαアルミナ
である。固体電解質５は、その材質がβ”アルミナであ
り、袋管状に形成されている。固体電解質５は、その上
部が図３に示すように絶縁リング３の内周面にガラス層
８を介して予め接合されている。金属製正極容器４は、
その材質がステンレス鋼であり、側面上端部に凹部が形
成され、その凹部の上面を構成するフランジ部４ａを有
している。負極容器１のフランジ部１ａと正極容器のフ
ランジ部４ａは、絶縁リング３の上下両側にインサート
材２を介して対向するように接合されている。固体電解
質５には負極活物質であるナトリウム７が充填されてい
る。正極容器４には正極活物質である硫黄６が充填され
ている。

【００２２】また、図１は、本発明のナトリウム−硫黄
電池の製造装置の概略図である。この製造装置は、負極
容器１、絶縁リング３及び正極容器４を、インサート材
２を介して接合一体化してナトリウム−硫黄電池を製造
するものである。ただし、接合時には硫黄６及びナトリ
ウム７は封入されていない。さらに、図４は、本発明を
用いたナトリウム−硫黄電池の製造時の温度及び加圧力
の時間変化図である。

【００２３】次に、図１乃至図４を用いて本発明の一実
施例を詳細に説明する。なお、負極容器１、インサート
材２、絶縁リング３、インサート材２及び正極容器４を
重ねた被接合物をまとめた状態のものをワーク９と呼ぶ
ことにする。

【００２４】まず、ワーク９を移動手段であるコンベア
１０に搭載する。次に、予熱室１２の入口扉であるゲー
トバルブ１１を経てワーク９を予熱室１２内に搬入す
る。予熱室１２の内部は、図示しない昇温手段であるヒ
ータを用いて常にインサート材２の固相線温度より低い
４００℃程度の予熱温度に保持されている。予熱室１２
の内部には、ワーク９の搬入に伴い大気が侵入するが、
ゲートバルブ１１を閉じた後、雰囲気調整装置１３ａを
用いて予熱室１２内を一旦真空に排気した後に、接合室
１４内と同様の雰囲気に調整する。接合室１４内の雰囲
気は、雰囲気調整装置１３ｂを用いて、真空、不活性ガ
ス、還元性ガスなどの接合に悪影響を及ぼさない雰囲気
に調整してある。予熱室１２内にワーク９を搬入する
と、図４に示す通りワーク９の温度は時間とともに上昇
する。生産効率の観点からは、ワーク９の昇温速度は速
い方が良いが、昇温速度が速過ぎてワーク９の内部に過
大な温度むらが生じると、内部応力によりセラミックス
やガラスの破損を引き起こす恐れがあるので、予熱室で
ワーク９を予熱することにより、接合温度に影響される
ことなく昇温速度を設定することができる。これによ
り、接合室で最初からワーク９を加熱するものに比較し
て、高い信頼性を保持しつつ生産効率の高いものとする
ことができる。ワーク９が予熱室１２内を移動し、ゲー
トバルブ１５付近に達するまでの間に、ワーク９の接合
部は適度な昇温速度でインサート材２の固相線温度より
低い４００℃程度まで加熱される。

【００２５】その後、予熱室１２の出口扉で接合室の入
口扉であるゲートバルブ１５を開いてワーク９を接合室
１４内に搬入する。接合室１４の内部は図示しないヒー
タを用いて常にインサート材２の液相線温度より低い５
８５℃程度の接合温度に保持されている。これにより、
図４に示すようにワーク９の温度は接合温度まで上昇す
る。

【００２６】さらに、接合室１４には加圧接合手段であ
る加圧装置１６があり、これを用いて図４に示すように
ワーク９が接合温度に上昇後にワーク９の正負極フラン
ジ部の上下から加圧力を付加する。この場合、正極容器
４は側面上端部の凹部上面を構成するフランジ部４ａが
形成されており、負極容器１のフランジ部１ａと正極容
器４のフランジ部４ａとが絶縁リング３の上下両側にイ
ンサート材２を介して対向するように接合されるので、
加圧力が確実に接合面に加わり、短時間の加圧で接合が
得られ、これにより高い信頼性を得ることができる。３
０ＭＰａの加圧力を６０秒付加した後に、接合されたワ
ーク９を加圧装置１６から取り外し、接合室１４の出口
扉で冷却室１８の入口扉であるゲートバルブ１７を経
て、冷却手段である冷却室１８に搬入する。上述の接合
時において、接合室１４内の雰囲気は、雰囲気調整装置
１３ｂを用いて、真空、不活性ガス、還元性ガスなどの
接合に悪影響を及ぼさない雰囲気に調整してあるので、
より信頼性の高いものが得られる。特に、接合室１４に
隣接して雰囲気調整装置１３ａ及び１３ｃを備えた予熱
室１２及び冷却室１８が設けられているので、接合室１
４内への大気の侵入を阻止でき、接合室１４内を常時真
空、不活性ガス、還元性ガスなどの接合に悪影響を及ぼ
さない雰囲気に維持することができる。これにより高い
信頼性を保持しつつ生産効率を高めることができる。

