JPH01225069A - ナトリウム−硫黄電池 - Google Patents
ナトリウム−硫黄電池Info
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-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
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- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/36—Accumulators not provided for in groups H01M10/05-H01M10/34
- H01M10/39—Accumulators not provided for in groups H01M10/05-H01M10/34 working at high temperature
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-
- 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
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
（産業上の利用分野）
本発明はす１〜リウムー硫黄電池に関し、さらに詳しく
は電池を長期休止、補修、点検等の理由で昇降温する際
、陽極容器内に収容された陽極用導電材の熱膨脹・収縮
を吸収して固体電解質管の破損を防止することができる
ナトリウム−硫黄電池に関するものである。
は電池を長期休止、補修、点検等の理由で昇降温する際
、陽極容器内に収容された陽極用導電材の熱膨脹・収縮
を吸収して固体電解質管の破損を防止することができる
ナトリウム−硫黄電池に関するものである。
（従来の技術）
最近、電気自動車用、夜間電力貯蔵用の二次電池として
性能面及び経済面の両面において優れ、３００〜４００
°Ｃで作動する高温型のナトリウム−硫黄電池の研究開
発が進められている。
性能面及び経済面の両面において優れ、３００〜４００
°Ｃで作動する高温型のナトリウム−硫黄電池の研究開
発が進められている。
即ち、性能面では、ナトリウム−硫黄電池は鉛蓄電池に
比べて理論エネルギー密度が高く、充放電時における水
素や酸素の発生といった副反応もなく、活物質の利用率
も高く、経済面ではナトリウム及び硫黄が安価であると
いう利点を有してい従来のナトリウム−硫黄電池は、第
３図に示すように下部に陽極端子１を備え、陽極活物質
である溶融硫黄を含浸したカーボンマット等の陽極用導
電材Ｍを収納する円筒状の陽極容器２と、該陽極容器２
の」二輪部に対し、α−アルミナ製の絶縁リング３を介
して連結され、かつ溶融金属ナトリウムＮａを貯留する
陰極容器４と、前記絶縁リング３の内周部に固着され、
かつ陰極活物質であるす１−リウムイオンを選択的に透
過させる機能を有した下方へ延びる円筒状の袋管を形成
するβ−アルミナ製の固体電解質管５とからなっている
。又、陰極容器４の上部蓋の中央部には、該陰極容器４
を通して固体電解質管５底部まで延びた細長い陰極管６
が貫通支持され、該陰極管６の上端部には、陰極端子７
が固着されている。
比べて理論エネルギー密度が高く、充放電時における水
素や酸素の発生といった副反応もなく、活物質の利用率
も高く、経済面ではナトリウム及び硫黄が安価であると
いう利点を有してい従来のナトリウム−硫黄電池は、第
３図に示すように下部に陽極端子１を備え、陽極活物質
である溶融硫黄を含浸したカーボンマット等の陽極用導
電材Ｍを収納する円筒状の陽極容器２と、該陽極容器２
の」二輪部に対し、α−アルミナ製の絶縁リング３を介
して連結され、かつ溶融金属ナトリウムＮａを貯留する
陰極容器４と、前記絶縁リング３の内周部に固着され、
