JPH08138729A - ナトリウム二次電池 - Google Patents
ナトリウム二次電池Info
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- JPH08138729A JPH08138729A JP6276407A JP27640794A JPH08138729A JP H08138729 A JPH08138729 A JP H08138729A JP 6276407 A JP6276407 A JP 6276407A JP 27640794 A JP27640794 A JP 27640794A JP H08138729 A JPH08138729 A JP H08138729A
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- sodium
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- container
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- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
Abstract
(57)【要約】
【目的】この発明は、エネルギーの高密度化とサイクル
寿命の向上を成し得ることを主要な目的とする。 【構成】負極容器(7) と、この容器内に配置され、該容
器を二個の部屋に分けるナトリウムイオンが選択的に通
過可能な固体電解質材を具備し、前記固体電解質材によ
って仕切られた一方の部屋に負極ナトリウム(6) を必須
成分とする負極活物質を、もう一方の部屋に金属塩化物
の混合塩とカルコゲン属を必須成分とする正極活物質を
それぞれ充填したナトリウム二次で電池において、その
正極の集電子材料に緻密性のカーボンを、電極材料に多
孔質の非晶質カーボンを用い、両者を化学的に結合した
正極構成からなることを特徴とするナトリウム二次電
池。
寿命の向上を成し得ることを主要な目的とする。 【構成】負極容器(7) と、この容器内に配置され、該容
器を二個の部屋に分けるナトリウムイオンが選択的に通
過可能な固体電解質材を具備し、前記固体電解質材によ
って仕切られた一方の部屋に負極ナトリウム(6) を必須
成分とする負極活物質を、もう一方の部屋に金属塩化物
の混合塩とカルコゲン属を必須成分とする正極活物質を
それぞれ充填したナトリウム二次で電池において、その
正極の集電子材料に緻密性のカーボンを、電極材料に多
孔質の非晶質カーボンを用い、両者を化学的に結合した
正極構成からなることを特徴とするナトリウム二次電
池。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はナトリウム二次電池に関
し、特にロードレベリングの電力貯蔵用電池及び電気自
動車用駆動電源に適用される充放電可能なナトリウム二
次電池に関する。
し、特にロードレベリングの電力貯蔵用電池及び電気自
動車用駆動電源に適用される充放電可能なナトリウム二
次電池に関する。
【０００２】
【従来の技術】広範囲の電圧レンジで安定であるＡｌＣ
ｌ3 −ＮａＣｌ系溶融塩を用いたナトリウム二次電池の
種類は、正極活物質にＮｉ，Ｆｅの遷移金属を用いる場
合と、Ｓ，Ｓｅのカルコゲン金属を用いる場合とに大別
される。前者は、一般的に２５０〜３００℃の温度領域
で作動し、Ｎｉ又はＦｅは固体として溶融塩中で安定に
存在することから、正極の集電及びその電極材料として
そのまま用いられ、下記数１，数２で示されるような可
逆的な充放電反応に従うことで知られている。
ｌ3 −ＮａＣｌ系溶融塩を用いたナトリウム二次電池の
種類は、正極活物質にＮｉ，Ｆｅの遷移金属を用いる場
合と、Ｓ，Ｓｅのカルコゲン金属を用いる場合とに大別
される。前者は、一般的に２５０〜３００℃の温度領域
で作動し、Ｎｉ又はＦｅは固体として溶融塩中で安定に
存在することから、正極の集電及びその電極材料として
そのまま用いられ、下記数１，数２で示されるような可
逆的な充放電反応に従うことで知られている。
【０００３】
【数１】
【０００４】
【数２】
【０００５】即ち、充電によりＮｉ，Ｆｅ固体表面にＮ
ｉＣｌ2 ，ＦｅＣｌ2 の塩化物が形成され、放電により
再びＮｉ，Ｆｅの金属に戻る。この場合、これらの電極
表面積が、電池の容量あるいはエネルギー密度を決定す
る重要な因子となることで知られている。後者は、Ａｌ
Ｃｌ3 −ＮａＣｌ系溶融塩の融点直上の１８０〜２５０
