JPH02256175A - ナトリウム‐硫黄電池 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は電力貯蔵用、電気自動車用等の二次電池として
利用されるナトリウム−硫黄電池に関するものである。

［従来の技術］ 近年、夜間電力貯蔵用、電気自動車用等の用途に二次電
池としてのナトリウム−硫黄電池の開発が進められてい
る。

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いと−いう特長
を有している。このようなナトリウム−硫黄電池は、通
常単電池を複数直列又は並列に接続した集合電池として
使用されている２この複数の単電池を接続した集合電池
は、例えば第１０図に示すような絶縁部材２２で被服さ
れた単電池２１を第９図に示すように、水平方向に多数
並べてそれらの間、をリード線２３で電気的に接続する
とともに、そのように接続された電池群をセル収容箱２
４に収容し、それを上下３段に積層することによって形
成されている。

しかし、上記集合電池は上下３段の各段を隔離する空間
部分２６やセル収容箱２４を有するため、その高さが高
く、全体の容積が大きくなってしまうという問題点があ
った。そこで、第１２図に示すように、上下方向に延び
る１つの長いセラミック製の絶縁筒２５内に複数の単電
池２１を上下に積層配置し、第１１図に示すように、そ
れらを多数配設してリード線２３で接続した集合電池が
提案されている。この集合電池は、上記集合電池よりも
容積効率が優れている。

［発明が解決しようとする課題］ ところが、上記従来の集合電池としてのナトリウム−硫
黄電池においては、各単電池２１はその上方に積層され
た単電池２１の重量負荷を受けるため、下方の単電池２
１はと重量負荷が大きく、単電池２１が変形を起こすお
それがあるという問題点があった。

本発明の目的は、上下に積層した集合電池としたとき各
単電池に上方に位置する単電池の重量負荷がかからず、
集合電池全体をコンパクト化するナトリウム−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］ 上記目的を達成するために、本願第１の発明は、上下に
延びる絶縁筒内にナトリウム−硫黄電池の単電池を上下
に複数積層するとともに、単電池の陽極部側と陰極部側
を絶縁する絶縁部材の外径を、同絶縁部材の上下に接合
された陰極容器又は陽極容器の外径よりも大きくし、同
絶縁部材で前記単電池を前記絶縁筒に支持するという手
段を採用している。

第２の発明は、上下に延びる収納筒内にす１〜リウムー
硫黄電池の単電池を上下に複数積層するとともに、互い
に隣接する単電池の陽極部と陰極部間には単電池を載置
する絶縁部材を介在し、前記絶縁部材間には前記絶縁部
材を支持する支持体を介装したという手段を採用してい
る。

［作用］ 上記第１の手段を採用したことにより、絶縁筒内に積層
された各単電池は、その陽極部側と陰極部側を絶縁する
絶縁部材の外径がその上下に位置する陰極容器又は陽極
容器の外径よりも大きいので、同絶縁部材が前記絶縁筒
に係合して同絶縁筒に支持され、上方に位置する単電池
が下方に位置する単電池に重量負荷を及ぼさない。

第２の手段を採用したことにより、収納筒内の各単電池
間に介装された支持体が陽極部側と陰極部側を絶縁する
絶縁部材を支持するため、上方に位置する単電池が下方
に位置する単電池に重量負荷を及ぼさない。

［実施例］ 以下に本発明を具体化した第１実施例を第１〜４図に基
づいて説明する。

まず、ナトリウム−硫黄電池の単電池１ａの構造につい
て説明する。第３図に示すように、下部には円筒状の陽
極容器２が配設され、同陽極容器２の底面には、陽極部
３が固着されている。」−記陽椿容器２の上端部には、
絶縁部材としてのαアルミナ製の絶縁リング４が固着さ
れている。また、陽極容器２の内部には、有底円筒状の
β−アルミナ製の固体電解質管５が配設され、同固体電
解質管５の上端部は上記絶縁リング４に固着されている
。

同固体電解質管５は、陽極作用物質であるす）〜リウム
イオンを選択的に透過する。同固体電解質管５と前記陽
極容器２との間には、陽極作用物質である硫黄を含浸し
たカーボンマツトロが充填されている。

上記絶縁リング４の上部には、下端部が内側に折り曲げ
られた陰極容器７か固着されている。同陰極容器７及び
上記固体電解質管５内には、細長い円筒状のアルミニウ
ム製の陰極部８が上記陰極容器７の上端部の蓋面に固着
されるとともに、陰極容器７よりもさらに」１方にまで
延びている。前記固体電解質管５内及び陰極容器７内に
は陰極作用物質である溶融ナトリウムを含浸させたステ
ンレス製のウィック９が充填されている。

