JPH04507030A - ナトリューム／硫黄電池のケースの一端を閉鎖する方法およびこの方法により製造されたナトリューム／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】 ナトリューム／硫黄電池のケースの一端を閉鎖する方法およびこの方法により製 造されたナトリューム／硫黄電池 本発明はナトリューム／硫黄電池、特にナトリューム／硫黄電池のケースを閉鎖 する方法に関する。

電解液−希硫酸−が２つの固体電極を分離する従来の鉛酸バッテリと違って、ナ トリューム／硫黄電池においては、固体電解質、一般的にベータアルミナは２つ の液体電極、即ち液体硫黄電極及び液体ナトリューム電極を分離する。

そのようなナトリューム／硫黄電池が一部破断した状態で第１図に示されている 。

図示のように、上記電池は例えば、アルミニュームもしくはアルミニューム合金 の耐腐食性コーティングを内部に施した鋼から直円柱シリンダ形状に形成され、 ナトリューム電極３を有するベータアルミナの固体電解質カップ２を含むケース ｌを備え、一方ケースｌとカップ２との間の空間は硫黄電極４を収容する。使用 に際し、上記電池はナトリューム電極および硫黄電極３及び４を液状とするため 、３００°Ｃと４００°Ｃとの間の温度に維持される。

カップ２の開放端はアルファアルミナの絶縁ディスク５により閉鎖され、一方ケ ース１はアルミニュームもしくはアルミニューム合金の耐腐食性コーティングを 内部に施した鋼から形成された環状シーリング閉鎖ディスク６により閉鎖される 。

ケース１は硫黄電極４用端子として作用し、一方ナトリューム電極３は細長い金 属製電流コレクタ８を含み、このコレクタはディスク５を貫通してケース１内を 軸線方向に延在し、ディスク５に装着された中央端子ディスク７に接続されてい る。この接続は溶接により行われる。

硫黄は本質的に導電性を存していないので、ケースｌとカップ２との間の電気接 続を行う装置を設けなければならないが、これは硫黄電極４を硫黄含浸カーボン ファバマットとして形成することにより一般的に達成される。

そのような電池においてはナトリューム電極３及び硫黄電極４の位置は逆にする ことが可能であることが分かるであろう。

そのような電池においてはアルファアルミナディスク５でベータアルミナカップ ２の開放端をシールする必要があり、これは一般的にグレージング（ｇｌａｚｉ ｎｇ）技術により行われる。また、シールを形成するためにディスク６及び端子 ディスク７をアルファアルミナディスク５に固着する必要があり、アルファアル ミナはイオン的、かつ電気的に絶縁性を育しているので、拡散接合が一般的に使 用される。

ディスク６をケース１に固着することも必要であり、これは一般的に電子ビーム 、レーザもしくはＴＩＧ溶融溶接技術を使用して行われる。

しかし、そのような技術を使用する際に発生する困難は、必要な熱がケースｌ及 び閉鎖ディスク６に施された耐腐食性コーティングを損傷したり、あるいは溶接 領域に熱の影響を受けた部位を発生させる可能性があるということであり、いず れもが電池電極材料による腐食作用により通常より早く局所的に電池の劣化を生 じさせる可能性がある。一般的に、従来のナトリューム／硫黄電池のケースと閉 鎖部材との間の密封接合を形成することは困難であるこてが分かった。

本発明によると、ケース及び閉鎖部材の夫々を金属製基体と、この基体に機械的 に固定された変形可能な金属層とからなる複合材料から形成し、この基体を上記 変形可能な金属より硬い材料から形成し、閉鎖部材をケースに固着することによ りナトリューム／硫黄電池のケースを閉鎖する方法が提供され、この方法は上記 ケースの開放端に、外方に延在する環状フランジを形成し、固相接合により上記 閉鎖部材を上記環状フランジに固着してケースを閉鎖する工程を含む。