℃の作動温度が一般的であり、下記式３，式４に示され
るような充放電反応式に従う。この場合、充電時におけ
る塩化物は、ＡｌＣｌ3 −ＮａＣｌ系溶融塩に対する溶
解度が高いため、固体として安定に存在せず、セレンで
はＳｅＣｌ5 -あるいはＳｅＣｌ6 2-、硫黄ではＳＣｌ3
+ 及びＡｌＳＣｌ2 - の錯イオンとして溶融塩中に存
在するものと考えられている。
ｉＣｌ2 ，ＦｅＣｌ2 の塩化物が形成され、放電により
再びＮｉ，Ｆｅの金属に戻る。この場合、これらの電極
表面積が、電池の容量あるいはエネルギー密度を決定す
る重要な因子となることで知られている。後者は、Ａｌ
Ｃｌ3 −ＮａＣｌ系溶融塩の融点直上の１８０〜２５０
℃の作動温度が一般的であり、下記式３，式４に示され
るような充放電反応式に従う。この場合、充電時におけ
る塩化物は、ＡｌＣｌ3 −ＮａＣｌ系溶融塩に対する溶
解度が高いため、固体として安定に存在せず、セレンで
はＳｅＣｌ5 -あるいはＳｅＣｌ6 2-、硫黄ではＳＣｌ3
+ 及びＡｌＳＣｌ2 - の錯イオンとして溶融塩中に存
在するものと考えられている。
【０００６】
【数３】
【０００７】
【数４】
【０００８】それ故、セレンや硫黄は、固体のまま正極
の集電子として使用することは困難であり、しばしばそ
の代替材料としてカーボン繊維やフェルトが多用されて
いる。
の集電子として使用することは困難であり、しばしばそ
の代替材料としてカーボン繊維やフェルトが多用されて
いる。
【０００９】一方、電池構造の面からは、ナトリウムイ
オン導電性のβあるいはβ”アルミナと称するセラミッ
クスチューブの内外に正負極室を配した構造が一般的で
あり、単電池当たりの重量エネルギー密度の点では、そ
の内側をナトリウム負極、外側を溶融塩の正極に配した
構造が有利とされている。
オン導電性のβあるいはβ”アルミナと称するセラミッ
クスチューブの内外に正負極室を配した構造が一般的で
あり、単電池当たりの重量エネルギー密度の点では、そ
の内側をナトリウム負極、外側を溶融塩の正極に配した
構造が有利とされている。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】上記ナトリウム二次電
池で共通する重要な課題としては、正極活物質が強い酸
化力を有する為に、電池容器が腐食され易いことが挙げ
られる。この対策として、しばしば正極室の容器内面の
耐食層の形成及び容器材料の代替（特願平５−２０２３
０２号）、あるいは正極活物質と直接接触しないよう
に、先のβ又はβ”アルミナチューブの内側に正極室を
配した構造にする等の処理がなされている。
池で共通する重要な課題としては、正極活物質が強い酸
化力を有する為に、電池容器が腐食され易いことが挙げ
られる。この対策として、しばしば正極室の容器内面の
耐食層の形成及び容器材料の代替（特願平５−２０２３
０２号）、あるいは正極活物質と直接接触しないよう
に、先のβ又はβ”アルミナチューブの内側に正極室を
配した構造にする等の処理がなされている。
【００１１】ところが、このような対策においても幾つ
かの課題が挙げられる。まず、正極室における容器の改
質では、耐食材料としてしばしばタングステンが用いら
れるが、その耐食層の緻密化が図れないこと、またその
原料及び加工コストが高いことなどが挙げられる。
かの課題が挙げられる。まず、正極室における容器の改
質では、耐食材料としてしばしばタングステンが用いら
れるが、その耐食層の緻密化が図れないこと、またその
原料及び加工コストが高いことなどが挙げられる。
【００１２】一方、β又はβ”アルミナチューブの内側
を正極室にした電池構造においては、正極活物質を固定
電極に保持できないセレンあるいは硫黄を用いた場合、
従来のようなカーボンフェルトでは正極外部端子との接
続が不可能であるという理由から、しばしば、タングス
テン線が用いられ、集電子及び電極機能を兼用している
のが現状である。しかしながら、この場合、タングステ
ン電極の表面積が非常に小さい為、放電時に析出するＮ
ａＣｌが電極表面を直ぐに覆ってしまい、それに起因す
る過電圧の上昇に伴う電池の内部抵抗の増大やエネルギ
ー密度の低下を招くといった問題を生じることが課題と
なっている。
を正極室にした電池構造においては、正極活物質を固定
電極に保持できないセレンあるいは硫黄を用いた場合、
従来のようなカーボンフェルトでは正極外部端子との接
続が不可能であるという理由から、しばしば、タングス
テン線が用いられ、集電子及び電極機能を兼用している
のが現状である。しかしながら、この場合、タングステ