かつ陰極活物質であるす１−リウムイオンを選択的に透
過させる機能を有した下方へ延びる円筒状の袋管を形成
するβ−アルミナ製の固体電解質管５とからなっている
。又、陰極容器４の上部蓋の中央部には、該陰極容器４
を通して固体電解質管５底部まで延びた細長い陰極管６
が貫通支持され、該陰極管６の上端部には、陰極端子７
が固着されている。
そして、放電時には次のような反応によってナトリウム
イオンが固体電解質管５を透過して陽極容器２内の硫黄
と反応し、多硫化ナトリウムを生成する。
イオンが固体電解質管５を透過して陽極容器２内の硫黄
と反応し、多硫化ナトリウムを生成する。
２Ｎａ １−Ｘ５−＋Ｎａｚ Ｓ ｘ又、充電時
には放電時とは逆の反応が起こり、ナトリウム及び硫黄
が生成される。
には放電時とは逆の反応が起こり、ナトリウム及び硫黄
が生成される。
上記のようなナトリウム−硫黄電池の陽極容器２内の陽
極用導電材Ｍに含浸された陽極活物質としての硫黄には
電子伝導性がないため、該陽極用導電材Ｍを多孔性材料
により形成して電子伝導性を付与している。この導電材
Ｍは均一な物性の素材で形成され、該導電材Ｍの外周面
は陽極容器２の内周面に接触されていた。
極用導電材Ｍに含浸された陽極活物質としての硫黄には
電子伝導性がないため、該陽極用導電材Ｍを多孔性材料
により形成して電子伝導性を付与している。この導電材
Ｍは均一な物性の素材で形成され、該導電材Ｍの外周面
は陽極容器２の内周面に接触されていた。
（発明が解決しようとする課題）
すｌ−ＩＪウムー硫黄電池は長期休止、補修、点検等の
理由で昇降温する。前記陽極用導電材Ｍに含浸させた陽
極活物質である硫黄又は多硫化ナトリウムば、電池作動
温度域において熔融状態にあるが、融点１２０〜３３０
℃以下の温度域では凝固して固相となる。従って、前記
硫黄又は多硫化ナトリウムが同相状態にある温度域での
電池昇降温では電池構成部品の固体電解質管５、陽極用
導電材Ｍ、陽極容器２の熱膨脹率の差、特に陽極用導電
材Ｍの熱膨脹率が他の二つの部品に比較して大きいため
、熱応力が発生して固体電解質管５や陽極容器２が破損
し易いという問題があった。
理由で昇降温する。前記陽極用導電材Ｍに含浸させた陽
極活物質である硫黄又は多硫化ナトリウムば、電池作動
温度域において熔融状態にあるが、融点１２０〜３３０
℃以下の温度域では凝固して固相となる。従って、前記
硫黄又は多硫化ナトリウムが同相状態にある温度域での
電池昇降温では電池構成部品の固体電解質管５、陽極用
導電材Ｍ、陽極容器２の熱膨脹率の差、特に陽極用導電
材Ｍの熱膨脹率が他の二つの部品に比較して大きいため
、熱応力が発生して固体電解質管５や陽極容器２が破損
し易いという問題があった。
本発明の目的は上記問題点を解消して電池の昇降温時に
、陽極用導電材に含浸させた硫黄又は多硫化ナトリウム
の固相状態における熱膨脹・収縮を吸収して固体電解質
管や陽極容器の破損を防止することができるナトリウム
−硫黄電池を提供することにある。
、陽極用導電材に含浸させた硫黄又は多硫化ナトリウム
の固相状態における熱膨脹・収縮を吸収して固体電解質
管や陽極容器の破損を防止することができるナトリウム
−硫黄電池を提供することにある。
（課題を解決するための手段）
本発明は前記目的を達成するため、陽極活物質である硫
黄又は多硫化ナトリウムを含んだカーボンマット等の陽
極用導電材を貯留する有底筒状の陽極容器の上部に対し
、絶縁リングを介して、溶融金属す） ＩＪウムを貯留
する有蓋筒状の陰極容器を接合固定し、前記陽極容器の
内部には、上端を前記絶縁リングの内周部に嵌合して前
記陰極容器内部と連通し、かつ陰極活物質であるナトリ
ウムイオンを選択的に透過させる機能を有した有底筒状
の固体電解質管を収容し、さらに、前記陰極容器の上蓋
を貫通して前記固体電解質管内に進入する陰極管を０１
１１えたナトリウム−硫黄電池において、前記陽極用導
電材の外周面と、陽極容器の内周面との間に、前記多硫
