JPH079817B2

JPH079817B2 - ナトリウム―硫黄電池における絶縁リングと電極金具の熱圧接合方法

Info

Publication number: JPH079817B2
Application number: JP63330319A
Authority: JP
Inventors: 淳渥美; 雄介内海
Original assignee: NGK Insulators Ltd
Current assignee: NGK Insulators Ltd
Priority date: 1988-12-26
Filing date: 1988-12-26
Publication date: 1995-02-01
Anticipated expiration: 2010-02-01
Also published as: JPH02174074A

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］この発明はナトリウム−硫黄電池における絶縁リングと
電極金具である陽極金具及び陰極金具との熱圧接合方法
に関するものである。

［従来の技術］従来のナトリウム−硫黄電池として第６図に示すよう
に、陽極活物質である溶融硫黄Ｓを収納する有底円筒状
の陽極容器22と、該陽極容器22の上部内側に対し、陽極
金具23を介してα−アルミナ製の絶縁リング24を嵌合固
定し、該絶縁リング24の内周面にはナトリウムイオンNa
⁺を選択的に透過させる機能を有した下方へ延びる多結
晶β″−アルミナよりなる有底円筒状の固体電解質管25
の上部外周面を接合固定し、さらに、前記絶縁リング24
の上端部には円筒状の陰極金具26を嵌合固定し、該陰極
金具26の上端部には平板状の陰極蓋27を当接して溶接固
定したものがあった。なお、前記固体電解質管25により
電池内部は溶融硫黄Ｓを収納する陽極室R1と、ナトリウ
ムNaを貯留する陰極室R2に区画形成されれている。

そして、放電時にはナトリウムは陰極室R2からナトリウ
ムイオンNa⁺となって固体電解質管25を透過して陽極室R
1内の硫黄Ｓと次のように反応し、多硫化ナトリウムを
生成する。

2Na＋XS→Na₂Sx 又、充電時には放電時とは逆の反応が起こり、ナトリウ
ムNa及び硫黄Ｓが生成される。

［発明が解決しようとする課題］ところが、前記従来の電池は、絶縁リング24に対し、陽
極金具23及び陰極金具26を接合するため、絶縁リング24
と陽極金具23及び陰極金具26との間にアルミニウム製の
中間接合板を介在して熱圧接合する方法が採られてい
た。

しかしながら、上記方法は、偏平状の中間接合板を使用
していたため、熱圧接する以前に既に広い表面積を有し
ているため、接合板の素材であるアルミニウムが空気に
晒されて、酸化された酸化アルミニウム被膜を形成する
ため、表面が劣化する。このような中間接合板を使用す
ると、その表面に生じていた劣化被膜が絶縁リング24及
び陽極金具23あるいは陽極金具26の接合部に残留し、こ
の結果、接合部の強度が低下し、電池の耐久信頼性が悪
化するという問題があった。

また、前記中間接合板に厚さの寸法誤差が存在すると、
絶縁リングに対する陽極金具あるいは陰極金具の組み付
け角度が変化するため、精度上も問題があった。

この発明の目的は絶縁リングと陽極金具及び陰極金具の
接合強度を向上することができるとともに、絶縁リング
と陽極金具及び陰極金具の組付け精度を向上することが
でき、電池としての耐久信頼性を向上することができる
ナトリウム−硫黄電池における絶縁リングと電極金具の
熱圧接合方法を提供することにある。

［課題を解決するための手段］この発明は上記目的を達成するため、絶縁リングの端面
に対し、円筒状部とフランジ部とからなる陽極金具を前
記フランジ部において熱圧接合するに際し、前記絶縁リ
ングの端面と前記フランジ部との間に、アルミニウム等
よりなる中間接合リングを介在し、前記中間接合リング
の幅は熱圧接合前においてフランジ部の幅よりも小さ
く、かつ熱圧接合後においてリングが前記フランジ部か
らはみ出さないように設定され、前記中間接合リングを
その潰れ量が20〜50％になるように圧延しながら熱圧接
するという方法を採っている。