【００２７】接合中のワーク９の接合部温度がインサー
ト材２の固相線温度付近以上のままであると、インサー
ト材２内の原子は非常に活発に拡散するため、多くの不
純物原子がインサート材２と絶縁リング３との接合界面
に到達し、トラップされて時間経過とともに濃縮して信
頼性の低下を招く。特に、インサート材２の皮材２ｂに
液相が発生している間は不純物原子も活発に運動し、接
合界面に急速に濃縮するため、著しい信頼性の低下を招
く。そこで、接合室１４で接合されたワーク９を隣接す
る冷却室１８に搬入し、冷却室１８内に設置された図示
しないファン等で冷却することにより図４に示すとおり
短時間で皮材２ｂの固相線温度以下に冷却することがで
きた。本実施例では、加圧の終了１２０秒後にゲートバ
ルブ１７を経て冷却室１８内にワーク９を移動すること
により、加圧力の付加開始から約２００秒後にインサー
ト材２の皮材２ｂの固相線温度である５５９℃付近以下
まで冷却することができた。このように、接合後に冷却
手段にてワーク９を冷却することにより、高い信頼性を
保持しつつ生産効率をたかめることができる。なお、加
圧終了後に冷却用の部材を接合部に接触させて、主に熱
伝導によって急速な冷却を行うことも有効である。ま
た、冷却室１８の内部の雰囲気は、雰囲気調整装置１３
ｃによって予め接合室１４と同様の雰囲気に調整されて
いるが、ワーク９が適当な温度まで冷却された後、ゲー
トバルブ１９を開いてワーク９を冷却室１８の外部に搬
出することにより、冷却室１８内部には大気が導入され
る。したがって、ワーク９を搬出した後はゲートバルブ
１９を閉じ、雰囲気調整装置１３ｃを用いて冷却室１８
内部を一旦真空排気し、接合室１４と同様の雰囲気に戻
す。このようにして接合が完了したワーク９は、装置か
ら取り外し、ナトリウム注入等の次の工程に送られる。

【００２８】本実施例に示す方法で接合を行ったインサ
ート材２と絶縁リング３との接合界面には不純物の濃縮
がほとんど見られず、高い信頼性及び長寿命性を有する
ことがわかった。本実施例では、接合温度５８５℃、接
合加圧力３０ＭＰａ、加圧時間６０秒としたが、接合温
度はインサート材２の皮材２ｂの固相線温度より５０℃
低い温度付近から液相線温度付近までの温度範囲で、図
５及び図６に示すような接合加圧力や、接合温度での保
持時間を選ぶことにより良好な信頼性を有する接合体が
得られるという実験結果が得られている。すなわち、図
５に示すとおり、接合温度をインサート材２表面の液相
線温度及び固相線温度より５０℃低い温度とした場合
は、加圧開始から冷却開始までの時間をそれぞれ２００
秒以内及び５００秒以内とし、それらの間の温度とした
場合には両者間を直線補間した値以下の時間とすること
により、接合界面に濃縮する不純物の量は十分に抑制で
き、良好な信頼性を有する接合体が得られる。逆に、こ
の値より長時間、接合温度での保持を行うと、接合界面
には不純物が濃縮して接合部の信頼性を低下させる。

【００２９】また、加圧力に関しては、図６に示すとお
り、接合温度をインサート材表面の液相線温度及び固相
線温度より５０℃低い温度とした場合は、加圧力をそれ
ぞれ１０ＭＰａ以上及び５０ＭＰａ以上とし、それらの
間の温度とした場合には両者間を直線補間した値以上の
加圧力とすることにより、良好な信頼性を有する接合体
が得られる。加圧力がこの値より小さい場合、接合界面
にボイドが残留したり、インサート材の変形による表面
酸化膜の破壊が不十分になるなどの原因で接合部の信頼
性は低下する。

