JPS60235369A - ナトリウム−硫黄電池 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はナトリウム−硫黄電池の陽極に関するもので、
陽極電導材と固体電解質管との間に硫黄間食性の多孔性
金属を配することンこより、陽極活物質の利用率を高め
るものである。

ナトリウム−硫黄電池の陽極室は第１図の縦断面図１こ
示す如く、ナトリウムイオン伝導性のｒ−アルミナ、β
−アルミナなどからなル固体電解質管１の外側を陽極室
とし、上端にガラス接合されたα−アルミナリング２の
下面ｔこは陽極蓋３が熱圧接合されている。陽極蓋３に
溶接された！［４と固体電解質管１との間に陽極活物質
５の硫黄又は多硫化ナトリウムを含浸した陽極電導材６
が配設され、底にグラファイトフェルト円板７を配し、
底蓋８を電槽４ｔこ溶接して構成されている。電池作動
温度３００℃〜６７０℃ｌこおいて、放電時は陰極活物
質のすＩＩウムはイオン化して固体電解質管１を通り陽
極室で陽極活物質５と反応して放電生成物ＮａｚＳＸと
なり、陽極電導材６中の陽極活物質５の組成がＮ　ａ　
ｘ　Ｓ　２．ｙ〜３ｏｆこなった時点で放電停止する。

充電時は、放電生成物中のナトリウムが陰極室内１こも
どされるが、第２図に示される如く即放電においては全
ての硫黄が放電末組成となり理論容量値が認められたが
、１サイクル充電では約７０％しか充電できなかった。

さらに以後の充放電サイクルでも同様の傾向を示し、１
５０サイクル時の充電量は理論容量値の約５４％で陽極
活物質の利用率は約５４％となり、以後のサイクルでも
さらに減少することが他の電池試験結果からも確認され
た。

本発明は上記した陽極活物質利用率低下を改善するもの
で、第３図の要部拡大図及び第４図の要部拡大斜視図に
示す如く、固体電解質管１と陽極電導材６との間に硫黄
または多硫化ナトリウムｔこより少なくとも表面が硫化
され得る金属材９を設けたものである。

陽極活物質５にナトリウムイオンが移動しうるように該
金属材９に通路が設けられている。

通路形成として金属材の形状を多孔性の、例えば繊維体
（フェルト状の不織布、繊維を加圧焼成した不織布など
）、編状体、焼結体（繊維、粉体など）、無数の穴又は
スリットを設けた板状の繊維体及び焼結体、ネットなど
とするのが適当である。繊維体の場合、１サイクル時の
ｍＪ記利用率は９４％〜９６％で最も優れていた。

編状体では８６％〜９０％、焼結体では８７％〜９２％
、穴又はスリットでは７２％〜７６％、ネットでは７５
％〜８３％であった。また金属材９の材質は表面又は全
体が容易に硫黄量′び多硫化ナトリウムｅこ腐食される
アルミニウム、銅、ニッケル、鉄、亜鉛、鉛、錫、ステ
ンレス、マグネシウム等の金属又は合金で被覆又は単体
からなり、特に鉄の場合が望ましい。また、金属材９の
厚みは２ｎ以下が望ましい。２１以上あれば金属を硫化
させると陽極活物質５中の電池反応ｅこ寄与する有効硫
黄量を減少せしめ、電池容量を低下させ、金属硫化物層
のＪｖのが増加し、ナ）ＩＪウムイオンの移動を妨げ、
電池の内部抵抗を高める等電池性能を悪化せしめる。さ
らに金属材９の多孔度もまた上記要因の１つともなるが
、約７５体積％〜約９８体積％であれば特に影響を与え
ることはなく、金属材９が硫化される封だけ余分をこ硫
黄量を増加させておけは良い。以下実施例により説明す
る。

金属材９として繊維径約２５μ、繊維長約５〜１００Ｎ
の鉄繊維を平均孔径約１５０μで厚さ約０．４　ＭＭの
不織布とし、陽極電場材乙の内面ケこ配し、硫黄を含浸
せしめて加圧成型し、縦２分割の陽極成型体を２個電池
に用いて充放電試験をしたところ第２図の破線に示す如
く、１５０サイクルを経ても電池容量の減少はほとんど
認められず、陽極活物質の利用率は約９４％であった。

