JPH07326384A - ナトリウム−硫黄電池用カーボンフェルトの製造方法 - Google Patents

ナトリウム−硫黄電池用カーボンフェルトの製造方法

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JPH07326384A
JPH07326384A JP6120416A JP12041694A JPH07326384A JP H07326384 A JPH07326384 A JP H07326384A JP 6120416 A JP6120416 A JP 6120416A JP 12041694 A JP12041694 A JP 12041694A JP H07326384 A JPH07326384 A JP H07326384A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 ニードルパンチングによる繊維の切断や粉化
を抑制できるようにする。また、繊維の密度が高く、厚
さ方向の繊維の配向割合が大きく、電池内に収容したと
き抵抗が低く、高出力で耐久性を高めることができるよ
うにする。 【構成】 有機繊維としてのポリアクリロニトリル繊維
は所定の板状体に形成される。この板状体はその厚さ方
向Xへニードルパンチングが施されてフェルト7に形成
され、厚さ方向Xに配向される繊維の割合が高められ
る。その後、フェルト7は200℃に加熱酸化されて耐
炎化処理される。次いで、約2000℃で高温焼成され
る。このフェルト7はナトリウム−硫黄電池の陽極室6
内に収容され、充放電反応を円滑に進行させる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】 この発明は、二次電池として電
力貯蔵などに利用されるナトリウム−硫黄電池用のカー
ボンフェルトの製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】 近年、電力需要の増加に伴って、夜間
電力の利用を図るために、活物質の利用率が高く、充放
電反応の効率が良いナトリウム−硫黄電池が研究されて
いる。このナトリウム−硫黄電池においては、陽極室内
に陽極活物質としての硫黄が含浸されたフェルトが収容
されている。このフェルトはカーボン繊維よりなり、湾
曲形成されて陽極室内に複数個収容される。そして、カ
ーボン繊維表面での電子授受により、充放電における電
池反応が進行する。
【0003】前記フェルトは、一般に次のように成形さ
れる(例えば、特開平1−239767号公報)。すな
わち、ポリアクリロニトリル繊維が200℃程度まで加
熱されて耐炎化処理される。この耐炎化繊維はフェルト
化され、ニードルパンチングが施される。その後、この
フェルトは約2000℃で焼成される。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】 ところが、このよう
な従来のカーボンフェルトの製造方法では、耐炎化され
た抗折強度の低い繊維に対してニードルパンチングを施
すため、このニードルパンチングにより繊維が切れた
り、粉化して厚さ方向の繊維の配向割合が大きくならな
いという問題があった。
【0005】この発明は、このような従来技術に存在す
る問題に鑑みてなされたものである。その目的とすると
ころは、ニードルパンチングによる繊維の切断や粉化が
抑制されるナトリウム−硫黄電池用カーボンフェルトの
製造方法を提供することにある。また、他の目的とする
ところは、フェルトの密度が高く、厚さ方向の繊維の配
向割合が大きくなり、電池内に収容したとき、充放電反
応が円滑に進行し、低抵抗で耐久性に優れたナトリウム
−硫黄電池用カーボンフェルトの製造方法を提供するこ
とにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】 上記の目的を達成する
ために、この発明のナトリウム−硫黄電池用カーボンフ
ェルトでは、有機繊維を所定の板状体に形成し、この板
状体にその厚さ方向へニードルパンチングを施してフェ
ルトとした後、このフェルトを加熱酸化し、耐炎化処理
を経て、高温焼成するものである。
【0007】
【作用】 この発明のナトリウム−硫黄電池用カーボン
フェルトの製造方法では、有機繊維が所定の板状体に形
成され、この板状体にその厚さ方向へニードルパンチン
グが施されてフェルトとなる。その後、このフェルトが
加熱酸化されて耐炎化処理が施され、さらに高温焼成さ
れる。耐炎化処理前の有機繊維は、しなやかで所定の抗
折強度を有している。そして、ニードルパンチングは、
この耐炎化処理前の有機繊維による板状体に対して行わ
れるため、ニードルパンチングにおいて繊維の糸切れが
抑制される。
【0008】しかも、フェルトは糸切れなく効率良くニ
