JP3505165B2 - ナトリウム−硫黄電池の初期コンディショニング方法及び初期性能検査方法 - Google Patents
ナトリウム−硫黄電池の初期コンディショニング方法及び初期性能検査方法Info
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- JP3505165B2 JP3505165B2 JP2001361904A JP2001361904A JP3505165B2 JP 3505165 B2 JP3505165 B2 JP 3505165B2 JP 2001361904 A JP2001361904 A JP 2001361904A JP 2001361904 A JP2001361904 A JP 2001361904A JP 3505165 B2 JP3505165 B2 JP 3505165B2
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Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
Landscapes
- Secondary Cells (AREA)
- Tests Of Electric Status Of Batteries (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】 本発明は、電力貯蔵用等の
二次電池として利用されるナトリウム−硫黄電池（以
下、単に「電池」ともいう）を組立てた後、組立てられ
た電池を炉内にて昇温し、電池の起電力により放電して
電池の初期コンディショニングを行う方法及び初期検査
を行う方法に関し、さらに詳しくは、コストの削減及び
時間の短縮を図ったナトリウム−硫黄電池の初期コンデ
ィショニング方法及び初期性能検査方法に関する。
二次電池として利用されるナトリウム−硫黄電池（以
下、単に「電池」ともいう）を組立てた後、組立てられ
た電池を炉内にて昇温し、電池の起電力により放電して
電池の初期コンディショニングを行う方法及び初期検査
を行う方法に関し、さらに詳しくは、コストの削減及び
時間の短縮を図ったナトリウム−硫黄電池の初期コンデ
ィショニング方法及び初期性能検査方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】 電力の平準化やピークカットなどの機
能を実現するための電力貯蔵システムにナトリウム−硫
黄電池が使用されているが、そのナトリウム−硫黄電池
の構造は、図１にその断面図を模式的に示した通りのも
のである。
能を実現するための電力貯蔵システムにナトリウム−硫
黄電池が使用されているが、そのナトリウム−硫黄電池
の構造は、図１にその断面図を模式的に示した通りのも
のである。
【０００３】 製造時におけるその電池構造は、有底筒
状のベータアルミナ固体電解質管１０がその上端外周面
でα−アルミナの絶縁リング１１の内周面とガラス接合
され、更に、絶縁リング１１の上面に接合された陰極金
具１２及びその陰極金具１２に溶接された陰極蓋１３と
絶縁リング１１とベータアルミナ固体電解質管１０とで
区画された陰極室１４に、有底筒状の金属性安全管１５
とその安全管１５の内側にナトリウム及びアルゴンなど
の不活性ガスを収納したナトリウム収納容器１６を配設
し、一方、陽極室１７は、絶縁リング１１の下面に接合
された陽極金具１８と、その陽極金具１８に溶接された
陽極容器１９と、更にはその陽極容器１９に溶接された
底蓋２０と、絶縁リング１１と、ベータアルミナ固体電
解質管１０とで区画され、硫黄を含浸したカーボンマッ
ト２１が配設され、その上部には窒素、あるいはアルゴ
ンなどの不活性ガスが充填された構造である。
状のベータアルミナ固体電解質管１０がその上端外周面
でα−アルミナの絶縁リング１１の内周面とガラス接合
され、更に、絶縁リング１１の上面に接合された陰極金
具１２及びその陰極金具１２に溶接された陰極蓋１３と
絶縁リング１１とベータアルミナ固体電解質管１０とで
区画された陰極室１４に、有底筒状の金属性安全管１５
とその安全管１５の内側にナトリウム及びアルゴンなど
の不活性ガスを収納したナトリウム収納容器１６を配設
し、一方、陽極室１７は、絶縁リング１１の下面に接合
された陽極金具１８と、その陽極金具１８に溶接された
陽極容器１９と、更にはその陽極容器１９に溶接された
底蓋２０と、絶縁リング１１と、ベータアルミナ固体電
解質管１０とで区画され、硫黄を含浸したカーボンマッ
ト２１が配設され、その上部には窒素、あるいはアルゴ
ンなどの不活性ガスが充填された構造である。
【０００４】 各部材による電池組立て後、電池作動温
度までの昇温過程で、ナトリウム収納容器１６内のナト
リウムは溶融し、ナトリウム収納容器内の上部に内包さ
れているアルゴンなどの不活性ガスの圧力によりナトリ