【００３０】なお、加圧装置１６の温度を接合温度に設
定し、接合室１４の雰囲気温度を接合温度より３０℃程
度低く設定しておくことにより、ワーク９の加圧終了と
同時にワーク９の冷却が開始され、接合時間が短縮で
き、高信頼性を保持しつつ、生産効率を向上することが
できる。

【００３１】また、接合完了後にワークが接合室内でＵ
ターンするような機構を設け、予熱室を冷却室に切替え
るようにすれば、図１における独立した冷却室１８を無
くして、雰囲気調整装置を備えた気密室を２室に減少さ
せることができ、さらに、ワークの搬入と搬出とを同時
に行うようにすれば、雰囲気調整の回数も減少させるこ
ともできので、製造装置自体のコスト低減と生産効率の
向上の両方を図ることができる。

【００３２】次に、本発明の他の実施例を図７に基づい
て詳細に説明する。図７は本発明の他の実施例のナトリ
ウム−硫黄電池の製造装置の概略図である。図１と同一
または相当物には同一符号を付し、説明を省略する。本
製造装置は、予熱室１２の入口側に隣接して導入室１２
０を追加したものである。ワーク９を入口扉であるゲー
トバルブ１１５から導入室１２０に搬入する。導入室１
２０は、室温付近の温度に設定されている。導入室１２
０の内部には、ワーク９の搬入に伴い大気が侵入する
が、ゲートバルブ１１５を閉じた後、雰囲気調整装置１
１３を用いて導入室１２０内を予熱室１２内と同様の雰
囲気に調整する。しかる後、ワーク９は予熱室１２に搬
入され、直ちに加熱が開始される。このように導入室１
２０を設けることにより、予熱室１２内でのワーク９の
昇温速度の設定が容易になり、高信頼性が保持できる。

【００３３】以上に述べたナトリウム−硫黄電池の製造
方法及び製造装置によれば、信頼性が高く、生産効率が
良好なだけでなく、規格品外の特殊なインサート材２を
用いる必要がないので、安価に製造することができると
ともに、接合室１２、冷却室１８、予熱室１２、雰囲気
調整装置１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、加圧装置１６等を用
いて容易に製造することができる。

【００３４】

【発明の効果】本発明のナトリウム−硫黄電池の製造方
法及び製造装置によれば、高信頼性を保持しつつ、容
易、安価、迅速、かつ効率的に製造することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のナトリウム−硫黄電池の製造装置の概
略図。

【図２】本発明のナトリウム−硫黄電池の縦断面概略
図。

【図３】図２のII部分の拡大図。

【図４】本発明を用いたナトリウム−硫黄電池の製造時
の温度及び加圧力の時間変化図。

【図５】本発明を用いたナトリウム−硫黄電池の適正な
接合温度と保持時間の関係を説明する図。

【図６】本発明を用いたナトリウム−硫黄電池の適正な
接合温度と接合加圧力の関係を説明する図。

【図７】本発明のナトリウム−硫黄電池の他の実施例の
製造装置の概略図。

【符号の説明】

１…負極容器、１ａ…フランジ部、２…インサート材、
２ａ…心材、２ｂ…皮材、３…絶縁リング、４…正極容
器、４ａ…フランジ部、５…固体電解質、６…硫黄、７
…ナトリウム、８…ガラス層、９…ワーク、１０…コン
ベア、１１…ゲートバルブ、１２…予熱室、１３ａ…雰
囲気調整装置、 １３ｂ…雰囲気調整装置、１３ｃ…雰
囲気調整装置、１４…接合室、１５…ゲートバルブ、１
６…加圧装置、１７…ゲートバルブ、１８…冷却室、１
９…ゲートバルブ、１１３…雰囲気調整装置、１１５…
ゲートバルブ、１２０…導入室。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 河野 顕臣 茨城県土浦市神立町502番地 株式会社 日立製作所 機械研究所内 (72)発明者 波東 久光 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 (72)発明者 坂口 繁 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 (72)発明者 梅津 幸浩 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５−194050（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−89367（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−114417（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−112147（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−132775（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−229683（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−16282（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−58773（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−45004（ＪＰ，Ａ) 特開 平10−134842（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−55222（ＪＰ，Ａ) 特開 平11−214031（ＪＰ，Ａ) 特開 平11−135146（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01M 10/39