ードルパンチングされることにより、厚さ方向への繊維
の配向割合が高くなり、電池の内部抵抗が低下する。従
って、電池の出力が向上する。
【0009】
【実施例】 以下に、この発明のナトリウム−硫黄電池
用カーボンフェルトの製造方法を具体化した実施例につ
いて、図1〜5に基づいて説明する。まず、ナトリウム
−硫黄電池について説明する。図1,2に示すように、
アルミニウム合金よりなる陽極容器1は円筒状に形成さ
れてその底部に底蓋2が接合されるとともに、上部外周
面に陽極端子3が取付けられている。アルファアルミナ
製の絶縁リング4は陽極容器1の上端部に接合固定され
ている。有底円筒状をなすナトリウムイオン透過性の固
体電解質管5はベータアルミナにより形成され、その上
端外周面が絶縁リング4の内周面に接合されている。陽
極室6は陽極容器1と固体電解質管5との間において環
状に形成されている。陽極用のフェルト7は、カーボン
繊維により形成され、陽極室6内に収容されて陽極活物
質である硫黄Sが含浸されている。
【0010】カートリッジ8は固体電解質管5の内側に
形成される陰極室14内に配置され、密閉状に形成され
て内部に陰極活物質である溶融した金属ナトリウムNa
が収容されている。ナトリウムの供給孔8aはカートリ
ッジ8の底部に透設され、カートリッジ8内のナトリウ
ムNaを固体電解質管5側へ導出する。安全管9は固体
電解質管5とカートリッジ8との間隙に配置され、固体
電解質管5の破損によるカートリッジ8の損傷を防止し
ている。陰極蓋10は絶縁リング4の上端面に固着さ
れ、その上面には陰極端子11が取付けられている。な
お、コイルスプリング12はカートリッジ8の上端面と
陰極蓋10の内面間に介装され、カートリッジ8の浮き
上がりを防止している。
【0011】そして、電池は300〜350℃という高
温で動作し、充電及び放電反応が行われる。すなわち、
放電時には陽極室6内のフェルト7中でナトリウムNa
と硫黄Sが反応して多硫化ナトリウム(Na2 X )が
生成し、充電時には多硫化ナトリウムがナトリウムと硫
黄に戻り、ナトリウムはナトリウムイオンとなって陰極
室14内へ戻る。
【0012】次に、陽極室6内の前記フェルト7の製造
方法及び陽極室6内へのフェルト7の収容方法について
説明する。図5に示すように、まず有機繊維としてのポ
リアクリロニトリル繊維が、所定の厚さを有する板状体
に成形される。次いで、この板状体に対してニードルパ
ンチングが600〜700回施される。このニードルパ
ンチングによりフェルト7が形成され、その繊維が厚さ
方向Xに配向される。次に、このフェルト7は耐炎化工
程において200℃程度に加熱されて酸化され、黒色の
耐炎化繊維のフェルト7に形成される。
【0013】次に、ニードルパンチングされたフェルト
7は約1000℃での焼成を経て、約2000℃での高
温焼成により黒鉛化処理が施される。このフェルト7
は、図3に示すように、所定の大きさの直方体状に切断
される。なお、この実施例では、フェルト7表面に、電
子伝導性のないアルファアルミナ粉体よりなる高抵抗体
13が散布されている。
【0014】その後、図4に示すように、フェルト7は
ニードルパンチング面を内側にして幅方向に湾曲状に成
形される。そして、湾曲状に成形された3つのフェルト
7が円筒状に形成され、図2に示すように、これらのフ
ェルト7が圧縮状態で陽極室6内に収容される。
【0015】そして、電池の放電時にカートリッジ8内
のナトリウムNaがカートリッジ8底部の供給孔8aを
経て安全管9内に移動し、さらに固体電解質管5と安全
管9との間隙へと移動する。そして、ナトリウムイオン
が固体電解質管5内を透過して陽極室6へ移動し、前記
のように成形されたフェルト7内の繊維表面において硫
黄Sと反応して多硫化ナトリウムを生成する。
【0016】一方、充電時には、放電時とは逆に陽極室
6内の多硫化ナトリウムから硫黄とナトリウムイオンが
生成する。生成したこのナトリウムイオンはフェルト7
の厚さ方向Xに延びる繊維に沿って移動し、固体電解質
管5の外表面に至る。ナトリウムイオンはさらに固体電
解質管5内を透過し、安全管9内から供給孔8aを経て
カートリッジ8内へ戻る。
【0017】このように、この実施例のナトリウム−硫
黄電池用のカーボンフェルト7の製造方法においては、
ポリアクリロニトリル繊維によるフェルト7が耐炎化処
理前に、その厚さ方向Xへニードルパンチングが施され
る。この耐炎化処理前のフェルト7は、しなやかで所要
の抗折強度を有している。このため、ニードルパンチン
グにおいて繊維の糸切れや粉化が防止される。
【0018】加えて、フェルト7に対するニードルパン
チングにより、厚さ方向への繊維の配向割合が高くな
り、電池の内部抵抗が低下し、電池の出力が向上する。
また、電池反応が円滑に行われるため、電池の劣化が防