ウム収納容器の底部に設けられている小孔１６ａより溶
融ナトリウムが陰極室内に流出して陰極室内を充填状態
にする。
度までの昇温過程で、ナトリウム収納容器１６内のナト
リウムは溶融し、ナトリウム収納容器内の上部に内包さ
れているアルゴンなどの不活性ガスの圧力によりナトリ
ウム収納容器の底部に設けられている小孔１６ａより溶
融ナトリウムが陰極室内に流出して陰極室内を充填状態
にする。
【０００５】 ナトリウム−硫黄電池は、通常３００℃
〜３５０℃の高温でその電池機能を発揮するが、電池組
立て直後のナトリウム−硫黄電池は３００℃〜３５０℃
まで昇温しただけでは放電が不可能である。硫黄は絶縁
材であり、陽極側の固体電解質管表面近傍の抵抗が高い
からである。また、硫黄に導電性を付与すべく、硫黄は
グラファイトフェルト等の陽極導電材に含浸させた状態
で使用される。
〜３５０℃の高温でその電池機能を発揮するが、電池組
立て直後のナトリウム−硫黄電池は３００℃〜３５０℃
まで昇温しただけでは放電が不可能である。硫黄は絶縁
材であり、陽極側の固体電解質管表面近傍の抵抗が高い
からである。また、硫黄に導電性を付与すべく、硫黄は
グラファイトフェルト等の陽極導電材に含浸させた状態
で使用される。
【０００６】 従って、このナトリウム−硫黄電池は、
製造直後に、組み立てた電池を昇温、通電して、電池の
初期コンディショニングを行う必要があり、また、初期
性能検査も行う。また、実際的には、初期コンディショ
ニングと初期性能検査は、それぞれを兼ねて、ひとつの
作業をもって行われることが多い。
製造直後に、組み立てた電池を昇温、通電して、電池の
初期コンディショニングを行う必要があり、また、初期
性能検査も行う。また、実際的には、初期コンディショ
ニングと初期性能検査は、それぞれを兼ねて、ひとつの
作業をもって行われることが多い。
【０００７】 従来、その作業は、電池組立て後、３０
０℃〜３５０℃の高温下で直流電源により一定電流を流
す定電流放電方式を用いて、定格容量まで放電後、さら
に定格容量まで充電させる。さらに詳しく述べると、先
ず、電池の電気抵抗を下げるため、小さな電流により初
期微小放電を行い、多硫化ナトリウムを形成させ、次
に、初期微小放電より電流を大きくした定格電流にて定
格放電容量まで放電し、その後、定格電流にて充電する
方式が一般的であった。このことにより、陰極活物質の
金属ナトリウムはナトリウムイオンとして固体電解質管
中をイオン伝導させ陽極側の固体電解質表面近傍で溶融
硫黄と反応させて、多硫化ナトリウムＮａ2Ｓxを生成さ
せ、このＮａ2Ｓxが電子導電材であるカーボンマットの
繊維の表面を充分濡らすことにより、放電及び充電を可
能とするものであり、この状態にて初期コンディショニ
ングが終了したと判断している。定電流方式の初期コン
ディショニングに関しては、特開平９−１３４７３７号
公報にも開示されており、初期コンディショニングの電
流密度と放電量を充電終了時点の残留電気量の大小でも
って、合否判断している。
０℃〜３５０℃の高温下で直流電源により一定電流を流
す定電流放電方式を用いて、定格容量まで放電後、さら
に定格容量まで充電させる。さらに詳しく述べると、先
ず、電池の電気抵抗を下げるため、小さな電流により初
期微小放電を行い、多硫化ナトリウムを形成させ、次
に、初期微小放電より電流を大きくした定格電流にて定
格放電容量まで放電し、その後、定格電流にて充電する
方式が一般的であった。このことにより、陰極活物質の
金属ナトリウムはナトリウムイオンとして固体電解質管
中をイオン伝導させ陽極側の固体電解質表面近傍で溶融
硫黄と反応させて、多硫化ナトリウムＮａ2Ｓxを生成さ
せ、このＮａ2Ｓxが電子導電材であるカーボンマットの
繊維の表面を充分濡らすことにより、放電及び充電を可
能とするものであり、この状態にて初期コンディショニ
ングが終了したと判断している。定電流方式の初期コン
ディショニングに関しては、特開平９−１３４７３７号
公報にも開示されており、初期コンディショニングの電
流密度と放電量を充電終了時点の残留電気量の大小でも
って、合否判断している。
【０００８】 しかしながら、この定電流放電方式によ
る方法は、直流電源、充放電リレー、充放電制御装置等
の多くの装置が必要であり、大規模な設備となるため、
大きなコストがかかるという問題があり、また、この方
法では、少なくとも定格容量まで放電し、再度充電する
必要があるため、長く時間がかかるという問題があっ
た。
る方法は、直流電源、充放電リレー、充放電制御装置等
の多くの装置が必要であり、大規模な設備となるため、
大きなコストがかかるという問題があり、また、この方
法では、少なくとも定格容量まで放電し、再度充電する
必要があるため、長く時間がかかるという問題があっ
た。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】 本発明は、かかる従