また、本発明は絶縁リングの端面に対し、円筒状部とフ
ランジ部とからなる陰極金具を前記フランジ部において
熱圧接合するに際し、前記絶縁リングの端面と前記フラ
ンジ部との間に、アルミニウム等よりなる中間接合リン
グを介在し、前記中間接合リングの幅は熱圧接合前にお
いてフランジ部の幅よりも小さく、かつ熱圧接合後にお
いてリングが前記フランジ部からはみ出さないように設
定され、前記中間接合リングをその潰れ量が60〜90％に
なるように圧延しながら熱圧熱するという方法を採って
いる。さらに、本発明は陰極金具の接合に際し、中間接
合リングの形状を、円筒部を有する断面が略Ｌ形状とす
る方法を採っている。

［作用］この発明は中間接合リングを絶縁リングと陽極金具又は
陰極金具との間で熱圧接合時に圧縮しながら圧延して変
形させるので、中間接合リングの表面が小さい状態から
広い状態に引き延ばされて内部の活性化している部分が
露出し、このため表面の劣化した酸化被膜が存在してい
ても、接合面積に占める割合が大幅に低減し、この結
果、接合界面の強度が向上する。

また、中間接合リングは、陽極金具あるいは陰極金具に
より絶縁リング側へ押圧されながら圧延され、陽極金具
あるいは陽極金具を加圧する熱圧接合用治具に倣って位
置移動するので、絶縁リングと陰極金具あるいは陰極金
具との組み付け精度が向上する。さらに、陰極金具の接
合に使用する中間接合リングを断面が略Ｌ形状とするこ
とにより、中間接合リングの位置決め精度が向上すると
同時に絶縁リングの内周側角部と陰極金具との接合をよ
り確実とすることができる。

［実施例］以下、この発明のナトリウム−硫黄電池における絶縁リ
ングと電極金具の熱圧接合方法を具体化した一実施例を
第１図〜第４図に基づいて説明する。

第３図及び第４図に示すように、α−アルミナ製の絶縁
リング１の下面1aにはアルミニウム合金製の中間接合リ
ング２を介して、円筒部3aとフランジ部3bとからなる陽
極金具３の前記フランジ部3bが後に詳述する方法で熱圧
接合固定されている。又、この陽極金具３の円筒部3aに
は有底縦長円筒状をなす陽極容器４の上部内周面が嵌合
され、両者の上端縁は互いに溶接部5Aにより密封されて
いる。

又、前記絶縁リング１の内周面にはβ″−アルミナ製の
有底袋管状をなす固体電解質管６の上端外周面がガラス
などにより接着固定されている。

前記陽極容器４と固体電解質管６との間に形成された陽
極室R1内には陽極活物質としての溶融硫黄Ｓを含浸させ
たカーボンマットなどの陽極用導電材Ｍが収納されてい
る。

前記絶縁リング１の上面1bにはアルミニウム合金製の中
間接合リング７を介して円筒部8aとフランジ部8bとから
なる陰極金具８の前記フランジ部8bが後に詳述する方法
で熱圧接合固定されている。

又、該円筒部8aの内周面には、円筒部9aと上板部9bとか
らなる帽状金具９が嵌合されている。そして、前記円筒
部9aの上部外周面には第２図に示すように鋸歯状部9cが
形成され、この鋸歯状部9cが前記円筒部8aの上部内周面
に圧入嵌合され、両円筒部8a,9aの上端縁全体を溶接部5
Bにより密封している。

前記絶縁リング１の上面内側角部は前記中間接合リング
７の食い切りを防止するための面取部1cが形成されてい
る。この面取部1cの半径Ｒは0.4±0.1mmに設定されてい
る。

前記陰極室R2内には、陰極活物質としての金属ナトリウ
ムNaが貯蔵されている。

前記陰極金具８のフランジ部8b上面には、前記絶縁リン
グ１に陰極金具８を熱圧接合する際、陰極金具８と加圧
用治具が接着するのを防止するための接着防止リング14
が陰極金具８のフランジ部8bに接着されたまま残ってい
る。

前記陽極金具３の円筒部3aの上端部は絶縁リング１の上
面1bよりもさらに上方へ所定長さ突出され、陰極金具８
の円筒部8aの上端部も同様に前記上面1bから前記円筒部
3aとほぼ同じ高さに突出されている。そして、前記接着
防止リング14の上面にはガラスクロス、あるいはマイカ
シートなどの絶縁スペーサ15が介在されている。さら
に、この絶縁スペーサ15の上面と、両円筒部3a,8aの突
出部とにより、ドーナッツ状取付溝Ｃが形成されてい
る。この取付溝Ｃには第２図に示すように、陽極端子16
を上方へ一体に折り曲げて立設したドーナッツ環状の端
子取付リング17の外周に一体形成した短円筒部17aが圧
入され、溶接部5Aにより固定されている。