さて、第１図に示すように、上下方向に延びた円筒状の
熱伝動性の良いアルミニウムチューブ１０内には、一定
の長さのセラミック製の絶縁筒１１か配設されている。

上記アルミニウムチューブ１０は−Ｅ下方向の温度差を
なくすために熱伝動性の良い材料で形成され、ステンレ
ス等も使用可能である。

上記絶縁筒１１内には、第２図に示すような単電池１　
ａ　＋　１　ｂ　、１　ｃ等が上下方向に積層され、各
単電池１ａ、ｌｂ、ｌｃの陽極容器２及び陰極容器７の
外径より大きい外径を有し、陽極部３側と陰極部８側を
電気的に絶縁する前記絶縁リング４が前記絶縁筒１１を
分断するように配置されている。そして、各単電池１　
ａ　＋　１　ｂ　、１．　ｃは各絶縁リング４が前記絶
縁筒１１上に載ることによって支持されている。この場
合、本実施例では各絶縁リング４の外径を絶縁筒１１の
外径とほぼ同一に形成したが、同絶縁リング４の外径は
絶縁リング４が絶縁筒１１上に載り、単電池１ａ、ｌｂ
。

１ｃを絶縁筒１１に支持可能な範囲内で適宜設定される
。また、絶縁リング４は、単電池１ａ。

ｌｂ、ｌｃ１個を支持するに足る強度があれはよい。

第４図に示すように、単電池１ｂ下部の陽極部３は円筒
状に突出形成され、その下方に位置する単電池１ａＪ一
部の陰極部８は上記陽極部３よりわずかに拡径され、ベ
ローズ状に形成されている。

そして、陽極部３を陰極部８に嵌め込むことによって両
者は接続される。なお、その際、溶接を行って陽極部３
と陰極部８との間の接続を一層確実にすることもできる
６その場合、前記絶縁筒１１を分割し、その一部を取外
して溶接を行う。同様にして、さらに上方に位置する昨
電池ＩＣ下部の陽極部３と下方に位置する単電池１ｂ上
部の陰極部８との接続が順次行われている。

上記のように構成されたす１〜リウムー硫黄電池につい
て作用及び効果を説明する。

第１図に示すように、まず所定の長さの１個の絶縁筒１
１内に単電池１ａを１個挿入する。このとき、同単電池
１ａはその陽極容器２と陰極容器７とを絶縁する絶縁リ
ング４の外径が陽極容器２及び陰極容器７の外径よりも
大きく、絶縁リンク４が上記絶縁筒１１の上面に載るた
め、同絶縁筒１１に支持される。

次に、同じ形状の別の絶縁筒１１を上記単電池１ａの絶
縁リング４の上に載せる。続いて、別の単電池１ｂを同
絶縁筒１１内に挿入する。このとき、同単電池１ｂの絶
縁リング４は絶縁筒１１上に載るため、単電池１ｂがこ
の絶縁筒１１に支持されるとともに、第４図に示すよう
に、同単電池１ｂ下部の陽極部３が先に挿入した単電池
ｌａ上部の陰極部８内に嵌め込まれて電気的に接続され
る。この際、上記陰極部８はベローズ状になっているの
で、上方の単電池１ｂの荷重をある程度吸収することか
できる。

以下、順次同様にして絶縁筒１１を上記単電池１ｂの絶
縁リング４状に載せ、続いて単電池ＩＣを同絶縁筒１１
内に挿入することによって、複数の単電池１ａ、ｌｂ、
ｌｃが積層される。そして、このような操作を繰り返す
。最後に、積層された絶縁筒１１の外周部に円筒状のア
ルミニウムチューブ１０を被層する。このようにして上
下に直列接続された集合電池か形成される。

なお、ナトリウム−硫黄電池の単電池１ａ。

１、ｂ、ｌｃは、３００〜３５０℃の高温で作動し、放
電時には固体電解質管５内のナトリウムがすトリウムイ
オンとなって、同ナトリウムイオン透過性の固体電解質
管５を透過して陽極容器２内へ移動する。そして、次式
で示される化学反応に基づいて硫黄と反応し、多硫化ナ
トリウムを生成する。

このとき、約２■の放電電圧が得られる。

２ｎａ＋ｘ−＋Ｎａ２Ｓｘ 放電が継続される場合には、固体電解質管５内のす１ヘ
リウムが減少するため、その減少分に相当するす１〜リ
ウムが除々に陰極容器７内から補給される。

次に、放電が終了し、充電が行われると、陽極容器２内
において前記化学反応とは逆の化学反応が起こって多硫
化ナトリウムが分解し、硫黄及びナトリウムイオンが生
成する。このナトリウムイオンは、再び固体電解質管５
を透過して固体電解質管５内へ移動し、ナトリウムに戻
る。充電が継続されると生成したナトリウムは、固体電
解質管５内を満たし、さらに陰極容器７内へと移動する
。