来の問題に鑑みてなされたものであり、その目的とする
ところは、抵抗放電方式により、電池自体の起電力によ
って僅かに放電することのみにより、電池の初期コンデ
ィショニングを行うとともに、初期ピーク抵抗を評価
し、別途、定電流方式で求めた電池の初期ピーク抵抗と
平均内部抵抗及び初期ピーク抵抗と充放電効率との相関
関係により初期ピーク抵抗を計測するのみで、電池の初
期特性の評価を行うことで、コストの削減及び時間の短
縮を図ったナトリウム−硫黄電池の初期コンディショニ
ング方法及び初期性能検査方法を提供することにある。
来の問題に鑑みてなされたものであり、その目的とする
ところは、抵抗放電方式により、電池自体の起電力によ
って僅かに放電することのみにより、電池の初期コンデ
ィショニングを行うとともに、初期ピーク抵抗を評価
し、別途、定電流方式で求めた電池の初期ピーク抵抗と
平均内部抵抗及び初期ピーク抵抗と充放電効率との相関
関係により初期ピーク抵抗を計測するのみで、電池の初
期特性の評価を行うことで、コストの削減及び時間の短
縮を図ったナトリウム−硫黄電池の初期コンディショニ
ング方法及び初期性能検査方法を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】 すなわち、本発明によ
れば、陽極容器と、同陽極容器の内部に配設された固体
電解質管と、同固体電解質管の内部に収容された金属ナ
トリウムからなる陰極活物質と、前記固体電解質管と前
記陽極容器間に収容された硫黄からなる陽極活物質を含
浸した陽極導電材と、同陽極導電材と前記固体電解質管
の間に形成された高抵抗層を備えたナトリウム−硫黄電
池を組立てた後、同電池を加熱炉内で昇温し、放電して
初期コンディショニングを行う方法であって、抵抗放電
方式により、前記電池の初期ピーク抵抗が得られるまで
放電を行い、完全充放電を行わずに、電池を初期化する
ことを特徴とするナトリウム−硫黄電池の初期コンディ
ショニング方法、が提供される。
れば、陽極容器と、同陽極容器の内部に配設された固体
電解質管と、同固体電解質管の内部に収容された金属ナ
トリウムからなる陰極活物質と、前記固体電解質管と前
記陽極容器間に収容された硫黄からなる陽極活物質を含
浸した陽極導電材と、同陽極導電材と前記固体電解質管
の間に形成された高抵抗層を備えたナトリウム−硫黄電
池を組立てた後、同電池を加熱炉内で昇温し、放電して
初期コンディショニングを行う方法であって、抵抗放電
方式により、前記電池の初期ピーク抵抗が得られるまで
放電を行い、完全充放電を行わずに、電池を初期化する
ことを特徴とするナトリウム−硫黄電池の初期コンディ
ショニング方法、が提供される。
【００１１】 本発明においては、前記初期放電を行う
に当り、初期ピーク抵抗が得られるまでに放電電流の電
流値を多段階に分けて行い、段階を経る毎に、固体電解
質管の表面積当りの電流密度を大きくして放電を行うこ
とが好ましい。
に当り、初期ピーク抵抗が得られるまでに放電電流の電
流値を多段階に分けて行い、段階を経る毎に、固体電解
質管の表面積当りの電流密度を大きくして放電を行うこ
とが好ましい。
【００１２】 また、本発明においては、前記初期放電
として、前記初期放電の電気量を放電するまでに放電電
流の電流値を少なくとも２段階に分けて、固体電解質管
の表面積当りの電流密度を、第１段階の放電が０．００
５Ａ／ｃｍ2以下、最終段階の放電が０．１Ａ／ｃｍ2以
下で放電を行うことが好ましい。
として、前記初期放電の電気量を放電するまでに放電電
流の電流値を少なくとも２段階に分けて、固体電解質管
の表面積当りの電流密度を、第１段階の放電が０．００
５Ａ／ｃｍ2以下、最終段階の放電が０．１Ａ／ｃｍ2以
下で放電を行うことが好ましい。
【００１３】 さらに、本発明によれば、陽極容器と、
同陽極容器の内部に配設された固体電解質管と、同固体
電解質管の内部に収容された金属ナトリウムからなる陰
極活物質と、前記固体電解質管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を含浸した陽極導電材
と、同陽極導電材と前記固体電解質管の間に形成された
高抵抗層を備えたナトリウム硫黄電池を組立てた後、同
電池を加熱炉内で昇温し、放電して電池の初期検査を行
う方法であって、抵抗放電方式又は定電流方式により、
前記電池の初期ピーク抵抗が得られるまで放電を行い、
初期ピーク抵抗を求め、一方、初期ピーク抵抗と平均内
部抵抗との相関関係及び初期ピーク抵抗と充放電効率と
の相関関係を求め、初期ピーク抵抗により、前記平均内
部抵抗及び充放電効率の特性を評価することを特徴とす
るナトリウム−硫黄電池の初期性能検査方法、が提供さ
れる。
同陽極容器の内部に配設された固体電解質管と、同固体
電解質管の内部に収容された金属ナトリウムからなる陰