一方、前記帽状金具９の上板部9bの上面には円環状の環
状突条9dが一体に形成され、この内側の取付凹所9eに
は、陰極端子28を上方へ一体に曲げ起こした取付板19の
外周縁が圧入され、溶接部5Cにより固定されている。

ナトリウム−硫黄電池の充電完了状態においては、大半
のナトリウムが第４図に実線で示すように陰極室R2に貯
留され、陽極用導電材Ｍ内には溶融硫黄Ｓが存在してい
る。この状態で放電を開始すると、陰極室内のナトリウ
ムNaがナトリウムイオンとなって固体電解質管６を透過
し、陽極用導電材Ｍ内の硫黄Ｓと反応し多硫化ナトリウ
ムを生成する。

次に、本発明のアルミニウム等よりなる中間接合リング
２の断面の高さＨと幅Ｗの比は、１対５〜１対６に設定
されている。又、この実施例では第１図に示すように熱
圧接合前において、中間接合リング２の幅Ｗがフランジ
部2bの幅Ws（接合面の幅）よりも小さく設定されてい
る。さらに、熱圧接合後において、第３図に示すように
中間接合リング２がフランジ部2bの幅Wsとほぼ同じにな
るように設定されている。そして、絶縁リング１と陽極
金具３との熱圧接合時にはリング２が押し潰されてその
接合面が増大し、接合面の酸化皮膜が細かく分散されつ
つつリング２の内部の金属が絶縁リング１と陽極金具３
と接合面に露出し、熱圧接合が行われる。そして、この
実施例では、前記絶縁リング１と陽極金具３の間に中間
接合リング２を介在して潰れ量を、20〜50％になるよう
に加圧用治具11,12を使用して熱圧接合したので、実験
の結果接合強度が向上した。この明細書では、前記潰れ
量は圧縮前の中間接合リング２の高さをＨと、圧縮後の
高さをｈとすると、（１−h/H）×100％をいう。そし
て、前記潰れ量を50％よりも大きくした場合には、中間
接合リング２が陽極金具３の円筒部3a側及び固体電解質
管６側へはみ出して円筒部3aを変形させたり、固体電解
質６に接触して破損させたりするのである。反対に、前
記潰れ量が20％以下ではリング内部の活性化した部分が
利用され難くなるので、接合強度が低下する。さらに、
陽極側では固体電解質管６の偏心あるいは傾きを避ける
ため、寸法精度を高くする必要があるが、このために前
記潰れ量を20〜50％に設定するのが望ましい。

一方、前記陰極側の中間接合リング７の断面の幅Ｗと高
さＨの比は、１対0.7〜１対1.6に設定されている。又、
この実施例では第１図に示すように熱圧接合前におい
て、中間接合リング７の幅Ｗがフランジ部8bの幅Ws（接
合面の幅）よりも小さく設定されている。さらに、熱圧
接合後において、第３図に示すように中間接合リング７
がフランジ部8bの幅Wsとほぼ同じになるように幅Ｗと高
さＨが設定されている。そして、絶縁リング１と陰極金
具８との熱圧接合時にはリング７が押し潰されてその接
合面が増大し、接合面の酸化皮膜が細かく分散されつつ
リング７の内部の金属が絶縁リング１と陰極金具８と接
合面に露出し、熱圧接合が行われる。この熱圧接合工程
でリング７の内側部は絶縁リング１の面取部1cに案内さ
れて下方に圧延されつつ直角状に湾曲され、第３図に示
すように円筒部8aの外周面と絶縁リング１の内周面を接
合する。そして、陰極側では陰極室R2内を密封する機能
が確実であれば、それ程寸法精度は要求されないので、
中間接合リング７の潰れ量を60〜90％にすることによ
り、接合リング７の表面酸化被膜内部の活性化している
部分を多量に押し出してナトリウムを貯留する陰極室R2
に面する熱圧接合部の接合強度を向上し、ナトリウムに
よる耐腐食性を向上するのである。