ン電極の表面積が非常に小さい為、放電時に析出するＮ
ａＣｌが電極表面を直ぐに覆ってしまい、それに起因す
る過電圧の上昇に伴う電池の内部抵抗の増大やエネルギ
ー密度の低下を招くといった問題を生じることが課題と
なっている。
【００１３】この発明はこうした事情を考慮してなされ
たもので、β”アルミナチューブの内側に正極を配した
セル構造とした時の正極集電構造、並びに正極材料の問
題点を克服でき、かつエネルギーの高密度化とサイクル
寿命の向上をなしえるナトリウム二次電池を提供するこ
とを目的とする。
たもので、β”アルミナチューブの内側に正極を配した
セル構造とした時の正極集電構造、並びに正極材料の問
題点を克服でき、かつエネルギーの高密度化とサイクル
寿命の向上をなしえるナトリウム二次電池を提供するこ
とを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】そこで、本発明者らは、
β又はβ”アルミナチューブの内側に正極室を配備した
電池構造からなるナトリウム二次電池において、正極活
物質をそのまま固体電極として使用できないセレン及び
硫黄の活物質を用いた場合の正極集電子及び電極材料
に、従来のタングステン線の代わりにカーボンを適用
し、その電極表面積を拡張することで、電池内部抵抗の
低減やエネルギー密度の向上を図った。
β又はβ”アルミナチューブの内側に正極室を配備した
電池構造からなるナトリウム二次電池において、正極活
物質をそのまま固体電極として使用できないセレン及び
硫黄の活物質を用いた場合の正極集電子及び電極材料
に、従来のタングステン線の代わりにカーボンを適用
し、その電極表面積を拡張することで、電池内部抵抗の
低減やエネルギー密度の向上を図った。
【００１５】即ち、正極集電子には、カーボン系の中で
も機械的強度の比較的高い緻密質の黒鉛性カーボン、又
は非晶質カーボンを適用し、また電極材料には、多孔性
の非晶質カーボンフォーム、あるいは発泡体を適用す
る。正極集電子と電極とは、カーボンセメントの接着剤
によって結合される。また、正極集電子に黒鉛性カーボ
ン材を用いる場合は、その表面に、非晶質カーボンをコ
ーティングあるいは含浸焼成処理することにより、塩化
物溶融塩との反応でしばしば懸念されるインターカレー
ションによるカーボン材の膨脹破壊を避けることが可能
となる。
も機械的強度の比較的高い緻密質の黒鉛性カーボン、又
は非晶質カーボンを適用し、また電極材料には、多孔性
の非晶質カーボンフォーム、あるいは発泡体を適用す
る。正極集電子と電極とは、カーボンセメントの接着剤
によって結合される。また、正極集電子に黒鉛性カーボ
ン材を用いる場合は、その表面に、非晶質カーボンをコ
ーティングあるいは含浸焼成処理することにより、塩化
物溶融塩との反応でしばしば懸念されるインターカレー
ションによるカーボン材の膨脹破壊を避けることが可能
となる。
【００１６】また、その電極材料には、既に発明者らが
同ナトリウム二次電池の正極材料の細孔構造において適
正化を図った特願平５−２２２３２６号の特許出願範囲
の条件に従い、気孔率を少なくとも８５％以上で連通気
孔形態を有する細孔構造であることが同電池性能にとっ
て好ましいことが明らかとなっている。ここで、気孔率
を８５％以上にするのは、セルの内部抵抗がもともと小
さい為に充放電反応時の余分な過電圧が小さくなり、そ
れらの反応が常に可逆的かつ均一に行われるからであ
る。
同ナトリウム二次電池の正極材料の細孔構造において適
正化を図った特願平５−２２２３２６号の特許出願範囲
の条件に従い、気孔率を少なくとも８５％以上で連通気
孔形態を有する細孔構造であることが同電池性能にとっ
て好ましいことが明らかとなっている。ここで、気孔率
を８５％以上にするのは、セルの内部抵抗がもともと小
さい為に充放電反応時の余分な過電圧が小さくなり、そ
れらの反応が常に可逆的かつ均一に行われるからであ
る。
【００１７】
【作用】ここでは、本発明の手段が最も効果を発揮する
硫黄の正極活物質を用いた時のナトリウム二次電池を例
に取り、まず具体的な充放電反応を下記数５，数６に示
す。
硫黄の正極活物質を用いた時のナトリウム二次電池を例
に取り、まず具体的な充放電反応を下記数５，数６に示
す。
【００１８】
【数５】
【００１９】
【数６】
【００２０】数５は、ＮａＣｌの析出を伴わない放電反
応を示しており、この反応は、従来のタングステン電極
においても可逆的に起きる過程にある。また、数５にお
ける理論エネルギー密度は５５２Ｗｈ／Ｋｇである。数
５の反応に引き続き、数６の放電に移行するとＮａＣｌ