化ナトリウムや硫黄に関して非浸透性及び耐腐蝕性を有
し、かつ低抵抗の弾性保護シーＩ・を介在するという構
成を採用している。
黄又は多硫化ナトリウムを含んだカーボンマット等の陽
極用導電材を貯留する有底筒状の陽極容器の上部に対し
、絶縁リングを介して、溶融金属す） ＩＪウムを貯留
する有蓋筒状の陰極容器を接合固定し、前記陽極容器の
内部には、上端を前記絶縁リングの内周部に嵌合して前
記陰極容器内部と連通し、かつ陰極活物質であるナトリ
ウムイオンを選択的に透過させる機能を有した有底筒状
の固体電解質管を収容し、さらに、前記陰極容器の上蓋
を貫通して前記固体電解質管内に進入する陰極管を０１
１１えたナトリウム−硫黄電池において、前記陽極用導
電材の外周面と、陽極容器の内周面との間に、前記多硫
化ナトリウムや硫黄に関して非浸透性及び耐腐蝕性を有
し、かつ低抵抗の弾性保護シーＩ・を介在するという構
成を採用している。
（作用）
上記構成を採用したことにより、陽極用導電材に含まれ
る硫黄又は多硫化ナトリウムが、その融点以下の固相状
態において、電池の昇降温により固体電解質管や陽極容
器の熱膨脹・収縮と比較して前記陽極用導電材が熱膨脹
・収縮により大きく変形しても、弾性保護シートにより
吸収され、固体電解質管あるいは陽極容器の破損が防止
される。
る硫黄又は多硫化ナトリウムが、その融点以下の固相状
態において、電池の昇降温により固体電解質管や陽極容
器の熱膨脹・収縮と比較して前記陽極用導電材が熱膨脹
・収縮により大きく変形しても、弾性保護シートにより
吸収され、固体電解質管あるいは陽極容器の破損が防止
される。
（実施例）
次に、本発明を具体化した一実施例を第１図及び第２図
を用いて説明する。
を用いて説明する。
この実施例のナトリウム−硫黄電池ば、後述する特徴的
部分、つまり陽極用導電＋Ａ’Ｍと陽極陽極２との間に
弾性保護シート８を介在した構成を除いて、前述した従
来のナトリウム−硫黄電池と構成が同しである。ずなわ
ら、この実施例のナトリウム−硫黄電池も、第１図に示
すように下部に陽極端子を備えた陽極用導電材Ｍを貯留
する円筒状の陽極容器２と、該陽極容器２の上端部に対
し、α−アルミナ製の絶縁リング３を介して連結され、
かつ溶融金属す） ＩＪウムＮａを貯留する陰極容器４
と、前記絶縁リング３の内周部に固着されβ−アルミナ
製の固体電解質管５と、陰極端子を備えた陰極管６とに
より構成されている。
部分、つまり陽極用導電＋Ａ’Ｍと陽極陽極２との間に
弾性保護シート８を介在した構成を除いて、前述した従
来のナトリウム−硫黄電池と構成が同しである。ずなわ
ら、この実施例のナトリウム−硫黄電池も、第１図に示
すように下部に陽極端子を備えた陽極用導電材Ｍを貯留
する円筒状の陽極容器２と、該陽極容器２の上端部に対
し、α−アルミナ製の絶縁リング３を介して連結され、
かつ溶融金属す） ＩＪウムＮａを貯留する陰極容器４
と、前記絶縁リング３の内周部に固着されβ−アルミナ
製の固体電解質管５と、陰極端子を備えた陰極管６とに
より構成されている。
従って、電池の充電時には溶融金属ナトリウムはナトリ
ウムイオンとなって固体電解質管５を透過し、陽極容器
２及び固体電解質管５で区画形成された陽極用導電材Ｍ
の収容空間に入り、そこで前述した反応式に基づいて硫
黄と反応し多硫化ナトリウムを生成する。
ウムイオンとなって固体電解質管５を透過し、陽極容器
２及び固体電解質管５で区画形成された陽極用導電材Ｍ
の収容空間に入り、そこで前述した反応式に基づいて硫
黄と反応し多硫化ナトリウムを生成する。
さて、本発明のナトリウム−硫黄電池の特徴的部分は、
第１図及び第２図に示すように陽極容器２の内部に収納
した例えば黒鉛質繊維（グラファイト系繊維）あるいは
カーボン繊維やフェル１〜等の炭素質繊維等の炭素質多
孔性材料よりなる陽極用導電材Ｍの外周面と、陽極容器
２の内周面との間に弾性保護シート８を介在している点
である。