極活物質と、前記固体電解質管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を含浸した陽極導電材
と、同陽極導電材と前記固体電解質管の間に形成された
高抵抗層を備えたナトリウム硫黄電池を組立てた後、同
電池を加熱炉内で昇温し、放電して電池の初期検査を行
う方法であって、抵抗放電方式又は定電流方式により、
前記電池の初期ピーク抵抗が得られるまで放電を行い、
初期ピーク抵抗を求め、一方、初期ピーク抵抗と平均内
部抵抗との相関関係及び初期ピーク抵抗と充放電効率と
の相関関係を求め、初期ピーク抵抗により、前記平均内
部抵抗及び充放電効率の特性を評価することを特徴とす
るナトリウム−硫黄電池の初期性能検査方法、が提供さ
れる。
【００１４】
【発明の実施の形態】 以下、本発明の実施の形態につ
いて説明するが、本発明が以下の実施形態に限定される
ものではないことはいうまでもない。
いて説明するが、本発明が以下の実施形態に限定される
ものではないことはいうまでもない。
【００１５】 本発明のナトリウム−硫黄電池の初期性
能検査方法は、図１に示すように、有底筒状の固体電解
質管１０内面と固体電解質管１０の開口端部の外周面に
接合された絶縁リング１１と絶縁リング１１の上面に接
合された陰極蓋１３とで区画された陰極室１４内にナト
リウムが収納され、一方、固体電解質管１０外面と絶縁
リング１１と絶縁リング１１の底面に接合された陽極金
具１８とその陽極金具１８に溶接された円筒状の陽極容
器１９とその陽極容器１９に溶接された円盤状の底蓋２
０とで区画された陽極室１７内には硫黄を含浸した電子
導電材が収納されて構成されるナトリウム−硫黄電池１
を組立てた後、組立てられた電池１を加熱炉内で昇温
し、次いで抵抗放電方式により、電池の初期ピーク抵抗
が得られるまで初期放電させ、電池の初期コンディショ
ニングを行うとともに、初期ピーク抵抗を評価する。一
方、定電流方式で求めた電池の初期ピーク抵抗と平均内
部抵抗及び初期ピーク抵抗と充放電効率との相関関係を
用いて電池の平均内部抵抗及び充放電効率を評価するこ
とを特徴とする。このようにして、電池の初期性能検査
を、電池自体の起電力によって僅かに放電する間に現れ
る初期ピーク抵抗を測定することと、別途求めた電池の
初期ピーク抵抗と平均内部抵抗及び充放電効率との相関
関係を用いて電池の特性評価を行うことができることと
なる。従って、定格放電容量まで放電をし、その後、充
電をして初期性能検査を行っていた従来の初期検査方法
に比べて、大幅なコストの削減と時間の短縮とを図るこ
とができる。なお、時間に関しては１／１０程度に短縮
できる。
能検査方法は、図１に示すように、有底筒状の固体電解
質管１０内面と固体電解質管１０の開口端部の外周面に
接合された絶縁リング１１と絶縁リング１１の上面に接
合された陰極蓋１３とで区画された陰極室１４内にナト
リウムが収納され、一方、固体電解質管１０外面と絶縁
リング１１と絶縁リング１１の底面に接合された陽極金
具１８とその陽極金具１８に溶接された円筒状の陽極容
器１９とその陽極容器１９に溶接された円盤状の底蓋２
０とで区画された陽極室１７内には硫黄を含浸した電子
導電材が収納されて構成されるナトリウム−硫黄電池１
を組立てた後、組立てられた電池１を加熱炉内で昇温
し、次いで抵抗放電方式により、電池の初期ピーク抵抗
が得られるまで初期放電させ、電池の初期コンディショ
ニングを行うとともに、初期ピーク抵抗を評価する。一
方、定電流方式で求めた電池の初期ピーク抵抗と平均内
部抵抗及び初期ピーク抵抗と充放電効率との相関関係を
用いて電池の平均内部抵抗及び充放電効率を評価するこ
とを特徴とする。このようにして、電池の初期性能検査
を、電池自体の起電力によって僅かに放電する間に現れ
る初期ピーク抵抗を測定することと、別途求めた電池の
初期ピーク抵抗と平均内部抵抗及び充放電効率との相関
関係を用いて電池の特性評価を行うことができることと
なる。従って、定格放電容量まで放電をし、その後、充
電をして初期性能検査を行っていた従来の初期検査方法
に比べて、大幅なコストの削減と時間の短縮とを図るこ
とができる。なお、時間に関しては１／１０程度に短縮
できる。
【００１６】 尚、比較的新しい電池であるナトリウム
−硫黄電池が、上述のような簡便な方法により特性評価
できるようになった背景には、最近のナトリウム−硫黄
電池が、電池設計の見直し・改良及び電池の造り込みに
より、ばらつきが小さく、信頼性の高いものが生産でき
るようになってきたことにもよる。
−硫黄電池が、上述のような簡便な方法により特性評価
できるようになった背景には、最近のナトリウム−硫黄
電池が、電池設計の見直し・改良及び電池の造り込みに
より、ばらつきが小さく、信頼性の高いものが生産でき
るようになってきたことにもよる。
【００１７】 抵抗放電方式とは、図２に示すように、
ナトリウム−硫黄電池Ｅと、放電抵抗器Ｒを備え、電池