の析出を伴い、この反応過程では、従来のタングステン
電極では、再充電が不可能となるが、本発明のカーボン
集電子とカーボンフォーム電極との組み合わせでは、そ
の反応を可逆的速やかに進行させることができる。ま
た、数６における理論エネルギー密度は１７４Ｗｈ／Ｋ
ｇであり、従って本発明によれば、従来の数５の反応の
みならず、数６の反応領域まで充放電を可能とし、理論
的には従来のエネルギー密度５５２Ｗｈ／Ｋｇを７２６
Ｗｈ／Ｋｇまで向上させることができる。
応を示しており、この反応は、従来のタングステン電極
においても可逆的に起きる過程にある。また、数５にお
ける理論エネルギー密度は５５２Ｗｈ／Ｋｇである。数
５の反応に引き続き、数６の放電に移行するとＮａＣｌ
の析出を伴い、この反応過程では、従来のタングステン
電極では、再充電が不可能となるが、本発明のカーボン
集電子とカーボンフォーム電極との組み合わせでは、そ
の反応を可逆的速やかに進行させることができる。ま
た、数６における理論エネルギー密度は１７４Ｗｈ／Ｋ
ｇであり、従って本発明によれば、従来の数５の反応の
みならず、数６の反応領域まで充放電を可能とし、理論
的には従来のエネルギー密度５５２Ｗｈ／Ｋｇを７２６
Ｗｈ／Ｋｇまで向上させることができる。
【００２１】
【実施例】以下、この発明の実施例を比較例とともに図
面を参照して説明する。 （実施例）図１を参照する。
面を参照して説明する。 （実施例）図１を参照する。
【００２２】図中の符号１はＳＵＳ製の正極集電蓋であ
り、その内面には溶融塩のガスによる腐食を防ぐため
に、Ｎｉメッキを施している。正極の集電は、カーボン
集電子（正極集電子）２と多孔性の非晶質カーボン電極
（正極カーボン電極）３から成り、その両者はカーボン
セメントにより接合され、その正極集電子２の上端を正
極集電蓋１とはねじ込み方式により電気的な接触が保た
れている。また、正極カーボン電極３の細孔構造は、気
孔率９５〜９７％，気孔径１００〜５００μｍ，表面積
５０００ｍ2 ／ｍ3 のフォーム体である。
り、その内面には溶融塩のガスによる腐食を防ぐため
に、Ｎｉメッキを施している。正極の集電は、カーボン
集電子（正極集電子）２と多孔性の非晶質カーボン電極
（正極カーボン電極）３から成り、その両者はカーボン
セメントにより接合され、その正極集電子２の上端を正
極集電蓋１とはねじ込み方式により電気的な接触が保た
れている。また、正極カーボン電極３の細孔構造は、気
孔率９５〜９７％，気孔径１００〜５００μｍ，表面積
５０００ｍ2 ／ｍ3 のフォーム体である。
【００２３】固体電解質材には、Ｌｉ2 Ｏ3 安定化され
た高ナトリウムイオン導電性のβ”アルミナチューブ４
（外径３０mmφ，厚み１．５mmt ，全長１６０mm（有効
長さ１１０mmＬ）を使用し、その開口部は負極と正極と
の短絡を避ける為に絶縁性のαアルミナ５とガラスシー
ルによって接合されている。前記β”アルミナチューブ
４の外側には、負極の液体ナトリウム６を配し、その負
極室はＳＵＳ製の負極容器７で密閉されている。また、
両極室の外界との遮断シールには、Ｎｉメッキを施した
ＳＵＳ製の中空性Ｏリング８を使用している。また、フ
ランジボルトの材質には、熱伸び差の小さいＳ30Ｃ級の
炭素鋼を適用し、ボルトによる両極フランジ間の短絡を
避けるため、絶縁性の耐熱シート９を設けている。
た高ナトリウムイオン導電性のβ”アルミナチューブ４
（外径３０mmφ，厚み１．５mmt ，全長１６０mm（有効
長さ１１０mmＬ）を使用し、その開口部は負極と正極と
の短絡を避ける為に絶縁性のαアルミナ５とガラスシー
ルによって接合されている。前記β”アルミナチューブ
４の外側には、負極の液体ナトリウム６を配し、その負
極室はＳＵＳ製の負極容器７で密閉されている。また、
両極室の外界との遮断シールには、Ｎｉメッキを施した
ＳＵＳ製の中空性Ｏリング８を使用している。また、フ
ランジボルトの材質には、熱伸び差の小さいＳ30Ｃ級の
炭素鋼を適用し、ボルトによる両極フランジ間の短絡を
避けるため、絶縁性の耐熱シート９を設けている。
【００２４】（比較例１，２） 図２（比較例１）、図３（比較例２）を参照する。比較
例１については、正極集電部以外の構成は図１と同様で
ある。正極集電部及び正極には、１mmφのタングステン
スパイラルを用いた。また、図３には、図１の正負極室
の配置を逆にした構造をしており、その正極集電子及び
電極２ａには黒鉛性のカーボンフェルト（表面積１９０
００ｍ2 ／ｍ3 ）を使用し、その圧縮時の弾性応力によ
って正極容器11との電気的接触が保たれている。前記正