止され、耐久性が向上する。さらに、耐炎化処理前の安
価な有機繊維を使用し、かつ前記のように繊維の糸切れ
や粉化がないため、製造コストの低減を図ることができ
る。
【0019】ちなみに、繊維の太さが2デニールのポリ
アクリロニトリル繊維を用いてフェルト7を製作し、こ
のフェルト7にニードルパンチングを500パンチ/cm
2 の密度で施した。そして、このフェルト7を耐炎化処
理後、2000℃で焼成して所定形状のフェルト7を得
た。一方、比較のために、繊維の太さが2デニールの耐
炎化繊維を用い、ニードルパンチングを上記と同じ密度
で施し、同様に焼成して所定形状のフェルトを得た。こ
れらのフェルトを電池の陽極室6内に収容し、電池の内
部抵抗を測定した。その結果、前者は後者に比較して、
内部抵抗が8%減少した。
【0020】なお、この発明は前記実施例に限定される
ものではなく、例えば次のように構成を変更して具体化
することも可能である。 (イ)有機繊維として、ポリアクリロニトリルの重合度
を変えたり、共重合成分を変えたり、置換基を変えたり
すること。 (ロ)高抵抗体として、ガラス繊維などの繊維を設け
て、多硫化ナトリウムの移動を容易にすること。また、
フェルト7上の固体電解質管5側の面にV字状の溝を設
けること。 (ハ)フェルト7の分割数を変えたり、環状に一体形成
したりすること。 (ニ)耐炎化処理後のフェルト7に対し、さらにニード
ルパンチングを施し、厚さ方向Xの繊維密度を高めるこ
と。
【0021】ちなみに、前記実施例より把握される請求
項以外の技術的思想について、その効果とともに以下に
記載する。 (1)焼成後に、充放電反応に対する高抵抗体をカーボ
ンフェルト表面に配置して成形する請求項1に記載のナ
トリウム−硫黄電池用カーボンフェルトの製造方法。こ
の高抵抗体により、充放電反応を円滑に進行させること
ができる。 (2)カーボンフェルト表面にV字状の溝を設けた請求
項1に記載のナトリウム−硫黄電池用カーボンフェルト
の製造方法。この構成により、固体電解質管側における
充放電反応を抑制できて、電池反応を効率的に行うこと
ができる。
【0022】
【発明の効果】 以上詳述したように、この発明のナト
リウム−硫黄電池用カーボンフェルトの製造方法によれ
ば、ニードルパンチングによる繊維の切断や粉化を抑制
することができる。また、繊維の密度が高く、厚さ方向
の繊維の配向割合が大きく、電池内に収容したとき、抵
抗が低く、しかも高出力で耐久性に優れた電池を得るこ
とができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 この発明を具体化した実施例のナトリウム−
硫黄電池を示す断面図である。
【図2】 図1のA−A線における断面図である。
【図3】 ニードルパンチを施した後のフェルトを示す
斜視図である。
【図4】 フェルトを湾曲させて円筒状に形成した状態
を示す斜視図である。
【図5】 この発明の実施例のカーボンフェルトの製造
工程を示す工程図である。
【符号の説明】
1…陽極容器、5…固体電解質管、6…陽極室、7…陽
極用のフェルト、14…陰極室、Na…ナトリウム、S
…硫黄、X…厚さ方向。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ナトリウムを陰極活物質とし、硫黄を陽
    極活物質としたナトリウム−硫黄電池の陽極導電材とし
    て用いるカーボンフェルトの製造方法であって、有機繊
    維が耐炎化工程を経て焼成されるナトリウム−硫黄電池
    用カーボンフェルトの製造方法において、 前記有機繊維を所定の板状体に形成し、この板状体にそ
    の厚さ方向へニードルパンチングを施してフェルトとし
    た後、このフェルトを加熱酸化し、耐炎化処理を経て、
    高温焼成するナトリウム−硫黄電池用カーボンフェルト
    の製造方法。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7815887B2 (en) 2000-10-11 2010-10-19 Carl Freudenberg Kg Conductive nonwoven fabric
WO2012137141A1 (en) * 2011-04-04 2012-10-11 Laor Consulting Llc Fiber felt capacitors and batteries

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7815887B2 (en) 2000-10-11 2010-10-19 Carl Freudenberg Kg Conductive nonwoven fabric
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