JPH0576141B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 発明の目的 （産業上の利用分野） 本発明は単電池を接続した場合のスペース効率
がよく、固体電解質管の損傷、破損もなく、しか
も陽極用導電材の成形が容易でその接合部にすき
まの生じず、また接合部のストレスの少ないナト
リウム−硫黄電池に関するものである。

（従来の技術） 近年、電気自動車用、夜間電力貯蔵用の二次電
池の開発が盛んに行われており、中でもナトリウ
ム−硫黄電池は性能面及び経済面から優れている
ので、重要視されている。即ち、性能面では鉛蓄
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つた副反応もな
く、活物質の利用率も高く、また経済面ではナト
リウム及び硫黄が安価であるという特長を有して
いる。

このようなナトリウム−硫黄電池は陽極に溶融
硫黄、陰極に溶融金属ナトリウム及びこの両者を
隔離しナトリウムイオンに対して選択的な透過性
を有するβアルミナ製の固体電解質管からなり、
放電時には次のような反応によつてナトリウムイ
オンが固体電解質を透過して陽極の硫黄と反応
し、多硫化ナトリウムを生成する。

2Na＋XS→Na₂Sx また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。

ナトリウム−硫黄電池の構造は、第２図に示す
ように１は陽極端子、２は同陽極端子１の上端部
に立設された円筒状陽極容器、３は同円筒状陽極
容器２の上端部に固着されたαアルミナ製の絶縁
板、４は同絶縁板３の内端部に固着され、下方へ
延びる円筒状の袋管を形成するβアルミナ製の円
筒状固体電解質管であつて、陰極作用物質である
ナトリウムイオンを透過させる機能を有してい
る。

５は上記絶縁板３の上端部に固着された円筒状
のリザーバー（陰極容器）、６は同リザーバー５
の上部蓋の中央部に固着され、リザーバー５を通
して円筒状固体電解質管４底部まで延びた細長い
陰極管、７は同陰極管６の上端部に固着された陰
極端子である。

そして、８は陽極作用物質である硫黄を含んだ
カーボンマツト等の陽極用導電材、９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
ス製のウイツクである。

上記のような構成を有するナトリウム−硫黄電
池の円筒状陽極容器２の横断面の構造は、第１２
図に示すように円筒状をなし、中央で２分割され
た半ドーナツ状の陽極用導電材８が２個充填され
ている。

陽極用導電材８の内側に位置する固体電解質管
４も同様に断面円形状をなし、さらに溶融ナトリ
ウムを含浸したステンレス製ウイツク９を介して
ステンレス製ウイツク９の内側に位置する同じく
断面円形状の陰極管６を収容している。

（発明が解決しようとする問題点） 上記のように従来のナトリウム−硫黄電池の陽
極容器２及び固体電解質管４はいずれも円筒状で
陽極用導電材８は中央で２分割された半ドーナツ
状の形状を有していた。そのため単電池を接続し
た場合のスペース効率が悪く、また丸型陽極用導
電材８は直径方向には伸縮するが、それと直角の
周方向には伸縮しないという性質をもつているの
で、２つの丸型陽極用導電材８の接合部にすきま
が生じ、また、陽極用導電部材はどうしても接合
部で電流アンバランスが生じ、電流ストレスとな
つて固体電解質管に劣化に対して影響を及ぼすお
それがあつた。

また陽極用導電材８は半径が異るごとに特別に
成形する必要があつた。

発明の構成 （問題点を解決するための手段） 本発明は前記問題点を解決するために、陽極容
器を多角筒状に形成するとともに、固体電解質管
を同じく相似多角筒状に形成して両者間に陽極用
導電材収容空間を形成し、同収容空間内に充填し
た複数に分割された陽極用導電材の接合部を、少
なくとも多角形筒状の固体電解質管の頂点位置に
設け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
の接合部におけるお互いの膨張によつて陽極用導
電材同士が密着し、すきまを生ずることがない。