極容器11は、溶融塩と直接接する為、その内面にはタン
グステンの溶射皮膜をコートし、容器の腐食を極力抑え
る構造としている。β”アルミナチューブの外径は、図
１の構造における電池容量と略同じになるようにする
為、２６mm径φ（厚み１mmｔ）と細くしている。
例１については、正極集電部以外の構成は図１と同様で
ある。正極集電部及び正極には、１mmφのタングステン
スパイラルを用いた。また、図３には、図１の正負極室
の配置を逆にした構造をしており、その正極集電子及び
電極２ａには黒鉛性のカーボンフェルト（表面積１９０
００ｍ2 ／ｍ3 ）を使用し、その圧縮時の弾性応力によ
って正極容器11との電気的接触が保たれている。前記正
極容器11は、溶融塩と直接接する為、その内面にはタン
グステンの溶射皮膜をコートし、容器の腐食を極力抑え
る構造としている。β”アルミナチューブの外径は、図
１の構造における電池容量と略同じになるようにする
為、２６mm径φ（厚み１mmｔ）と細くしている。
【００２５】次に、図１，図２及び図３の電池構造に基
づき、後述の実施例で用いた各セルの仕様について述べ
る。なお、正極活物質のセレン及び硫黄を用いたセル
を、それぞれＮａ／ＳｅＣｌ4 ，Ｎａ／ＳＣｌ4 と以下
略記する。
づき、後述の実施例で用いた各セルの仕様について述べ
る。なお、正極活物質のセレン及び硫黄を用いたセル
を、それぞれＮａ／ＳｅＣｌ4 ，Ｎａ／ＳＣｌ4 と以下
略記する。
【００２６】図１と図２においては、Ｎａ／ＳｅＣｌ4
セルにより比較実施し、その時の各セルの諸条件を下記
表１に示す。表１中の理論容量は、前述した充放電反応
式５，式６に従うときの値を示す。本発明に係わる図１
のカーボン電極を適用したセル名を「セル１」、及びタ
ングステン電極を用いた従来型のセル名を「比較セル
１」とした。いずれのセルにおいても、Ｎａ／ＳＣｌ4
セルにおいては、放電からのセル組立てとしている。
セルにより比較実施し、その時の各セルの諸条件を下記
表１に示す。表１中の理論容量は、前述した充放電反応
式５，式６に従うときの値を示す。本発明に係わる図１
のカーボン電極を適用したセル名を「セル１」、及びタ
ングステン電極を用いた従来型のセル名を「比較セル
１」とした。いずれのセルにおいても、Ｎａ／ＳＣｌ4
セルにおいては、放電からのセル組立てとしている。
【００２７】
【表１】
【００２８】なお、表１において、(5) は式５を意味
し、(6) が式６を意味する（後記表２，表３の場合も同
様）。図１と図３における実施例には、Ｎａ／ＳＣｌ4
とＮａ／ＳｅＣｌ4 の両タイプのセルについて実施し、
この時のセルの仕様条件を下記表２に示す。Ｎａ／ＳＣ
ｌ4 のセル１については、前述の表１に記載されたもの
と同一である。また、Ｎａ／ＳＣｌ4 については、完全
充電からの組立による。
し、(6) が式６を意味する（後記表２，表３の場合も同
様）。図１と図３における実施例には、Ｎａ／ＳＣｌ4
とＮａ／ＳｅＣｌ4 の両タイプのセルについて実施し、
この時のセルの仕様条件を下記表２に示す。Ｎａ／ＳＣ
ｌ4 のセル１については、前述の表１に記載されたもの
と同一である。また、Ｎａ／ＳＣｌ4 については、完全
充電からの組立による。
【００２９】
【表２】
【００３０】なお、本実施例におけるナトリウム電池の
負極室は、いずれもナトリウム液の濡れ性と毛管現象を
利用したウィック構造を配備していないことから、ここ
ではナトリウム重量やその利用率に関する評価についっ
て触れないこととした。但し、ナトリウム液とβ”アル
ミナチューブとの界面の濡れ性を良くする目的で、次の
ような前処理を行っている。
負極室は、いずれもナトリウム液の濡れ性と毛管現象を
利用したウィック構造を配備していないことから、ここ
ではナトリウム重量やその利用率に関する評価についっ
て触れないこととした。但し、ナトリウム液とβ”アル
ミナチューブとの界面の濡れ性を良くする目的で、次の
ような前処理を行っている。
【００３１】即ち、β”アルミナチューブは、全て４０
０℃で１週間以上真空乾燥処理し十分付着水分を除去し
た後、２ppm 以下の溶存酸素量に抑えた液体ナトリウム
注入し、再度３５０〜４００℃で約２，３日熱処理を施
している。また、溶融塩の調整及びセルの組立作業は、
全て１ppm 以下の酸素及び水分に管理された窒素循環雰
囲気のグローブボックス内で行っている。
０℃で１週間以上真空乾燥処理し十分付着水分を除去し
た後、２ppm 以下の溶存酸素量に抑えた液体ナトリウム
注入し、再度３５０〜４００℃で約２，３日熱処理を施