第１図及び第２図に示すように陽極容器２の内部に収納
した例えば黒鉛質繊維（グラファイト系繊維）あるいは
カーボン繊維やフェル１〜等の炭素質繊維等の炭素質多
孔性材料よりなる陽極用導電材Ｍの外周面と、陽極容器
２の内周面との間に弾性保護シート８を介在している点
である。
この実施例では前記弾性保護シート８を例えば二カフィ
ルム（日本カーボン株式会社製）等の炭素質材料等の陽
極活物質非浸透性材料により形成し、高弾性、低抵抗及
び耐腐蝕性の三つの性質を兼ね備えている。この弾性保
護シート８の厚さは融点以下の硫黄又は多硫化ナトリウ
ムを含んだ陽極用導電材Ｍの熱膨脹・収縮を吸収できる
必要最低限の寸法とするのが望ましい。又、この弾性保
護シート８には空孔率の非常に小さいグラファイトフェ
ルトの表層に導電性セラミックグラファイト膜を形成し
たものでもよい。
ルム（日本カーボン株式会社製）等の炭素質材料等の陽
極活物質非浸透性材料により形成し、高弾性、低抵抗及
び耐腐蝕性の三つの性質を兼ね備えている。この弾性保
護シート８の厚さは融点以下の硫黄又は多硫化ナトリウ
ムを含んだ陽極用導電材Ｍの熱膨脹・収縮を吸収できる
必要最低限の寸法とするのが望ましい。又、この弾性保
護シート８には空孔率の非常に小さいグラファイトフェ
ルトの表層に導電性セラミックグラファイト膜を形成し
たものでもよい。
従って、本発明実施例では、陽極用導電材Ｍに含まれる
硫黄又は多硫化ナトリウムの融点以下の温度域において
、電池の昇降温時に固体電解質管５や陽極陽極２の膨張
量よりも大きく陽極用導電材Ｍが熱膨脹・収縮しても、
弾性保護シート８が弾性変形して前記膨脂・収縮が吸収
されるため、固体電解質管５や陽極容器２の破損が防止
される。
硫黄又は多硫化ナトリウムの融点以下の温度域において
、電池の昇降温時に固体電解質管５や陽極陽極２の膨張
量よりも大きく陽極用導電材Ｍが熱膨脹・収縮しても、
弾性保護シート８が弾性変形して前記膨脂・収縮が吸収
されるため、固体電解質管５や陽極容器２の破損が防止
される。
実験の結果、従来品と本発明品とを一回の昇降温につい
て、その破損率を測定した結果、従来品は５０％、本発
明品は０％と、良好な結果を得た。
て、その破損率を測定した結果、従来品は５０％、本発
明品は０％と、良好な結果を得た。
なお、本発明のナトリウム−硫黄電池は上記実施例に限
らず、弾性保護シート８を複数層構造としたり、シート
８の材料を変更したり、その他図示しないが、特許請求
の範囲の範囲内において、構成を任意に変更して具体化
することもできる。
らず、弾性保護シート８を複数層構造としたり、シート
８の材料を変更したり、その他図示しないが、特許請求
の範囲の範囲内において、構成を任意に変更して具体化
することもできる。
（発明の効果）
本発明のす） ＩＪウムー硫黄電池は、陽極用導電材に
含まれる硫黄又は多硫化ナトリウムの融点以下の同相状
態において、電池の昇降温時における陽極用導電材の熱
膨脹・収縮を弾性保護シートを変形することにより吸収
して、固体電解質管の破損を防止することができ、電池
の耐久性及び安全性を向上することができる効果がある
。
含まれる硫黄又は多硫化ナトリウムの融点以下の同相状
態において、電池の昇降温時における陽極用導電材の熱
膨脹・収縮を弾性保護シートを変形することにより吸収
して、固体電解質管の破損を防止することができ、電池
の耐久性及び安全性を向上することができる効果がある
。
第１図は本発明のナトリウム−硫黄電池の一実節制を示
めず中央部縦断面図、第２図は第１図のＡ−Ａ線断面図
、第３図は従来のナトリウム−硫黄電池の中央部縦断面
図である。 １・・・陽極端子、２・・・陽極容器、３・・・絶縁リ
ング、４・・・陰極容器、５・・・固体電解質管、６・
・・陰極管、７・・・陰極端子、８・・・弾性保護シー
ト、Ｍ・・・陽極用導電材。
めず中央部縦断面図、第２図は第１図のＡ−Ａ線断面図