Ｅ自身の起電力により放電させる方式をいう。図３に示
すように、この抵抗放電方式においては、組立直後のナ
トリウム−硫黄電池について放電電流の電流値を多段階
に分けて行い、段階を経る毎に、固体電解質管の表面積
当りの電流密度を大きくして電流密度を変化させる。例
えば第１〜第４段階に分けて初期微小放電を行い、初期
ピーク抵抗が得られるまで初期微小放電を行う。この初
期微小放電で止めた複数の電池をモジュールに組んで充
放電試験を行った結果と、前記初期微小放電を行った
後、さらに定格容量まで放電し、その後充電した、すな
わち完全充放電した複数の電池をモジュールに組んで充
放電試験を行った結果を表１に示す。
ナトリウム−硫黄電池Ｅと、放電抵抗器Ｒを備え、電池
Ｅ自身の起電力により放電させる方式をいう。図３に示
すように、この抵抗放電方式においては、組立直後のナ
トリウム−硫黄電池について放電電流の電流値を多段階
に分けて行い、段階を経る毎に、固体電解質管の表面積
当りの電流密度を大きくして電流密度を変化させる。例
えば第１〜第４段階に分けて初期微小放電を行い、初期
ピーク抵抗が得られるまで初期微小放電を行う。この初
期微小放電で止めた複数の電池をモジュールに組んで充
放電試験を行った結果と、前記初期微小放電を行った
後、さらに定格容量まで放電し、その後充電した、すな
わち完全充放電した複数の電池をモジュールに組んで充
放電試験を行った結果を表１に示す。
【００１８】
【表１】
【００１９】 本測定においては、「電流密度（Ａ／ｃ
ｍ2）」とは、固体電解質管の単位表面積当りの放電電
流及び充電電流を意味する。表１によれば、抵抗放電方
式により初期ピーク抵抗が得られるまで放電を行い、そ
の後、モジュールに組んで充放電を行った場合と、前記
抵抗放電により初期微小放電を行った後、定格容量まで
放電、さらに充電し、その後、モジュールに組んで充放
電した場合と比較して、モジュール電池の残留電気量の
差異は殆どなく、ともに良好である。
ｍ2）」とは、固体電解質管の単位表面積当りの放電電
流及び充電電流を意味する。表１によれば、抵抗放電方
式により初期ピーク抵抗が得られるまで放電を行い、そ
の後、モジュールに組んで充放電を行った場合と、前記
抵抗放電により初期微小放電を行った後、定格容量まで
放電、さらに充電し、その後、モジュールに組んで充放
電した場合と比較して、モジュール電池の残留電気量の
差異は殆どなく、ともに良好である。
【００２０】 なお、前記初期放電の電流密度は段階的
に大きくすることが好ましい。ただし、初期放電の第１
段階での電流密度が０．００５Ａ／ｃｍ2を超える場
合、あるいは、最終段階での電流密度が０．１Ａ／ｃｍ
2を超える場合は、モジュール電池の残留電気量が大き
くなり、好ましくない。
に大きくすることが好ましい。ただし、初期放電の第１
段階での電流密度が０．００５Ａ／ｃｍ2を超える場
合、あるいは、最終段階での電流密度が０．１Ａ／ｃｍ
2を超える場合は、モジュール電池の残留電気量が大き
くなり、好ましくない。
【００２１】 次に、ナトリウム−硫黄電池の初期性能
検査方法について説明する。図４は、ナトリウム−硫黄
電池Ｅ、放電抵抗器Ｒ、及び直流電源Ｖを備え、直流電
源Ｖにより一定電流を流す定電流放電方式の回路を示す
回路図である。本測定では、図５に示すように、組立直
後のナトリウム−硫黄電池について電流密度を変化させ
て、第１〜第４段階の初期微小放電を行い、初期ピーク
抵抗を測定する。また、定電流放電方式で初期ピーク抵
抗と平均内部抵抗、初期ピーク抵抗と充放電効率の相関
関係を求める際に使用している「全放電電気量」、「残
留電気量」、「定格放電容量」、「フル放電電気量」と
いう用語の意味は、図６に示す通りである。
検査方法について説明する。図４は、ナトリウム−硫黄
電池Ｅ、放電抵抗器Ｒ、及び直流電源Ｖを備え、直流電
源Ｖにより一定電流を流す定電流放電方式の回路を示す
回路図である。本測定では、図５に示すように、組立直
後のナトリウム−硫黄電池について電流密度を変化させ
て、第１〜第４段階の初期微小放電を行い、初期ピーク
抵抗を測定する。また、定電流放電方式で初期ピーク抵
抗と平均内部抵抗、初期ピーク抵抗と充放電効率の相関
関係を求める際に使用している「全放電電気量」、「残
留電気量」、「定格放電容量」、「フル放電電気量」と
いう用語の意味は、図６に示す通りである。
【００２２】 図６は、ナトリウム−硫黄電池におい
て、所定の電流で充放電した場合の電池電圧（Ｖ）と放
電深度（Ａｈ）の関係を示しており、「全放電電気量」
とは、所定放電深度まで放電される電気量（図６の放電
電圧曲線１を参照）を意味し、「充電電気量」とは、電
池電圧が所定の電圧に到達するまでに充電される電気量
（図６の充電電圧曲線２を参照）を意味し、「定格放電
容量」とは、定格時間放電できる電気量を意味してい
る。また、「残留電気量」とは、充電終了時点で陽極室