上記ケースの開放端に、外方に延在する環状フランジを設けることは下記のよう に少なくとも２つの利点を存する： １）　上記閉鎖部材は電極材料と接触しない領域においてケースに固着される。

従って、ケースと閉鎖部材とを固着する方法により発生する、ケースもしくは閉 鎖部材の損傷もしくは弱化は電池電極材料による腐食作用により悪化しない。

２）　ケースと閉鎖部材とを固着する工程中に加えなければならない圧力は軸線 方向に加えることか可能である。

圧力を軸線方向に加えることができ、更にケース及び閉鎖部材に変形可能な金属 層を含む複合材料を使用できることによりケース及び閉鎖部材を固相接合による 固着が可能となる。このように環状密封シールをケースと閉鎖部材との間に形成 可能である。

好ましくは閉鎖部材を環状フランジに固着後、環状フランジ及びこのフランジに 固着された閉鎖部材の一部を環状フランジ及び閉鎖部材の自由縁か閉鎖部材によ り閉鎖されたケースの端部から遠ざかるように、折り曲げケースの外側の回りに 延在させる。

好ましくは、ケースは電池全体の直径がケースの基本直径となるように環状フラ ンジ及び閉鎖部材の自由縁の位置の下方で内方に縮めている。

閉鎖部材は超音波溶接、高速拡散接合（熱圧縮）及びコールド溶接のような数多 くの固相接合法のいずれかにより環状フランジに固着可能である。

本発明の第２点により、閉鎖部材によりｌ端で閉鎖されたケースを含むナトリュ ーム／硫黄電池か提供され、上記ケース及び閉鎖部材の夫々は基体と、この基体 に機械的に固定された変形可能な金属層とがるなる複合材料から形成され、上記 基体は上記変形可能な金属より硬い材料から形成され、上記ケースの１端は外方 に延在する環状フランジを含むように形成され、上記ＭｊＪ１部材は同相接合に より上記環状フランジに固着する。

本発明により提供されるナトリューム／硫黄電池においては、固相接合により固 着されたケース及び閉鎖部材の領域は電池の電極材料と接触しない。従って、ケ ースもしくは閉鎖部材の損傷もしくは弱化は電池の電極材料により腐食作用によ り悪化しない。

好ましくは、上記環状フランジ及びこのフランジに固着された閉鎖部材の一部を 、環状フランジ及び閉鎖部材の自由縁かケースの端部から遠ざかるように、折り 曲げケースの外側の回りに延在させる。

好ましくは、ケースは電池全体の直径がケースの基本直径となるように環状フラ ンジ及び閉鎖部材の自由縁の位置の下方で内方に縮めている。

次に、例示としてのみ、添付図面を参照して本発明について記述する。

第１図は一部を破断した公知のナトリューム／硫黄電池の斜視図であり、 第２図は第１図のケースと閉鎖部材との間の接続を図解的に図示し、 第３図は本発明の方法により閉鎖されたナトリューム／硫黄１池を図示し、 第４図は第３図のナトリューム／硫黄電池のケースと閉鎖部材とを超音波溶接す る装置を図示し、第５図及び第６図は本発明の方法により閉鎖されたすトリュー ム／硫黄電池の他の実施例を図解的に図示する。

第１図については上記で十分に記述したので、再度記述しない。

次に第２図を参照すると、この図面は閉鎖部材６を電池のケース１に固着する従 来の方法を図示する。閉鎖部材６は直立した周部フランジ９を備え、このフラン ジは上述のように電子ビーム溶接、レーザ溶接、もしくはＴＩＣ溶接によりケー ス１の内側に固着される。

次に第３図を参照すると、この図面は本発明の方法による閉鎖部材１６のケース １１への接続を図示する。図示のように、外方に延在する環状フランジ２０はケ ース１１の開放端に形成され、閉鎮部材１６はフランジ２０上に延在するように 形成され、超音波溶接によりこのフランジに固着される。第３図のナトリューム ／硫黄電池の他の部材は第１図及び第２図のナトリューム／硫黄電池の部材と同 様であり、従って、対応する参照符号が対応する部材に使用されている。