なお、この発明は次のように具体化することもできる。

（１）第５図（ａ）実線で示すように、中間接合リング
７の断面を円形又は同図鎖線で示すように楕円形に形成
すること。

（）第５図（ｂ）又は（ｃ）に示すように、中間接合リ
ング７の断面を横Ｌ字状に形成すること。この場合には
絶縁リング１の内周面に対しリング７の円筒部7aが嵌合
接合されるため、該リング７自身の取付位置が適正とな
って、陰極金具８の組付け精度が向上するとともに、接
合面積が増大して強度を向上することができる。

（３）前記中間接合リング2,7の材料をアルミニウムに
微量のマンガン及びクロムを含む合金としたり、中間接
合リング７を硬度の低い純アルミニウムとしたり、中間
接合リング２を比較的硬度の高いアルミニウム−マグネ
シウム合金（マグネシウム量１重量％以下）としたりし
て、硬度を変更することにより中間接合板2,7の潰れ量
を変化させること。

［発明の効果］以上詳述したように、請求項１記載の発明では、絶縁リ
ングと陽極金具の接合強度及び絶縁リングと陽極金具の
組付精度を向上することができるとともに、電池として
の耐久信頼性を向上することができる。

又、請求項２記載の発明では、絶縁リングと陰極金具の
接合強度及び絶縁リングと陰極金具の組付精度を向上す
ることができるとともに、電池としての耐久信頼性を向
上することができる。

さらに、請求項２記載の発明では請求項２記載の発明の
効果に加えて、中間接合リングの位置決め精度を高め、
絶縁リングと陰極金具との接合強度をさらに向上するこ
とがきる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明を具体化したナトリウム−硫黄電池の
一実施例を示す要部のみの熱圧接合前の分解断面図、第
２図は要部の分解斜視図、第３図は要部の組付け状態を
示す断面図、第４図はナトリウム−硫黄電池全体を示す
中央部縦断面図、第５図（ａ）〜（ｃ）はそれぞれ本発
明の別例を示す断面図、第６図は従来例を示す中央部縦
断面図である。１……絶縁リング、1a……下面、1b……上面、2,7……
中間接合リング、３……陽極金具、3a……円筒部、3b…
…フランジ部、４……陽極容器、６……固体電解質管、
８……陰極金具、7a,8a……円筒部、8b……フランジ
部、Ｍ……陽極用導電材、R1……陽極室、R2……陰極
室。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】絶縁リング（１）の端面に対し、円筒状部
（3a）とフランジ部（3b）とからなる陽極金具（３）を
前記フランジ部（3b）において熱圧接合するに際し、前
記絶縁リング（１）の端面（1a）と前記フランジ部（3
b）との間に、アルミニウム等よりなる中間接合リング
（２）を介在し、前記中間接合リング（２）の幅（Ｗ）
は熱圧接合前においてフランジ部（3b）の幅（Ws）より
も小さく、かつ熱圧接合後においてリング（２）が陽極
金具（３）と絶縁リング（１）との接合面からはみ出さ
ないように設定され、前記中間接合リング（２）をその
潰れ量が20〜50％になるように圧延しながら熱圧接する
ことを特徴とするナトリウム−硫黄電池における絶縁リ
ングと陽極金具の熱圧接合方法。
【請求項２】絶縁リング（１）の端面に対し、円筒状部
（8a）とフランジ部（8b）とからなる陰極金具（８）を
前記フランジ部（8b）において熱圧接合するに際し、前
記絶縁リング（１）の端面（1b）と前記フランジ部（8
b）との間に、アルミニウム等よりなる中間接合リング
（７）を介在し、前記中間接合リング（７）の幅（Ｗ）
は熱圧接合前においてフランジ部（8b）の幅よりも小さ
く、かつ熱圧接合後においてリング（７）が陰極金具
（８）と絶縁リング（１）との接合面よりはみ出さない
ように設定され、前記中間接合リング（７）をその潰れ
量が60〜90％になるように圧延しながら熱圧接すること
を特徴とするナトリウム−硫黄電池における絶縁リング
と陰極金具の熱圧接合方法。
【請求項３】前記中間接合リング（７）が円筒部（7a）
を有し、その断面がほぼＬ形状をなす請求項２記載のナ
トリウム−硫黄電池における絶縁リングと陰極金具の熱
圧接合方法。