している。また、溶融塩の調整及びセルの組立作業は、
全て１ppm 以下の酸素及び水分に管理された窒素循環雰
囲気のグローブボックス内で行っている。
【００３２】各セルの充放電サイクル試験は、定電流法
により実施し、作動温度はいずれもＰＩＤ制御方式の電
気ヒーターにより２００℃に保持している。以下に、本
発明に係わる充放電試験の実施例について述べる。
により実施し、作動温度はいずれもＰＩＤ制御方式の電
気ヒーターにより２００℃に保持している。以下に、本
発明に係わる充放電試験の実施例について述べる。
【００３３】（実施例１）ここでは、上記表１のＮａ／
ＳＣｌ4 セルの仕様条件に基づく充放電特性について説
明する。まず、図４には同電池の典型的な充放電カーブ
を示している。図４から明らかのように、両セルの理論
容量が略同じであるにも関わらず、従来のタングステン
電極を用いた比較セル１とカーボン電極を用いたセル１
とで放電容量が大きく異なることが分かる。これは、前
述の「作用」の欄でも述べたように、タングステン電極
では、一段目の反応（式５）しか起こらないのに対し
て、カーボン電極では、二段目の反応（式６）も可逆的
に進行し得ることを示している。また、下記表３にはこ
の時の各セルの性能について示している。一段目の反応
過程における電池の内部抵抗には、余り差が見られない
が、セル１では二段目の放電反応を可能することで、エ
ネルギー密度を比較セル１に比べて約２倍以上向上させ
ることができる。
ＳＣｌ4 セルの仕様条件に基づく充放電特性について説
明する。まず、図４には同電池の典型的な充放電カーブ
を示している。図４から明らかのように、両セルの理論
容量が略同じであるにも関わらず、従来のタングステン
電極を用いた比較セル１とカーボン電極を用いたセル１
とで放電容量が大きく異なることが分かる。これは、前
述の「作用」の欄でも述べたように、タングステン電極
では、一段目の反応（式５）しか起こらないのに対し
て、カーボン電極では、二段目の反応（式６）も可逆的
に進行し得ることを示している。また、下記表３にはこ
の時の各セルの性能について示している。一段目の反応
過程における電池の内部抵抗には、余り差が見られない
が、セル１では二段目の放電反応を可能することで、エ
ネルギー密度を比較セル１に比べて約２倍以上向上させ
ることができる。
【００３４】
【表３】
【００３５】以上の実施例１によれば、Ｎａ／ＳｅＣｌ
4 タイプの電池においても、同様に放電時にＮａＣｌの
析出を伴う結果、表面積が高いカーボン電極を適用する
ことによって、従来のタングステン電極よりも高いエネ
ルギー密度が得られることが容易に推定される。
4 タイプの電池においても、同様に放電時にＮａＣｌの
析出を伴う結果、表面積が高いカーボン電極を適用する
ことによって、従来のタングステン電極よりも高いエネ
ルギー密度が得られることが容易に推定される。
【００３６】（実施例２）ここでは、上記表２に記載さ
れているＮａ／ＳＣｌ4 セルを用いた時の充放電サイク
ル寿命について述べる。下記表４にその時のサイクル条
件を示している。セル１と比較セル２の違いは、β”ア
ルミナチューブを介して正極室と負極室の配置を換えた
セル構造にあり、正極室の電極材料については多孔性の
カーボン材料という点で同類と見なせる。従って、この
場合は、実施例１で示されたようなエネルギー密度の違
いはほとんどないが、図５で示しているように、サイク
ル寿命の点では大きな違いが認められることが分かる。
れているＮａ／ＳＣｌ4 セルを用いた時の充放電サイク
ル寿命について述べる。下記表４にその時のサイクル条
件を示している。セル１と比較セル２の違いは、β”ア
ルミナチューブを介して正極室と負極室の配置を換えた
セル構造にあり、正極室の電極材料については多孔性の
カーボン材料という点で同類と見なせる。従って、この
場合は、実施例１で示されたようなエネルギー密度の違
いはほとんどないが、図５で示しているように、サイク
ル寿命の点では大きな違いが認められることが分かる。
【００３７】
【表４】
【００３８】図５の中で、本実施例のセル１と比較例２
では、初期の内部抵抗はいずれも９．５Ωcm2 であった
が、その後の内部抵抗のサイクル増加は比較セル２で顕
著に認められるものの、セル１ではほとんど認められな
い。６００サイクル後の、内部抵抗は、セル１で１０．
６Ωcm2 、比較セル２で２２．７Ωcm2 であり、その増
加率は約２程度異なることが分かる。また、これを充放
電効率に換算すると初期はいずれも約７７％であるが、
６００サイクル後は、セル１が７４％に止まるのに対し