ケース１１及び閉鎖部材１６の夫々は鋼製基体と、この基体に機械的に固定され たアルミニュームもしくはアルミニューム合金のような変形可能な金属層とから なる複合材料から形成されている。ケース１１と閉鎖部材１６との間の溶接はケ ース１１の直径より大きな径で、環状に形成されている。第３図から分かるよう に、溶接は電極材料を含む電池の部分から離れて形成され、従って、溶接工程に より発生するケース１１もしくは閉鎖部材１６の複合材料の損傷もしくは弱化は 電極材料による腐食作用により悪化しない。

ケース１１と閉鎖部材工６との間の溶接もしくは接合は拡散接合（熱圧縮）、超 音波溶接もしくはコールド溶接のような固相接合法により形成される固相接合で ある。

ケース１１のフランジ２０と閉鎖部材１６とを超音波溶接するための装置が第４ 図に示されている。

超音波溶接される２つの部材、即ちワークピース２１は２つの部材２１ａ、２１ ｂとして示されている。１０ｋＨｚから３６ｋＨｚまでの出力を発生することの できる高周波数発生器２２は所望の周波数の高周波出力信号を発生するのに使用 される。この信号は圧電結晶２４に印加され、この結晶は印加信号と同様な周波 数の小さな動きを発生する。この動きはソノトロード２６を介してワークピース ２１に伝達される。環状のソノトロード２６は必要な大きさに、かつ熱処理され た鋼、チタニュームもしくはその他好適な材料から形成され、超音波振動（矢印 へにより示された方向）が増幅され、その後所望の位置で収束するような形状に 形成されている。超音波振動はソノトロード２６の鋸歯状突起２７により上部部 材２１ａに伝達される。溶接荷重（矢印Ｂにより示された）がワークピース２１ に加わると、ソノトロード表面の鋸歯状突起２７か材料に食い込み超音波振動を 上部部材２１ａに伝達する。下部部材２１ｂは支持部材２８上に配置される。支 持部材２８の鋸歯状突起（図示せず）は溶接中、上部部材２１ａと下部部材２１ ｂとの間で相対的な動きが生じるように下部部材２１ｂを所定位置に固定する。

本装置は溶接インターフェイスに対する溶接チップの動きか捩じれず、溶接を行 うのに横方向に超音波振動のみが使用されるように、側方駆動ソノトロードを使 用する。

環状溶接の形成はマクグロールヒル・ブック・カンパニー発行のエム・エム・シ ュワーツ著“メタルズ・ジョイニング・マニュアノじ　（Ｍｅｔａｌｓ　Ｊｏｉ ｎｉｎｇ　Ｍａｎｕａｌ）に記述されている。しかし、記述されている従来の提 案は溶接インターフェイス（上部部材と下部部材との間の）に対し平行な面にお いて溶接チップ（鋸歯状突起）の捩じり振動偏位を発生する捩じり駆動カプリン グ装置を使用している。上述の捩じりのない方法と比べ、従来のものは捩じり損 失があるため、溶接を行うのに比較的高いレベルのエネルギーを必要とするとい う不利益がある。

また、ソノトロードを連続シーム溶接機として用いることもでき、その際、溶接 チップを上部部材に近接して配置し、ワークピースをソノトロードに対し回動さ せる。

第４図に示すように、上部部材２１ａはナトリューム／硫黄電池の閉鎖部材Ｉ６ から成り、一方下部部材２１ｂはケース１１の環状フラ゛／ジ１６から成る。閉 鎖部材１６はケース１１のフランジ２０に溶接されるので、溶接荷重は軸線方向 圧力として加えることかできる。半径方向に圧力を加える場合と比へ、軸線方向 に圧力を加えることは簡素化という利点を有する。