Claims (15)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】負極活物質であるナトリウムと、正極活物
   質である硫黄と、前記ナトリウムと前記硫黄との間に介
   在された固体電解質と、前記固体電解質に接合された絶
   縁リングと、アルミニウムまたはアルミニウム合金から
   なるインサート材と、前記絶縁リングに前記インサート
   材を介在して接合された金属製の負極容器と、前記絶縁
   リングに前記インサート材を介在して接合された金属製
   の正極容器とを有するナトリウム−硫黄電池において、
   前記絶縁リングに前記インサート材を介在して前記負極
   容器と前記正極容器を組合わせたワークを真空、不活性
   ガス或いは還元性ガスの雰囲気にする機構を備えた接合
   室にて接合温度に昇温して接合した後に、前記ワークを
   前記接合室から、前記接合室の扉の外に位置し、真空、
   不活性ガス或いは還元性ガスの雰囲気にする機構を備
   え、接合室の温度より低い温度の冷却室に移動して冷却
   することを特徴とするナトリウム−硫黄電池の製造方
   法。
2. 【請求項２】内部を真空にするかまたは不活性ガスや還
   元性ガスで充填した接合室にて、前記ワークを接合温度
   に昇温して接合することを特徴とする請求項１記載のナ
   トリウム−硫黄電池の製造方法。
3. 【請求項３】前記ワークを接合室にてインサート材の固
   相線温度以上の接合温度に昇温し、接合後にインサート
   材の固相線温度以下に冷却することを特徴とする請求項
   １記載のナトリウム−硫黄電池の製造方法。
4. 【請求項４】前記ワークを予熱室にて昇温してから接合
   室に移すことを特徴とする請求項１記載のナトリウム−
   硫黄電池の製造方法。
5. 【請求項５】負極活物質であるナトリウムと、正極活物
   質である硫黄と、前記ナトリウムと前記硫黄との間に介
   在された固体電解質と、前記固体電解質に接合された絶
   縁体と、アルミニウムまたはアルミニウム合金からなる
   インサート材と、前記絶縁部材に前記インサート材を介
   在して接合された金属製の負極容器と、前記絶縁部材に
   前記インサート材を介在して接合された正極容器とを有
   するナトリウム−硫黄電池において、前記絶縁部材に前
   記インサート材を介在して前記負極容器と前記正極容器
   を組合わせたワークを予熱室にて昇温してから、内部を
   真空にするかまたは不活性ガスや還元性ガスで充填した
   接合室に移し、前記ワークを接合温度に昇温して接合し
   た後に、前記接合室から扉を介して配置され、内部を真
   空、不活性ガス或いは還元性ガスを充填する機構を備
   え、冷却手段を有する冷却室に移して冷却することを特
   徴とするナトリウム−硫黄電池の製造方法。
6. 【請求項６】負極活物質であるナトリウムと、正極活物
   質である硫黄と、前記ナトリウムと前記硫黄との間に介
   在された固体電解質と、前記固体電解質に接合された絶
   縁リングと、アルミニウムまたはアルミニウム合金から
   なるインサート材と、前記絶縁リングに前記インサート
   材を介在して接合された金属製の負極容器と、前記絶縁
   リングに前記インサート材を介在して接合された金属製
   の正極容器とを有するナトリウム−硫黄電池において、
   前記絶縁リングに前記インサート材を介在して前記負極
   容器と前記正極容器を組合わせたワークを接合室にて前
   記インサート材の液相線温度より低い接合温度に昇温す
   るとともにこの接合温度で加圧しながら接合した後に、
   前記ワークを前記接合室から、内部を真空、不活性ガス
   或いは還元性ガスを充填する機構を備えた冷却手段を有
   する冷却室に移して冷却することを特徴とするナトリウ
   ム−硫黄電池の製造方法。
7. 【請求項７】負極活物質であるナトリウムと、正極活物
   質である硫黄と、前記ナトリウムと前記硫黄との間に介
   在された固体電解質と、前記固体電解質に接合されたセ
   ラミック製絶縁リングと、アルミニウムまたはアルミニ
   ウム合金からなるインサート材と、前記絶縁リングに前
   記インサート材を介在して接合されたステンレス鋼製の
