JPH0582716B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 発明の目的 （産業上の利用分野） 本発明はナトリウム−硫黄電池の製造工程にお
いて、容器接合用フランジに接合された固体電解
質管と陽極容器、陰極容器を熱圧接合する際、固
体電解質管との偏心等をなくし、また容器と容器
接合用フランジとの接合部をフラツトに形成する
ようにしたナトリウム−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、夜間電力貯蔵用及び宇宙ロケ
ツト用の二次電池として、ナトリウム−硫黄電池
の研究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
や酸素の発生といつた副反応もなく、活物質の利
用率も高く、しかも軽いという特長を有してい
る。

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セ
ラミツク例えばβアルミナの固体電解質からなつ
ており、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逆の反応が起こり、
ナトリウム及び硫黄が生成される。

従来のナトリウム−硫黄電池の構造は、第８図
に示すように２１は陽極端子、２２は同陽極端子
２１の上端部に立設された有底円筒状の陽極容
器、２３は陽極容器２２の上端部に固着されたα
アルミナ製の絶縁を兼ねた容器接合用フランジ、
２４は同容器接合用フランジ２３の内端部に密封
固着され、下方へ延びる円筒状の袋管を形成する
セラミツク製例えばβアルミナ製の固体電解質管
であつて、陰極作用物質であるナトリウムイオン
のみを容易に透過させる機能を有している。

２５は容器接合用フランジ２３の上端部に固着
され、その上端部に密封固着された円筒状の陰極
容器、２６は陰極容器２５の上蓋の中央部に固着
され、陰極容器２５を通して固体電解質管２４の
底部まで延びたステンレス又はニツケル製の細長
い陰極管で、同陰極管２６は陰極端子２７を兼ね
る。

そして、２８は陽極作用物質である硫黄を含浸
させたカーボンマツト、２９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。

容器接合用フランジ２３と陽極容器２２、陰極
容器２５との接合は、第９図に示すように平板環
状の容器接合用フランジ２３と同じく平板環状の
陽極容器２２上端部との間及び平板環状の容器接
合用フランジ２３と同じく平板環状の陰極容器２
５下端部との間にそれぞれアルミニウム板３０を
介在させて熱圧接合することにより行われてい
る。

（発明が解決しようとする問題点） 従来、容器接合用フランジ２３と陽極容器２２
上部フランジ及び容器接合用フランジ２３と陰極
容器２５下部フランジはいずれも平板環状であつ
たため、固体電解質管２４が左右にずれて偏心し
たり、下方へ延びる固体電解質管２４が斜状にな
つたりすることがあつた。

そのような場合、電流密度が均一に保たれず、
また、ナトリウム−硫黄電池を300〜400℃に加熱
する際に硫黄を含浸させた陽極のカーボンマツト
２８が膨張し、その応力が固体電解質管２４にか
かり、固体電解質管２４が破損するという問題点
があつた。

また、容器接合用フランジ２３を陽極容器２２
又は陰極容器２５と熱圧接合する際、固体電解質
管２４が偏心等を起こさないようにするため、作
業が手間どり、作業時間がかかるという問題点が
あつた。

発明の構成 （問題点を解決するための手段） 本発明は上記問題点を解決するために、第１の
発明では固体電解質管の上部外周に設けられた容
器接合用フランジの陽極容器接合側に段差部を形
成するとともに、陽極容器上端の接合フランジを
上記段差部に対応して中心位置決め機能を持た
せ、かつ容器接合用フランジの陰極容器接合側に
も段差部を形成するとともに、陰極容器下端の接
合フランジを上記段差部に対応して中心位置決め
機能を持たせるようにし、陽極又は陰極容器の外
壁面が容器接合用フランジの外郭とほぼ面一とな
るような構成を採用している。また第２の発明で
は固体電解質管の上部外周に設けられた容器接合
用フランジの陽極容器接合側に段差部を形成する
とともに、陽極容器上端の接合フランジを上記段
差部に対応して中心位置決め機能を持たせ、かつ
容器接合用フランジの陰極容器接合側にも段差部
を形成するとともに、陰極容器下端の接合フラン
ジを上記段差部に対応して中心位置決め機能を持
たせるようにし、陽極及び陰極容器の外壁面が容
器接合用フランジの外郭とほぼ面一となるような
構成を採用している。

（作用） 本発明は上記構成を採用したことにより、容器
接合用フランジ３を陽極容器１の接合フランジ１
ａ及び必要により陰極容器４の接合フランジ４ａ
に熱圧接合する際、固体電解質管５の偏心や斜め
取付がなくなり、同工程における作業が容易とな
るとともに、陽極又は／及び陰極容器の外壁面が
容器接合用フランジより外方に突出することがな
くなる。

（実施例） 次に本発明を具体化した一実施例を第１〜７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、容器
接合用フランジ３、陽極容器１の接合フランジ１
ａ、陰極容器４の接合フランジ４ａ以外の部分に
ついては、前記従来のナトリウム−硫黄電池とほ
ぼ同様の構成を有している。