内に残存するナトリウム量に対応し、グラフ３は「理論
開路電圧」を示している。
て、所定の電流で充放電した場合の電池電圧（Ｖ）と放
電深度（Ａｈ）の関係を示しており、「全放電電気量」
とは、所定放電深度まで放電される電気量（図６の放電
電圧曲線１を参照）を意味し、「充電電気量」とは、電
池電圧が所定の電圧に到達するまでに充電される電気量
（図６の充電電圧曲線２を参照）を意味し、「定格放電
容量」とは、定格時間放電できる電気量を意味してい
る。また、「残留電気量」とは、充電終了時点で陽極室
内に残存するナトリウム量に対応し、グラフ３は「理論
開路電圧」を示している。
【００２３】 本測定では、定電流放電方式における放
電として第１段階ではナトリウム−硫黄電池の全放電電
気量に対して０．２％まで放電し、第２段階においてフ
ル放電電気量に対して０．２〜０．５％まで放電し、第
３段階においてフル放電電気量に対して０．５〜１．５
％まで放電し、第４段階においてフル放電電気量に対し
て１．５〜フル放電電気量まで放電している。
電として第１段階ではナトリウム−硫黄電池の全放電電
気量に対して０．２％まで放電し、第２段階においてフ
ル放電電気量に対して０．２〜０．５％まで放電し、第
３段階においてフル放電電気量に対して０．５〜１．５
％まで放電し、第４段階においてフル放電電気量に対し
て１．５〜フル放電電気量まで放電している。
【００２４】 図７は、上記測定から得られたナトリウ
ム−硫黄電池における平均内部抵抗と初期ピーク抵抗と
の関係を示すグラフである。図７に示すように、初期ピ
ーク抵抗と電池の平均内部抵抗とは良い相関関係（図中
の相関直線：Ｙ＝０．８１Ｘ−０．９４）を示すことが
分かる。また、図８は、上記の測定から得られたナトリ
ウム−硫黄電池における充放電効率と初期ピーク抵抗と
の関係を示すグラフである。図８に示すように、初期ピ
ーク抵抗と電池の充放電効率とは良い相関関係（図中の
相関直線：Ｙ＝−０．５７Ｘ＋５４．６）を示すことが
分かる。このことより、電池の初期ピーク抵抗を測定す
ることにより、その電池の平均内部抵抗と充放電効率と
を評価できることが分かる。尚、本測定に用いた電池
は、直径９０ｍｍφ、高さ５２０ｍｍ、定格容量６３０
Ａｈのものであり、本測定は単電池を４本直列に接続し
て行ったものである。本発明者らは、まず１本の単電池
のみで同様の測定を行い、更に単電池を４本直列に接続
して行ったところ、同等の相関関係が得られたことか
ら、測定の効率化という観点から、複数の単電池を直列
に接続して測定を行っている。これらのことより、初期
検査及び初期コンディショニングを、単電池毎に行わな
くとも、本発明を用いれば４本程度まとめて行えること
がわかる。
ム−硫黄電池における平均内部抵抗と初期ピーク抵抗と
の関係を示すグラフである。図７に示すように、初期ピ
ーク抵抗と電池の平均内部抵抗とは良い相関関係（図中
の相関直線：Ｙ＝０．８１Ｘ−０．９４）を示すことが
分かる。また、図８は、上記の測定から得られたナトリ
ウム−硫黄電池における充放電効率と初期ピーク抵抗と
の関係を示すグラフである。図８に示すように、初期ピ
ーク抵抗と電池の充放電効率とは良い相関関係（図中の
相関直線：Ｙ＝−０．５７Ｘ＋５４．６）を示すことが
分かる。このことより、電池の初期ピーク抵抗を測定す
ることにより、その電池の平均内部抵抗と充放電効率と
を評価できることが分かる。尚、本測定に用いた電池
は、直径９０ｍｍφ、高さ５２０ｍｍ、定格容量６３０
Ａｈのものであり、本測定は単電池を４本直列に接続し
て行ったものである。本発明者らは、まず１本の単電池
のみで同様の測定を行い、更に単電池を４本直列に接続
して行ったところ、同等の相関関係が得られたことか
ら、測定の効率化という観点から、複数の単電池を直列
に接続して測定を行っている。これらのことより、初期
検査及び初期コンディショニングを、単電池毎に行わな
くとも、本発明を用いれば４本程度まとめて行えること
がわかる。
【００２５】 次に、直流電源を用いた定電流放電方式
による初期ピーク抵抗（図５参照）と、電池の起電力に
よって放電された抵抗放電方式による初期ピーク抵抗
（図３参照）との関係を説明する。初期ピーク抵抗は、
放電方式が異なっても、ある放電電気量（放電深度）ま
で放電すれば必ず測定される。初期ピーク抵抗とは、
（理論回路電圧−放電時の最高電圧）÷放電電流の計算
式で求められるものであり、放電方式が異なっていて
も、同一の電池であれば、初期ピーク抵抗は同一の値が
得られる。
による初期ピーク抵抗（図５参照）と、電池の起電力に
よって放電された抵抗放電方式による初期ピーク抵抗
（図３参照）との関係を説明する。初期ピーク抵抗は、
放電方式が異なっても、ある放電電気量（放電深度）ま
で放電すれば必ず測定される。初期ピーク抵抗とは、
（理論回路電圧−放電時の最高電圧）÷放電電流の計算
式で求められるものであり、放電方式が異なっていて