さらに本発明の他の特徴は金属材９を電池内に収容又は
成型しやすくするため、゛縦方向又は横方向又は斜め方
向に少なくとも２分割され、さらにこの分割は陽極電導
材６と同じになっていることである。これは金属材９を
陽極電導材６の表面上で陽極活物質５で固定させること
により取扱いを容易にする一方、金属材９を電池ｔこ収
納すること？こより電油を電池作動温度に昇温させると
、陽極活物質５が溶融し、陽極電導材６を固体電解質管
１の表面に抑圧、接触させるようｔこ勧かせることにあ
る。このような構成の本発明が陽極活物質の利用率を向
上させる主因は、硫化された金属材９が陽極電導材６と
固体電解質管１との間でｉｌＥ気抵抗抵抗層て作用する
と共に、陽極電導材６内に泥状物質となて一部侵入し、
電気抵抗勾配を形成することで、充電中の硫黄の偏析を
防止し、陽極電導材６中の陽極活物質５のＮａ＊ＳＸ→
２Ｎａ＋　ｘｓ　なる反応をより一層促進したものであ
る。この効果は金属材９が硫化されるに従い、すなわち
充放電ザイクルを経るｔこ従い顕著に現われてくる。

以下さらに他の実施例をもって説明する。

、実施例１．繊維径８μの７テンレスフエルトを気孔率
９４％になるよう加圧成型して厚さ０．８ｎとした金属
材９を用いた場合、即放電谷量１５６ＡＨに対し、１５
０　サイクル時は約１５０’ＡＨであった。

実施例２　繊維径０．１ｆｌの銅ワイヤーをネット状と
し、厚み０４鰭とした場合、陽極活物質の利用率は１５
０サイクル時で約７８％であった。

なお、電池形状Ｖこより本発明の金属材９の大きさは異
なり、長さ、巾、気孔率及び完全に硫化されるに至る日
数及び硫化に要する硫黄量等々については特に限定する
ものではない。

以上説明した如く本発明はナトリウム−硫黄電池の陽極
活物質の利用率を高めるのに効果があり、その工業的価
値は大なるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図・・・ナトリウム−硫黄電池の縦断面図第２図・
充放ｉｔ電圧特性図 第３図・本発明電池の要部拡大図 第４回・本発明電池の要部拡大斜視図 １・・・固体電解質管　６・・陽極電導材５・・陽極活
物質　９・・・金属材 出願人　湯浅電池株式会社 第１図 第３図　第４図 第２図 、１ＩＩ１１１１時間（Ｉｌ）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）　ナトリウムイオン伝導性固体電解質管とグラフ
   ァイトフェルト又はカーボンフェルトからなる陽極電導
   材との間に硫黄または多硫化ナトリウム１こより少なく
   とも表面が硫化され得る金属材を設けたことを特徴とす
   るナトリウム−硫黄電池。 （２）金属材の厚みが２Ｈ以下であることを特徴とする
   特許請求の範囲第１項記載のナトリウム−硫黄電池。 （５）金属材が多孔性であることを特徴とする特許請求
   の範囲第１項及び第２項記載のナトリウム−硫黄電池。 （４）金属材がフェルト、不織布などの繊維体、編状体
   、穴又はスリットを有する板状体、又は焼結体からなる
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項〜第３項記載の
   ナトリウム−硫黄電池。 （５）金属材が縦方向又は横方向又は斜め方向に少なく
   とも２分割されていることを特徴とする特許請求の範囲
   第１項〜第４項記載のナトリウム−硫黄電池。 （６）金属材は陽極電導材表面上に陽極活物質によって
   成型固定され、電池作動温良において固体電解質管表面
   に圧接されることを特徴とする特許請求の範囲第１項〜
   第５項記載のナトリウム−硫黄電池。 （７１金属材がアルミニウム、ニッケｔｖ、’ｉＸＬ鉄
   、錫、亜鉛、鉛、マグネシウム、クロム、ステンレスな
   どの金属又は合金で、被覆又は、単体でなることを特徴
   とする特許請求の範囲第１榎〜第６項記載のナトリウム
   −硫黄電池。