容器接合用フランジ３と陽極容器１の接合フラ
ンジ１ａ及び陰極容器４の接合フランジ４ａとの
接合部付近の構造は第１図に示すように、１はナ
トリウム−硫黄電池の下部に設けられた円筒状の
陽極容器、１ａは同陽極容器１の上端部に形成さ
れた接合フランジ、３はアルミニウム板２を介し
て陽極容器１上端外周部に固着された円環状のα
アルミナ製容器接合用フランジであつて、その内
周側に突状の段差部３ａを有し、同段差部３ａと
上記接合フランジ１ａとによつて後記固体電解質
管５の中心位置決め機能を有している。

上記段差部３ａの幅は第６図に示すように、熱
圧接合による気密性、接合強度、熱ひずみ応力の
関係から２〜８mmの範囲内が適当である。

なお、第６図においてＡ，Ｂ，Ｃはそれぞれ熱
圧接合後の強度、熱ひずみ、気密性を表してい
る。又、上記段差部３ａの深さは0.1mm以上が好
ましく、それ以下では位置決め作業が困難となり
やすい。

また、段差部３ａの深さの最大は第７図に示す
ように、容器接合用フランジの厚さの４分の１以
下としなければならない。

４はその下端部の接合フランジ４ａにおいて、
アルミニウム板２を介して容器接合用フランジ３
の上端外周部に固着された陰極容器、５は上記容
器接合用フランジ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アルミナ製の固
体電解質管で、ナトリウムイオンを選択的に透過
させる機能を有している。

６は同固体電解質管５内中央に位置し、陰極容
器４から固体電解質管５底部まで延びる円筒状の
陰極管である。

上記のように構成された実施例について、その
作用を説明する。

ナトリウム−硫黄電池の製造工程において、容
器接合用フランジ３と陽極容器１及び陰極容器４
との接合は、まずガラス半田によつて固体電解質
管５と容器接合用フランジ３が接合され、次いで
この容器接合用フランジ３の内周部に設けられた
段差部３ａに対応して形成された陽極容器１側の
接合フランジ１ａ及び陰極容器４側の接合フラン
ジ４ａがアルミニウム板２を介して容器接合用フ
ランジ３と上下方向に熱圧接合されることによつ
て行われる。

なお、固体電解質管５と容器接合用フランジ３
とのガラス半田による接合は、上記のようにあら
かじめ接合するのが通常であるが、容器接合用フ
ランジ３を陽極容器１及び陰極容器４の熱圧接合
した後に行うこともできる。

上記のようにして熱圧接合により製造されたナ
トリウム−硫黄電池は、固体電解質管５と陽極容
器１との間隔が円筒状の陽極容器１内の円周各部
で常に一定となり、固体電解質管５の偏心はな
い。

また、容器接合用フランジ３を陽極容器１及び
陰極容器４に熱圧接合する工程において、作業が
容易で作業時間の短縮をはかることが可能であ
る。

前記したように、段差部３ａは固体電解質管５
の陽極容器１に対する中心位置決め機能を有して
いるが、段差部３ａは容器接合用フランジ３の陰
極容器４側にも設けられているので、陰極容器４
の容器接合用フランジ３に対する中心位置決め機
能も有している。

本発明においては上記実施例に限定されず、次
のように構成することもできる。

(1) 上記実施例の構造において、陰極容器４の形
状は第２図に示すように陰極容器４の外側円筒
部を固体電解質管５と同心円状に形成すること
もできる。その場合陰極容器４の容量が減少す
るが、その高さを高くすることにより対応でき
るので実用上問題はない。また、陽極容器１の
底部中央には軸心保持部材７が付設され、固体
電解質管５の軸心を中心位置に保つ機能を有し
ており、同軸心保持部材７を具備することによ
つて固体電解質管５の偏心をより確実に防止す
ることができる。

(2) 本発明においては第３図に示すように、陽極
容器１の外側円筒部は、容器接合用フランジ３
の段差部３ａ外周部に形成することもできる。
このようにすれば、同じフランジ３を使用して
２種類の容量の陽極容器１を使用することがで
きることとなる。勿論フランジ３の段差部３ａ
による中心位置決め機能については変わるとこ
ろはない。更に、陽極容器１の高さを調整すれ
ば図１に示すナトリウム−硫黄電池と容量がほ
ぼ同じでよりスリムな形状の製品を得ることが
可能である。尚、このような取着する向きの変
更は陰極容器４においても応用することが可能
である。

(3) 容器接合用フランジ３の段差部３ａは、第４
図に示すように陽極容器１の下部にのみ設ける
こともできる。固体電解質管５は容器接合用フ
ランジ３の内周部に密封固着され、陽極容器１
内を下方へ延びているので、上記段差部３ａが
陽極容器１側の下部に設けられておれば固体電
解質管５の偏心を防止することができる。