充電時印加電圧は約１．９〜２，３■を要する。

上記のように、本実施例によれば、アルミニウムチュー
ブ１０内の絶縁筒１１内に積層された単電池１ａ、ｌｂ
、ｌｃ等は、その陽極部３と陰極部８を絶縁るす絶縁リ
ング４の外径が陽極容器２及び陰極容器７の外径よりも
大きいので、同絶縁リング４が前記絶縁筒１１に係合し
て各単電池１ａ、１ｂ、１ｃ等が同絶縁ｆ！？ｉ１．１
に支持される。

従って、上方に位置する単電池１ｂが下方に位置する単
電池１ａに重量負荷を及ぼさない。また、各単電池１ａ
、１．ｂ、ｌｃ等をその外周部に位置する絶縁筒１１に
それぞれ支持されるようにしたので、絶縁ｖｉｌｌを単
電池１ａ、ｌｂ、ｌｃ１個分に相当する長さのものに細
分化することが可能となり、絶縁筒１１の製造が容易と
なる。

次に、本発明を具体化した第２実施例を第１３〜１４図
に基づいて説明する。なお、前記第１実施例と同一構成
および相当する構成については、同一番号を付してその
説明を省略する。

まず、ナトリウム−硫黄電池の単電池１ａの構造につい
て説明する。第１３図に示すように、下部には円筒状の
陽極容器２が配設され、同陽極容器２の底面には断面り
字状に折曲形成された陽極部３０が固着されている。こ
の陽極部３０の先端側は第１５図において左側へ延出さ
れている。上記陽極容器２の上端部は絶縁部材３６が配
設固定され、同絶縁部材３６により前記陽極容器２内部
は外部と密閉された状態となっている。

また、陽極容器２の内部には有底円筒状のβアルミナ製
の固体電解質管５が前記絶縁部材３６を貫通して配設さ
れている。固体電解質管５の上端部は電極板３２が固着
されており、この電極板３２の上面には前記陽極部３０
と同一形状で、かつ、同方向へ延出する陰極部３３が固
着されている。

さて、第１３図に示すように、上下方向に延びた円筒状
のセラミック製の収納筒３４内には、定の長さのステン
レス製の支持体としての支持筒３５が配設されている。

上記支持筒３５の内径は前記単電池１ａ、ｌｂ、ｌｃの
外径より若干大きく形成されている。前記支持筒３５の
上部周縁３５ａは内方へ半円状となるように湾曲形成さ
れている。また、同支持筒３５の下部周縁３５ｂは内方
へ直交状に折曲形成されている。したがって、各単電池
１ａ、ｌｂ、ｌｃは支持筒３５の内部に収納配置される
とともに、支持筒３５の下部周縁３５ｂに載置されてい
る。

上記収納筒３４内には単電池１ａ、ｌｂ、ｌｃ等が上下
方向に積層され、各単電池１ａ、１．ｂ。

１ｃの陽極容器２の外形と略凹−の外形を有し、陽極部
３０と陰極部３３とを電気的に絶縁する絶縁部材３６が
前記支持筒３５間を分断するように配置され、各支持筒
３５は各絶縁部材３６によって支持されている。

すなわち、前記絶縁部材３６の上面は支持筒３５の下部
周縁３５ｂが当接するとともに、同絶縁部材３６の下面
は支持筒３５の−Ｅ部周縁３５ａに当接している。した
がって、各単電池１ａ、ｌｂ。

１ｃの荷重は絶縁部材３６を介して支持筒３５にかかる
ようになっている。

さらに、前記絶縁部材３６には横′ｒ字状に形成された
収納溝４０が形成されており、前記陽極部３０と陰極部
３３とがこの収納溝４０内にて当接されているとともに
、その先端部が互いに溶接されている。

上記のように構成されたナトリウム−硫黄電池の作用お
よび効果について説明する。

第１３図に示すように、集合電池として使用した場合、
各単電池１ａ、ｌｂ、ｌｃの荷重は支持筒３５にかかる
。その結果、上方に位置する単電池１ｂが下方に位置す
る単電池１ａに重量負荷を及ぼさない。

また、絶縁部材３６を陽極容器２の外形と略凹−形状に
することができるため、第１実施例に比べ収納＃３４の
外径および内径を小さくすることができる。

さらに、前記第１実施例の絶縁筒１１に該当する収納筒
３４が一体形成されているなめ、アルミニウムチューブ
１０が不要となり、製造が容易となるばかりかコストを
押さえることができる。