溶接位置と、本発明による方法により形成される固相接合との組み合わせはナト リューム／硫黄電池のケースと閉鎖部材との間に密封接合の形成を可能とする。

第３図に示すようにフランジ２０はケース１１の壁部に対しほぼ直交する方向に 延在するが、使用する溶接ツールにより他のとんな好適な角度ででも延在可能な ことは分かるであろう。

第５図に示すように、第３図に示すように溶接を形成後、フランジ２０及びこの フランジに固着された閉鎖部材の一部を湾曲してケース１１の外側の回りに延在 させることかでき、フランジ２０及び閉鎖部材１６の自由縁は閉鎖部材Ｉ６によ り閉鎖されたケース１１の端部から遠位に配向されて電池の最大全直径を減少さ せることができる。

更に、第６図に示すようにケースｌ！の壁部は電池の最大全直径かケース１１の 基本直径となるように、３１で示すように内方に縮められる。

ケース１１のフランジ２０、閉鎖部材１６の対応部分及びケース１１壁部の縮径 部３１（第６図に示すように）は当業者により知られた方法によりケース１１及 び閉鎖部材１６を形成中、形成可能である。

上記ケース及び閉鎖部材は複合材料から形成することか予定されており、基体は ファイバ強化したセラミックを存するアルミニュームのような材料から形成可能 である。

上述の実施例及び本発明の範囲内での修正は当業者には明らかであろう。

Ｉａ／ ／Ｚへ２　５３゜ 〃ダＪ　ｚτｔ 国際調査報告 ｒｎ−−ｗ＝−−ＩＭＩＭＩＩ−−Ｎ−ＰＣＴ／ＧＢ９０１０１１３６国際調査 報告

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．ケース及び閉鎖部材の夫々を基体と、この基体に機械的に固定された変形可 能な金層層とから成る複合材料から形成し、この基体を前記変形可能な金属より 硬い材料から形成し、ナトリューム／硫黄電池のケースの一端を閉鎖する方法で あって、ケースの一端に、外方に延在する環状フランジを形成し、固相接合によ り前記閉鎖部材を前記環状フランジに固着して前記ケースを閉鎖する工程を含む 方法。 ２．前記環状フランジ及びこのフランジに固着された前記閉鎖部材の一部を曲げ てケースの外側の回りに延在させ、環状フランジ及び閉鎖部材の自由縁を閉鎖部 材により閉鎖されたケースの前記一端から遠ざけるようにする工程を更に含む請 求の範囲第１項に記載の方法。 ３．前記電池の全直径が前記ケースの基本直径以下となるように、ケースを環状 フランジ及び閉鎖部材の自由縁の位置の下方で内方に縮める工程を更に含む請求 の範囲第１項または第２項に記載の方法。 ４．前記固相接合は超音波溶接により形成される請求の範囲第１項から第３項ま でのいずれか１項に記載の方法。 ５．閉鎖部材により１端で閉鎖されたケースを含み、前記ケース及び前記閉鎖部 材の夫々は基体とこの基体に機械的に固定された変形可能な金属層とから成る複 合材料から形成され、前記基体は前記変形可能な金属より硬い材料から形成され るナトリューム／硫黄電池であって、前記ケースの前記１端は外方に延在する環 状フランジを含むように形成され、前記閉鎖部材は固相接合により前記環状フラ ンジに固着されるナトリューム／硫黄電池。 ６．前記基体は金属から形成される請求の範囲第５項に記載のナトリューム／硫 黄電池。 ７，前記環状フランジ及びこのフランジに固着された閉鎖部材の一部を曲げて前 記ケースの外側の回りに延在させ、環状フランジ及び閉鎖部材の自由縁は前記閉 鎖部材により閉鎖されたケースの前記一端から遠ざけるようになっている請求の 範囲第５項または第６項に記載のナトリューム／硫黄電池。 ８．前記電池全体の直径が前記ケースの基本直径となるように、電池は前記環状 フランジ及び閉鎖部材の自由縁の位置の下方で内方に縮められている請求の範囲 第５項から第７項のいずれか１項に記載のナトリューム／硫黄電池。