   負極容器と、前記絶縁リングに前記インサート材を介在
   して接合されたステンレス鋼製の正極容器とを有するナ
   トリウム−硫黄電池において、内部を真空にするかまた
   は不活性ガスや還元性ガスで充填した接合室にて、前記
   絶縁リングに前記インサート材を介在して前記負極容器
   と前記正極容器を組合わせたワークを、前記インサート
   材の固相線温度より５０℃低い温度から液相線温度の接
   合温度以下の範囲にある接合温度に昇温して接合した後
   に、前記ワークを前記接合室から、内部を真空、不活性
   ガス或いは還元性ガスを充填する機構を備え、冷却手段
   を有する冷却室に移して冷却することを特徴とするナト
   リウム−硫黄電池の製造方法。
8. 【請求項８】負極活物質であるナトリウムと、正極活物
   質である硫黄と、前記ナトリウムと前記硫黄との間に介
   在された固体電解質と、前記固体電解質に接合された絶
   縁リングと、アルミニウムまたはアルミニウム合金から
   なるインサート材と、前記絶縁リングに前記インサート
   材を介在して接合された金属製の負極容器と、前記絶縁
   リングに前記インサート材を介在して接合された金属製
   の正極容器とを有するナトリウム−硫黄電池の製造装置
   において、内部を真空、不活性ガス或いは還元性ガスを
   充填する機構を備え、前記絶縁リングに前記インサート
   材を介在して前記負極容器と前記正極容器を組合わせた
   ワークを接合温度に昇温して接合する接合室を設け、前
   記接合室で接合されたワークの冷却手段を有する、内部
   を真空、不活性ガス或いは還元性ガスを充填する機構を
   備えた冷却室を設けたことを特徴とするナトリウム−硫
   黄電池の製造装置。
9. 【請求項９】前記接合室で接合するワークを予熱する予
   熱室を前記接合室に隣接して設けたことを特徴とする請
   求項８記載のナトリウム−硫黄電池の製造装置。
10. 【請求項１０】前記接合室の内部を真空にするかまたは
    不活性ガスや還元性ガスで充填する雰囲気調整装置を設
    けたことを特徴とする請求項８記載のナトリウム−硫黄
    電池の製造装置。
11. 【請求項１１】前記冷却室内の温度は前記接合温度より
    低く前記インサート材表面の材料の固相線温度以下であ
    ることを特徴とする請求項８記載のナトリウム−硫黄電
    池の製造装置。
12. 【請求項１２】前記接合室内に前記ワークを加圧する加
    圧装置を設けたことを特徴とする請求項８記載のナトリ
    ウム−硫黄電池の製造装置。
13. 【請求項１３】前記接合室にワークをＵターンする機構
    を設け、前記予熱室と冷却室とを切替える手段を設けた
    ことを特徴とする請求項１０記載のナトリウム−硫黄電
    池の製造装置。
14. 【請求項１４】前記予熱室に隣接して導入室を設けたこ
    とを特徴とする請求項１０記載のナトリウム−硫黄電池
    の製造装置。
15. 【請求項１５】負極活物質であるナトリウムと、正極活
    物質である硫黄と、前記ナトリウムと前記硫黄との間に
    介在された固体電解質と、前記固体電解質に接合された
    絶縁リングと、アルミニウムまたはアルミニウム合金か
    らなるインサート材と、前記絶縁リングに前記インサー
    ト材を介在して接合された金属製の負極容器と、前記絶
    縁リングに前記インサート材を介在して接合された金属
    製の正極容器とを有するナトリウム−硫黄電池の製造装
    置において、予熱室と接合室と冷却室とを順に水平に隣
    接して設け、夫々の室にはワーク出し入れ用ゲートバル
    ブ、各室間のワーク移動手段及び各室内の雰囲気調整装
    置を備え、前記予熱室には昇温手段を備え、前記接合室
    にはワークを接合温度に昇温する手段及び接合中のワー
    クを加圧する加圧装置と内部を真空、不活性ガス或いは
    還元性ガスを充填する雰囲気調整装置とを備え、前記冷
    却室には接合されたワークを冷却する手段と内部を真
    空、不活性ガス或いは還元性ガスを充填する雰囲気調整
    装置とを備えたことを特徴とするナトリウム−硫黄電池
    の製造装置。