本発明は上記実施例に限定されるものではなく、発明の
趣旨を逸脱しない範囲で任意に変更することができ、例
えば次のように構成することもできる。

（１）上方に位置する単電池１ｂ下端部の陽極部３と下
方に位置する単電池ｌａ状端部の陰極部８の接続は、例
えば第５図に示すように、陽極部３を雄ねじ部１２とし
、陰極部８を雌ねじ部１３として雄ねじ部１２を雌ねじ
部１３に螺入することによって行われる。

（２）また、第６図に示すように、例えば同にニッケル
メッキを施した編組線等の可視性のあるリード線１４に
よって陽極部３と陰極部８とを接続することができる。

（３）また、第７図に示すように、陽極部３と陰極部８
との間にＵ字状の導電体１５を介在させ、同導電体１５
の間にスプリングワッシャ１６を挾んで導電体１５を陽
極部３及び陽極部８に押圧することによって陽極部３と
陰極部８とを接続することもできる。

（４）さらに、第８図に示すように、陽極部３の外周部
の２個所に台形状の凹部１７を設け、陰極部８の上端部
に上記四部１７に対応する台形状の凸部１８を設け、両
者を嵌め合わせることによって陽極部３と陰極部８とを
接続することができる。

この場合、凹部１７側の材料としては、アルミニウム等
の柔らかい材料か好適で、凸部１８側の材料としては、
それよりも固いアルミニウム合金等の材料が好適である
。

（５）また、第２実施例において支持筒３５を分割、例
えば上下方向に２つ割りにして構成することも可能であ
る。

（６）さらに、陽極部３０および陰極部３３に可視性を
有した材料を使用すること。

［発明の効果］ 本発明のナトリウム−硫黄電池は、上下に積層した集合
電池としたとき各単電池にそれより上方に位置する単電
池に重量負荷がかからないため、単電池が変形するおそ
れがないという効果がある。

また、絶縁部材間に支持体を介装したことにより、絶縁
部材を単電池と略凹−形状とすることかできるため、収
納筒をコンパクト化することができるという効果がある
。

【図面の簡単な説明】

第１〜４図は本発明の第１実施例を示す図であって、第
１図は単電池を積層した集合電池を示す部分断面図、第
２図は単電池を示す正面図、第３図は単電池を示す断面
図、第４図は単電池下部の陽極部と別の単電池の陰極部
の接続状態を示す斜視図、第５〜８図は本発明の側倒を
示し単電池下部の陽極部と別の単電池の陰極部の接続状
態を示す斜視図、第９〜１２図は従来例を示す図であっ
て、第９図は集合電池を示す部分断面図、第１０図は単
電池を示す部分断面図、第１１図は集合電池を示す模式
図、第１２図は積層した集合電池を示す部分断面図、第
１３〜１４図は本発明の第２実施例を示す図であって、
第１３図は単電池を積層した集合電池を示す部分断面図
、第１４図は各単電池の電極部を接続した状態を示す一
部拡大側面図である。 １ａ、１ｂ、１ｃ・・・単電池、２・・・陽極容器、３
．３０・・・陽極部、４・・・絶縁部材としての絶縁リ
ング、７・・・陰極容器、８，３３・・・陰極部、１１
・・・絶縁筒、３４・・・収納筒、３５・・・支持体と
しての支持筒、３６・・・絶縁部材。 特許出願人　　　　　　　　日本碍子　株式会社代　理
　人　　　　　　　　弁理士　恩１）博宣（ほか１名）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、上下に延びる絶縁筒（１１）内にナトリウム−硫黄
   電池の単電池（１ａ、１ｂ、１ｃ）を上下に複数積層す
   るとともに、単電池（１ａ、１ｂ、１ｃ）の陽極部（３
   ）側と陰極部（８）側を絶縁する絶縁部材（４）の外径
   を、同絶縁部材（４）の上下に接合された陰極容器（７
   ）又は陽極容器（２）の外径よりも大きくし、同絶縁部
   材（４）で前記単電池（１ａ、１ｂ、１ｃ）を前記絶縁
   筒（１１）に支持するようにしたことを特徴とするナト
   リウム−硫黄電池。 ２、上下に延びる収納筒（３４）内にナトリウム−硫黄
   電池の単電池（１ａ、１ｂ、１ｃ）を上下に複数積層す
   るとともに、互いに隣接する単電池（１ａ、１ｂ、１ｃ
   ）の陽極部（３０）と陰極部（３３）間には単電池（１
   ａ、１ｂ、１ｃ）を載置する絶縁部材（３６）を介在し
   、前記絶縁部材（３６）間には前記絶縁部材（３６）を
   支持する支持体（３５）を介装したことを特徴とするナ
   トリウム−硫黄電池。