比較セル２では５２％まで低下する。
では、初期の内部抵抗はいずれも９．５Ωcm2 であった
が、その後の内部抵抗のサイクル増加は比較セル２で顕
著に認められるものの、セル１ではほとんど認められな
い。６００サイクル後の、内部抵抗は、セル１で１０．
６Ωcm2 、比較セル２で２２．７Ωcm2 であり、その増
加率は約２程度異なることが分かる。また、これを充放
電効率に換算すると初期はいずれも約７７％であるが、
６００サイクル後は、セル１が７４％に止まるのに対し
比較セル２では５２％まで低下する。
【００３９】これは、明らかに正極室をβ”アルミナチ
ューブの内側に配する構造にすることで、正極側の容器
腐食を抑えられたものと判断される。従って、本実施例
によれば、正極材料に高表面積の多孔性カーボン電極と
カーボン集電端子を用い、かつ正極室をβ”アルミナチ
ューブの内側に配する電池構造とすることで、従来より
も、高いエネルギー密度とサイクル寿命を有する電池を
提供することができる。
ューブの内側に配する構造にすることで、正極側の容器
腐食を抑えられたものと判断される。従って、本実施例
によれば、正極材料に高表面積の多孔性カーボン電極と
カーボン集電端子を用い、かつ正極室をβ”アルミナチ
ューブの内側に配する電池構造とすることで、従来より
も、高いエネルギー密度とサイクル寿命を有する電池を
提供することができる。
【００４０】（実施例３）ここでは、上記表２に記載さ
れているＮａ／ＳｅＣｌ4 セルの仕様条件に基づき、実
施例２と同様にそのサイクル寿命について説明ずる。Ｎ
ａ／ＳｅＣｌ4 セルの寿命試験条件は、前記表４の記載
の通りである。図５に、これに該当するセル２及び比較
セル３の内部抵抗のサイクル数変化を示す。初期の内部
抵抗は、いずれも４．６５Ωcm2 であったが、サイクル
数に伴う内部抵抗の増加量は、セル２と比較セル３とで
大きく異なることが分かる。即ち、先の実施例２と同様
に、正極室をβ”アルミナチューブの内部に配したセル
２では、６００サイクル後も５．０３Ωcm2 とその増加
量が極めて小さくなるのに対し、その外部に配した比較
セル３では、８．９Ωcm2 まで増加している。
れているＮａ／ＳｅＣｌ4 セルの仕様条件に基づき、実
施例２と同様にそのサイクル寿命について説明ずる。Ｎ
ａ／ＳｅＣｌ4 セルの寿命試験条件は、前記表４の記載
の通りである。図５に、これに該当するセル２及び比較
セル３の内部抵抗のサイクル数変化を示す。初期の内部
抵抗は、いずれも４．６５Ωcm2 であったが、サイクル
数に伴う内部抵抗の増加量は、セル２と比較セル３とで
大きく異なることが分かる。即ち、先の実施例２と同様
に、正極室をβ”アルミナチューブの内部に配したセル
２では、６００サイクル後も５．０３Ωcm2 とその増加
量が極めて小さくなるのに対し、その外部に配した比較
セル３では、８．９Ωcm2 まで増加している。
【００４１】
【発明の効果】以上詳述したようにこの発明によれば、
腐食性の高い溶融塩を用い、かつ正極活物質をそのまま
固体電極として用いることのできないナトリウム二次電
池において、これまでβ”アルミナチューブの内側に正
極を配したセル構造とした時の正極集電構造、並びに正
極材料の問題点を克服でき、かつエネルギーの高密度化
とサイクル寿命の向上を提供できる。また、本実施例以
外の正極活物質として、ＳｂＣｌ3 −Ｓｂ，ＴｅＣｌ4
−Ｔｅ系についてもセレンや硫黄と同様に酸化充電状態
においては、イオンとして存在するため本発明による実
施例と同様な効果を波及することは容易に推定される。
腐食性の高い溶融塩を用い、かつ正極活物質をそのまま
固体電極として用いることのできないナトリウム二次電
池において、これまでβ”アルミナチューブの内側に正
極を配したセル構造とした時の正極集電構造、並びに正
極材料の問題点を克服でき、かつエネルギーの高密度化
とサイクル寿命の向上を提供できる。また、本実施例以
外の正極活物質として、ＳｂＣｌ3 −Ｓｂ，ＴｅＣｌ4
−Ｔｅ系についてもセレンや硫黄と同様に酸化充電状態
においては、イオンとして存在するため本発明による実
施例と同様な効果を波及することは容易に推定される。
【図１】この発明の一実施例に係るナトリウム二次電池
の断面図。
の断面図。
【図２】比較例１に係るナトリウム二次電池の断面図。
【図３】比較例２に係るナトリウム二次電池の断面図。
【図４】ナトリウム二次電池におけるセル電圧と電池容
量との関係を示す特性図。
量との関係を示す特性図。
【図５】ナトリウム二次電池における内部抵抗とサイク
ル数との関係を示す特性図。