、第３図は従来のナトリウム−硫黄電池の中央部縦断面
図である。 １・・・陽極端子、２・・・陽極容器、３・・・絶縁リ
ング、４・・・陰極容器、５・・・固体電解質管、６・
・・陰極管、７・・・陰極端子、８・・・弾性保護シー
ト、Ｍ・・・陽極用導電材。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、陽極活物質である溶融硫黄を含んだカーボンマット
等の陽極用導電材（Ｍ）を貯留する有底筒状の陽極容器
（２）の上部に対し、絶縁リング（３）を介して、溶融
金属ナトリウム（Ｎａ）を貯留する有蓋筒状の陰極容器
（４）を接合固定し、前記陽極容器（２）の内部には、
上端を前記絶縁リング（３）の内周部に嵌合して前記陰
極容器（４）内部と連通し、かつ陰極活物質であるナト
リウムイオンを選択的に透過させる機能を有した有底筒
状の固体電解質管（５）を収容し、さらに、前記陰極容
器（４）の上蓋を貫通して前記固体電解質管（５）内に
進入する陰極管（６）を備えたナトリウム−硫黄電池に
おいて、 前記陽極用導電材（Ｍ）の外周面と、陽極容器（２）の
内周面との間に、前記多硫化ナトリウムや硫黄に関して
非浸透性及び耐腐蝕性を有し、かつ低抵抗の弾性保護シ
ート（８）を介在したことを特徴とするナトリウム−硫
黄電池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63049141A JP2589743B2 (ja) | 1988-03-01 | 1988-03-01 | ナトリウム−硫黄電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63049141A JP2589743B2 (ja) | 1988-03-01 | 1988-03-01 | ナトリウム−硫黄電池 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01225069A true JPH01225069A (ja) | 1989-09-07 |
| JP2589743B2 JP2589743B2 (ja) | 1997-03-12 |
Family
ID=12822806
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63049141A Expired - Lifetime JP2589743B2 (ja) | 1988-03-01 | 1988-03-01 | ナトリウム−硫黄電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2589743B2 (ja) |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS49103132A (ja) * | 1973-02-07 | 1974-09-30 | ||
| JPS6110880A (ja) * | 1984-06-27 | 1986-01-18 | Hitachi Ltd | ナトリウム−硫黄電池 |
-
1988
- 1988-03-01 JP JP63049141A patent/JP2589743B2/ja not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS49103132A (ja) * | 1973-02-07 | 1974-09-30 | ||
| JPS6110880A (ja) * | 1984-06-27 | 1986-01-18 | Hitachi Ltd | ナトリウム−硫黄電池 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2589743B2 (ja) | 1997-03-12 |
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