(4) 容器接合用フランジ３の段差部３ａは、第５
図に示すように容器接合用フランジ３の外周側
に設けることもできる。その場合同段差部３ａ
に対応する陽極側の接合フランジ１ａ及び陰極
側の接合フランジ４ａは段差部３ａの内周部に
係合するような形状、即ちＬ字状に形成するこ
とが、容器接合用フランジ３と陽極容器１及び
陰極容器４とをより確実に接合する点から好ま
しい。

発明の効果 本発明のナトリウム−硫黄電池は、固体電解質
管が斜めに取付けられることがないので、電池の
使用時における加熱による硫黄を含浸させた陽極
のカーボンマツトの膨張に基づく固体電解質管へ
の応力が緩和され、固体電解質管が破損すること
がなくなるとともに、固体電解質管のずれによつ
て電流密度が変化することもない。

また、容器接合用のフランジを陽極容器又は陰
極容器に熱圧接合する際の作業が容易となり、作
業時間の短縮をはかることができ、電池組立が効
率的にできる。更に、陽極又は／及び陰極容器の
外壁面が容器接合用フランジの外郭とほぼ面一と
なるため、容器接合用フランジ外郭より陽極又
は／及び陰極容器が突出したりすることがなくな
る。従つて容器接合用フランジと容器との継ぎ目
にごみが挟まつたり埃が堆積したりする不具合が
なくなる。また、電池の外周面がフラツトな筒状
となりナトリウム−硫黄電池をユニツト化する際
の収納力が増し、更に、容器の位置決めのために
わざわざ固定リング等の別部材を用意する必要が
なく、組み立て作業も従来とかわることなく能率
的に行うことができるという優れた効果を奏す
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のナトリウム−硫黄電池の実施
例を示す要部概略縦断面図、第２図〜第５図はそ
れぞれ本発明の別例を示す要部概略縦断面図、第
６図は段差部の幅と気密性、強度、熱ひずみの関
係を表すグラフ、第７図はフランジの厚さに対す
る深さの比とｔの部分の強度の関係を表すグラ
フ、第８図は従来のナトリウム−硫黄電池を示す
概略縦断面図、第９図は従来のナトリウム−硫黄
電池の要部概略縦断面図である。 １……陽極容器、１ａ……接合フランジ、３…
…容器接合用フランジ、３ａ……段差部、４……
陰極容器、４ａ……接合フランジ、５……固体電
解質管。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 固体電解質管５の上部外周に設けられた容器
   接合用フランジ３の陽極容器１の接合側に段差部
   ３ａを形成するとともに、陽極容器１上端の接合
   フランジ１ａを上記段差部３ａに対応して中心位
   置決め機能を持たせ、かつ容器接合用フランジ３
   の陰極容器４接合側にも段差部３ａを形成すると
   ともに、陰極容器４下端の接合フランジ４ａを上
   記段差部３ａに対応して中心位置決め機能を持た
   せるようにし、陽極又は陰極容器１，４の外壁面
   が容器接合用フランジ３の外郭とほぼ面一となる
   ように構成したナトリウム−硫黄電池。 ２ 陽極容器１は、容器接合用フランジ３の段差
   部３ａの外周部に形成された外側円筒部を有する
   もの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 段差部３ａは容器接合用フランジ３の内周側
   又は外周側に設けられた特許請求の範囲第１項に
   記載のナトリウム−硫黄電池。 ４ 段差部３ａの幅は、２〜８mm、深さは0.1mm
   から容器接合用フランジ３厚の４分の１mmまでで
   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。 ５ 固体電解質管５の上部外周に設けられた容器
   接合用フランジ３の陽極容器１接合側に段差部３
   ａを形成するとともに、陽極容器１上端の接合フ
   ランジ１ａを上記段差部３ａに対応して中心位置
   決め機能を持たせ、かつ容器接合用フランジ３の
   陰極容器４接合側にも段差部３ａを形成するとと
   もに、陰極容器４下端の接合フランジ４ａを上記
   段差部３ａに対応して中心位置決め機能を持たせ
   るようにし、陽極及び陰極容器１，４の外壁面が
   容器接合用フランジ３の外郭とほぼ面一となるよ
   うに構成したナトリウム−硫黄電池。 ６ 陰極容器４は、固体電解質管５と同心円状に
   形成された外側円筒部を有するものである特許請
   求の範囲第５項に記載のナトリウム−硫黄電池。 ７ 陽極容器１は、容器接合用フランジ３の段差
   部３ａの外周部に形成された外側円筒部を有する
   ものである特許請求の範囲第５項に記載のナトリ
   ウム−硫黄電池。 ８ 段差部３ａは容器接合用フランジ３の内周側
   又は外周側に設けられた特許請求の範囲第５項に
   記載のナトリウム−硫黄電池。 ９ 段差部３ａの幅は、２〜８mm、深さは0.1mm
   から容器接合用フランジ３厚の４分の１mmまでで
   ある特許請求の範囲第５項に記載のナトリウム−
   硫黄電池。