また、固体電解質管内と陽極容器内との間の電
流は、固体電解質管の厚みが角部では厚く抵抗が
大きいので角部には流れにくく、角部以外の厚さ
の一様な多角形の辺を均一に流れる。陽極用導電
材の接合部は角部にあるため接合部に生ずる電流
ストレスは減衰される。

（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。

本発明のナトリウム−硫黄電池の構造は、第１
図及び第３〜１１図に示すように前記した従来の
ナトリウム−硫黄電池の構造とは、陽極容器２、
固体電解質管４及び陽極用導電材８の構造を異に
している。その他の構造については従来のナトリ
ウム−硫黄電池の構造と同様である。

本発明における陽極容器２、固体電解質管４及
び陽極用導電材８の構造は、第１図に示すように
２ａは正方形の形状を有する角筒状陽極容器、４
ａは同角筒状陽極容器２ａの形状に対応して正方
形の形状を有する角筒状固体電解質管、８ａは角
筒状陽極容器２ａと角筒状固体電解質管４ａの間
に挿入された角型陽極用導電材であつて、Ｌ字状
に形成された２つの陽極用導電材が収容されてい
る。この導電材は適正な圧力で圧縮成形され120
℃以上の高温で硫黄が含浸されたものである。電
池内に組込まれた導電材は昇温中硫黄が溶融し、
この時に導電材の圧縮応力が解放されることによ
り復元し、その接合部は互いに密着するようにな
つている。

６はナトリウム−硫黄電池の中心に位置する円
筒状の陰極管、９は角筒状固体電解質管４ａと陰
極管６との間に充填され、溶融ナトリウムを含浸
したステンレス製ウイツクである。

次に上記実施例について作用を説明する。

上記実施例においては、陽極容器２ａ及び固体
電解質管４ａを正方形とし、その間に収容する陽
極用導電材８ａを角型に形成したので、収容され
た陽極用導電材８ａの面積ひいては体積が円筒状
の場合に比べて25％余り増加し、それだけ多く陽
極作用物質の硫黄及び陰極作用物質のナトリウム
を収容することができるとともに、２つのＬ字型
の陽極用導電材８ａの接合部は一方の陽極用導電
材８ａの復元によつて密着する。

また、陽極作用物質としての硫黄を含浸した角
型陽極用導電材８ａと陰極作用物質としてのナト
リウムを含浸したステンレス製ウイツク９との間
の電流は、角筒状固体電解質管４ａの厚みのある
角部では、ほとんど流れることなく、角部より厚
さのうすい多角形の辺の部分を均一に定常的に流
れる。

本発明は上記実施例に限定されず次のように構
成することができる。

(1) 前記実施例では角形陽極用導電材８ａをＬ字
形に形成し、これを２個角筒状陽極容器２ａと
角筒状固体電解質管４ａの間の空間に収容した
が、第３図に示すように角形陽極用導電材８ａ
を長方形に形成し、これを４個使用することが
できる。

この場合には角形陽極用導電材８ａは、まず
長方形の長尺物を成型し、これを所定の寸法に
裁断することにより容易に得られるという利点
がある。

(2) 角形陽極用導電材８ａを前記実施例ではＬ字
形に形成したが、第４図に示すようにＬ字形の
陽極用導電材８ａの接合部を角筒状陽極容器２
ａの頂点と角筒状固体電解質管４ａの頂点を結
ぶ斜線とすることができる。

このように構成しても接合部は２つの角形陽
極用導電材８ａの双方から復元に基づく圧接力
が加わり、密着される。

(3) 角形陽極用導電材８ａを第５図に示すように
台形状に形成し、これを４個使用することがで
きる。この場合も角形陽極用導電材８ａの接合
部は十分密着され、すきまが生ずることはな
い。

(4) 角筒状陽極容器２ａを第６図に示すように菱
形とし、角筒状固体電解質管４ａを同じく相似
形の菱形として、その間に同一形状でほぼ長方
形の角形陽極用導電材８ａを４個収容すること
ができる。

(5) 角筒状陽極容器２ａを第７図に示すように台
形とし、角筒状固体電解質管４ａを同じく相似
形の台形として、その間にそれぞれ異なつた長
方形の角形陽極用導電材８ａを４個収容するす
ることができる。