も、同一の電池であれば、初期ピーク抵抗は同一の値が
得られる。
【００２６】 従って、抵抗放電方式によって求めた初
期ピーク抵抗と、定電流方式によって求めた平均内部抵
抗及び充放電効率は各々相関があることとなり、電池の
初期性能検査は、定電流方式はもとより、抵抗放電方式
においても、電池自体の起電力によって僅かに放電する
ことのみにより行うことができるようになる。
期ピーク抵抗と、定電流方式によって求めた平均内部抵
抗及び充放電効率は各々相関があることとなり、電池の
初期性能検査は、定電流方式はもとより、抵抗放電方式
においても、電池自体の起電力によって僅かに放電する
ことのみにより行うことができるようになる。
【００２７】
【発明の効果】 以上説明したように、本発明によっ
て、電池自体の起電力によって僅かに放電することのみ
により、電池の初期コンディショニングを行うととも
に、電池の初期ピーク抵抗と平均内部抵抗及び充放電効
率との相関関係により電池の特性の評価を行うことで、
コストの削減及び時間の短縮を図ったナトリウム−硫黄
電池の初期コンディショニング方法及び初期性能検査方
法を提供することができる。
て、電池自体の起電力によって僅かに放電することのみ
により、電池の初期コンディショニングを行うととも
に、電池の初期ピーク抵抗と平均内部抵抗及び充放電効
率との相関関係により電池の特性の評価を行うことで、
コストの削減及び時間の短縮を図ったナトリウム−硫黄
電池の初期コンディショニング方法及び初期性能検査方
法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 ナトリウム−硫黄電池の電池構造を示す断面
図である。
図である。
【図２】 ナトリウム−硫黄電池Ｅと、放電抵抗器Ｒを
備え、ナトリウム−硫黄電池Ｅ自身の起電力により放電
させる抵抗放電方式の回路を示す回路図である。
備え、ナトリウム−硫黄電池Ｅ自身の起電力により放電
させる抵抗放電方式の回路を示す回路図である。
【図３】 ナトリウム−硫黄電池を、抵抗放電方式によ
って初期放電させ、初期コンディショニングを行うこと
を示すグラフである。
って初期放電させ、初期コンディショニングを行うこと
を示すグラフである。
【図４】 ナトリウム−硫黄電池Ｅ、放電抵抗器Ｒ、及
び直流電源Ｖを備え、直流電源Ｖにより一定電流を流す
定電流放電方式の回路を示す回路図である。
び直流電源Ｖを備え、直流電源Ｖにより一定電流を流す
定電流放電方式の回路を示す回路図である。
【図５】 ナトリウム−硫黄電池を、定電流放電方式に
よって第１〜第４の初期放電を行い、初期ピーク抵抗を
測定後、定格容量までの放電、さらに充電をすることを
示すグラフである。
よって第１〜第４の初期放電を行い、初期ピーク抵抗を
測定後、定格容量までの放電、さらに充電をすることを
示すグラフである。
【図６】 ナトリウム−硫黄電池を定電流方式において
所定の電流で充放電した場合の電池電圧（Ｖ）と放電深
度（Ａｈ）の関係、及び充電電圧曲線、理論開路電圧、
放電電圧曲線等を説明するグラフである。
所定の電流で充放電した場合の電池電圧（Ｖ）と放電深
度（Ａｈ）の関係、及び充電電圧曲線、理論開路電圧、
放電電圧曲線等を説明するグラフである。
【図７】 ナトリウム−硫黄電池における平均内部抵抗
と初期ピーク抵抗との関係を示すグラフである。
と初期ピーク抵抗との関係を示すグラフである。
【図８】 ナトリウム−硫黄電池における充放電効率と
初期ピーク抵抗との関係を示すグラフである。
初期ピーク抵抗との関係を示すグラフである。
１…放電電圧曲線、２…充電電圧曲線、３…グラフ、１
０…ベータアルミナ固体電解質管、１１…絶縁リング、
１２…陰極金具、１３…陰極蓋、１４…陰極室、１５…
安全管、１６…ナトリウム収納容器、１６ａ…小孔、１
７…陽極室、１８…陽極金具、１９…陽極容器、２０…
底蓋、２１…硫黄を含浸したカーボンマット（陽極導電
材）。
０…ベータアルミナ固体電解質管、１１…絶縁リング、
１２…陰極金具、１３…陰極蓋、１４…陰極室、１５…
安全管、１６…ナトリウム収納容器、１６ａ…小孔、１
７…陽極室、１８…陽極金具、１９…陽極容器、２０…
底蓋、２１…硫黄を含浸したカーボンマット（陽極導電
材）。
フロントページの続き
(56)参考文献 特開 平９−134737（ＪＰ，Ａ)
特開 平６−283198（ＪＰ，Ａ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
H01M 10/39
Claims (4)
- 【請求項１】 陽極容器と、同陽極容器の内部に配設さ
れた固体電解質管と、同固体電解質管の内部に収容され
た金属ナトリウムからなる陰極活物質と、前記固体電解
質管と前記陽極容器間に収容された硫黄からなる陽極活
物質を含浸した陽極導電材と、同陽極導電材と前記固体
電解質管の間に形成された高抵抗層を備えたナトリウム