ル数との関係を示す特性図。
１…正極集電蓋、 ２…正極集電子、 ３…
正極カーボン電極、４…β”アルミナチューブ、５…α
アルミナ、 ６…負極ナトリウム、７…負極容器、
８…Ｏリング、 ９…絶縁性耐熱シー
ト。
正極カーボン電極、４…β”アルミナチューブ、５…α
アルミナ、 ６…負極ナトリウム、７…負極容器、
８…Ｏリング、 ９…絶縁性耐熱シー
ト。
Claims (5)
- 【請求項１】 容器と、この容器内に配置され、該容器
を二個の部屋に分けるナトリウムイオンが選択的に通過
可能な固体電解質材を具備し、前記固体電解質材によっ
て仕切られた一方の部屋にナトリウムを必須成分とする
負極活物質を、もう一方の部屋に金属塩化物の混合塩と
カルコゲン属を必須成分とする正極活物質をそれぞれ充
填したナトリウム二次で電池において、 その正極の集電子材料に緻密性のカーボンを、電極材料
に多孔質の非晶質カーボンを用い、両者を化学的に結合
した正極構成からなることを特徴とするナトリウム二次
電池。 - 【請求項２】 前記固体電解質材に一端を封じたチュー
ブ型を用い、その内側に前記正極活物質を、その外側に
ナトリウムの負極活物質を配し、請求項１記載の正極集
電材と電極材を配備したことを特徴とするナトリウム二
次電池。 - 【請求項３】 前記正極集電子には、緻密性の黒鉛性カ
ーボン母材表面を、非晶質カーボンで被覆したもの、あ
るいは非晶質カーボンをそのまま母材としたものからな
り、その集電子と気孔率が少なくとも８５％以上で連続
した気孔形態を有する多孔性の非晶質カーボン電極を化
学的に結合したことを特徴とする請求項１又は請求項２
記載のナトリウム二次電池。 - 【請求項４】 正極活物質に塩化アルミニウム−塩化ナ
トリウム系の混合溶融塩とセレン又は四塩化セレンを用
いることを特徴とする請求項１又は請求項２あるいは請
求項３記載のナトリウム二次電池。 - 【請求項５】 正極活物質に塩化アルミニウム−塩化ナ
トリウム系の混合溶融塩と硫黄又は四塩化硫黄を用いる
ことを特徴とする請求項１又は請求項２あるいは請求項
３記載のナトリウム二次電池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6276407A JPH08138729A (ja) | 1994-11-10 | 1994-11-10 | ナトリウム二次電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6276407A JPH08138729A (ja) | 1994-11-10 | 1994-11-10 | ナトリウム二次電池 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08138729A true JPH08138729A (ja) | 1996-05-31 |
Family
ID=17568981
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6276407A Withdrawn JPH08138729A (ja) | 1994-11-10 | 1994-11-10 | ナトリウム二次電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH08138729A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110993878A (zh) * | 2019-11-15 | 2020-04-10 | 上海空间电源研究所 | 一种具有力学缓冲功能的防漏电绝缘卡环 |
| CN111473884A (zh) * | 2020-05-08 | 2020-07-31 | 许春生 | 一种减震稳固型热敏电阻 |
-
1994
- 1994-11-10 JP JP6276407A patent/JPH08138729A/ja not_active Withdrawn
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110993878A (zh) * | 2019-11-15 | 2020-04-10 | 上海空间电源研究所 | 一种具有力学缓冲功能的防漏电绝缘卡环 |
| CN111473884A (zh) * | 2020-05-08 | 2020-07-31 | 许春生 | 一种减震稳固型热敏电阻 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20020115 |