(6) 角筒状陽極用容器２ａを第８図に示すように
三角形とし、角筒状固体電解質管４ａを同じく
相似形の三角形として、その間に同一形状で台
形の角形陽極用導電材８ａを３個収容すること
ができる。

(7) 角筒状陽極容器２ａを第９図に示すように五
角形とし、角筒状固体電解質管４ａをそれと相
似形の五角形として、その間の空間に同一形状
で台形の角形陽極用導電材８ａを５個収容する
ことができる。

(8) 角筒状陽極容器２ａを第１０図に示すように
六角形として、角筒状固体電解質管４ａをそれ
と相似形の六角形として、その間の空間に同一
形状で台形の陽極用導電材８ａを６個収容する
ことができる。

(9) 角筒状陽極容器２ａを第１１図に示すように
八角形とし、角筒状固体電解質管４ａをそれと
相似形の八角形として、その間の空間に同一形
状で台形の陽極用導電材８ａを８個収容するこ
とができる。

上記した角形陽極用導電材８ａの接合部の形状
は、角筒状陽極容器２ａ及び角筒状固体電解質管
４ａのいずれの形状においても、角筒状陽極容器
２ａと角筒状固体電解質管４ａの頂点を結ぶ線又
は角筒状固体電解質管４ａの各辺を延長した線の
いずれであつてもよい。

また、第９図及び第１１図に示す五角形と八角
形の場合には、単電池を接続する際各辺に対応さ
せて連続して接続することはできないが、第９図
及び第１１図に示すように付加部分１０の面積に
相当する分だけ円筒形の場合より多くの角形陽極
用導電材８ａ及びステンレス製ウイツク９を収容
することができる。

なお、角筒状陽極容器２ａ及び角筒状固体電解
質管４ａの横断面形状は、上記のように多角形で
あるが、多角形の辺の数が多くなると円形に近付
き、それらの間に収容されている角形陽極用導電
材８ａの接合部の密着性が悪くなるので好ましく
ない。

発明の効果 本発明の角形のナトリウム−硫黄電池は、従来
の丸形のナトリウム−硫黄電池に比べてスペース
効率が向上し、単電池を接続した場合敷地を有効
に利用できるとともに、陽極導電材の接合部の隙
間が昇温により互いに密着するため、接合部のす
きまが生ずることがない。更に、陽極導電材の接
合部を角部に持つてきたため、接合部に生ずる電
流ストレスが減少し固体電解質管の劣化に与える
影響が少なくなる。

また、角形陽極用導電材を特に長方形状に成形
する場合には、成形が連続のシートとして容易に
でき、任意の寸法に裁断加工が可能であるという
優れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示し、第２図にお
けるＡ−Ａ拡大断面図、第２図はナトリウム−硫
黄電池の縦断面図、第３〜１１図は本発明の別例
を示し、第２図におけるＡ−Ａ拡大断面図、第１
２図は従来のナトリウム−硫黄電池を示し、第２
図におけるＡ−Ａ拡大断面図である。 ２ａ……角筒状陽極容器、４ａ……角筒状固体
電解質管、８ａ……角形陽極用導電材。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 陽極容器２ａを多角筒状に形成するととも
   に、固体電解質管４ａを同じく相似多角筒状に形
   成して両者間に陽極用導電材８ａ収容空間を形成
   し、同収容空間内に装填した複数に分割された陽
   極用導電材８ａの接合部を、少なくとも多角形筒
   状の固体電解質管４ａの頂点位置に設けたことを
   特徴とするナトリウム−硫黄電池。 ２ 陽極容器２ａの横断面形状が正方形、菱形、
   台形、三角形、五角形、六角形又は八角形である
   特許請求の範囲第１項に記載のナトリウム−硫黄
   電池。 ３ 陽極用導電材８ａの横断面形状がＬ字形、長
   方形、変則六角形、台形又は平行四辺形である特
   許請求の範囲第１項に記載のナトリウム−硫黄電
   池。