−硫黄電池を組立てた後、同電池を加熱炉内で昇温し、
放電して初期コンディショニングを行う方法であって、 抵抗放電方式により、前記電池の初期ピーク抵抗が得ら
れるまで放電を行い、完全充放電を行わずに、電池を初
期化することを特徴とするナトリウム−硫黄電池の初期
コンディショニング方法。 - 【請求項２】 前記初期放電を行うに当り、初期ピーク
抵抗が得られるまでに放電電流の電流値を多段階に分け
て行い、段階を経る毎に、固体電解質管の表面積当りの
電流密度を大きくして放電を行う請求項１に記載の初期
コンディショニング方法。 - 【請求項３】 前記初期放電の電気量を放電するまでに
放電電流の電流値を少なくとも２段階に分けて、固体電
解質管の表面積当りの電流密度を、第１段階の放電が
０．００５Ａ／ｃｍ2以下、最終段階の放電が０．１Ａ
／ｃｍ2以下で放電を行う請求項２に記載の初期コンデ
ィショニング方法。 - 【請求項４】 陽極容器と、同陽極容器の内部に配設さ
れた固体電解質管と、同固体電解質管の内部に収容され
た金属ナトリウムからなる陰極活物質と、前記固体電解
質管と前記陽極容器間に収容された硫黄からなる陽極活
物質を含浸した陽極導電材と、同陽極導電材と前記固体
電解質管の間に形成された高抵抗層を備えたナトリウム
−硫黄電池を組立てた後、同電池を加熱炉内で昇温し、
放電して電池の初期検査を行う方法であって、 抵抗放電方式又は定電流方式により、前記電池の初期ピ
ーク抵抗が得られるまで放電を行い、初期ピーク抵抗を
求め、一方、初期ピーク抵抗と平均内部抵抗との相関関
係及び初期ピーク抵抗と充放電効率との相関関係を求
め、初期ピーク抵抗により、前記平均内部抵抗及び充放
電効率の特性を評価することを特徴とするナトリウム−
硫黄電池の初期性能検査方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001361904A JP3505165B2 (ja) | 2001-11-28 | 2001-11-28 | ナトリウム−硫黄電池の初期コンディショニング方法及び初期性能検査方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001361904A JP3505165B2 (ja) | 2001-11-28 | 2001-11-28 | ナトリウム−硫黄電池の初期コンディショニング方法及び初期性能検査方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003163028A JP2003163028A (ja) | 2003-06-06 |
| JP3505165B2 true JP3505165B2 (ja) | 2004-03-08 |
Family
ID=19172493
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001361904A Expired - Lifetime JP3505165B2 (ja) | 2001-11-28 | 2001-11-28 | ナトリウム−硫黄電池の初期コンディショニング方法及び初期性能検査方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3505165B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106093585A (zh) * | 2016-08-17 | 2016-11-09 | 上海电气钠硫储能技术有限公司 | 一种钠硫电池固体电解质管钠离子电阻率测量方法 |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102610867B (zh) * | 2011-01-20 | 2014-08-27 | 上海电气钠硫储能技术有限公司 | 一种封闭式结构的钠硫电池 |
| CN104199328B (zh) * | 2014-08-26 | 2017-05-10 | 国网上海市电力公司 | 一种钠硫电池电解质陶瓷管寿命检测用电流切换装置 |
-
2001
- 2001-11-28 JP JP2001361904A patent/JP3505165B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106093585A (zh) * | 2016-08-17 | 2016-11-09 | 上海电气钠硫储能技术有限公司 | 一种钠硫电池固体电解质管钠离子电阻率测量方法 |
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|---|---|
| JP2003163028A (ja) | 2003-06-06 |
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