JPS6366863A - 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】 発明の目的 （産業上の利用分野） 本発明は単電池を接続した場合のスペース効率がよく、
固体電解質管の損傷、破損もなく、しかも陽極用導電材
の成形が容易でその接合部にすきまの生じないナトリウ
ム−硫黄電池に関するものである。

（従来の技術） 近年、電気自動車用、夜間電力貯蔵用の二次電池の開発
が盛んに行われており、中でもナトリウム−硫黄電池は
性能面及び経済面から浸れているので、重要視されてい
る。即ち、性能面で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っ
た副反応もなく、活物質の利用率も高く、また経済面で
はナトリウム及び硫黄が安価であるという特長を有して
いる。

このようなナトリウム−硫黄電池は陽極に溶帛硫黄、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βアルミナ製
の固体電解質管からなり、放電時には次のような反応に
よってす［−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は逆の反応が起こり、ナトリウ
ム及び硫黄が生成される。

ナトリウム−硫黄電池の構造は、第２図に示すように１
は陽極端子、２は同陽極端子１の上端部に立設された円
筒状陽極容器、３は同円筒状陽極容器２の上端部に固着
されたαアルミナ製の絶縁板、４は同絶縁板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
ルミナ製の円筒状固体電解質管であって、陰極作用物質
であるナトリウムイオンを透過させる機能を有している
。

５は上記絶縁板３の上端部に固着された円筒状のりザー
バー（陰極容器）、６は同リザーバー５の上部蓋の中央
部に固着され、リザーバー５を通して円筒状固体電解質
管４底部まで延びた細長い陰極管、７は同陰（モ管６の
上端部に固着された陰極端子である。

そして、８は陽極作用物質である硫黄を含んだカーボン
マツミル等の陽極用導電材、９は陰極作用物質である溶
融ナトリウムを含浸させたスデンレス製のウィックであ
る。

上記のような構成を右するナトリウム−硫黄電池の円筒
状陽極容器２の横断面の構造は、第１２図に示すように
円筒状をなし、中央で２分割された半ドーナツ状の陽極
用導電材８が２周充填されている。

陽極用導電材８の内側に位置する固体電解質管４も同様
に断面円形状をなし、さらに溶融すトリウムを含浸した
ステンレス製ウィック９を介してステンレス製ウィック
９の内側に位置する同じく断面円形状の陰極管を収容し
ている。

（発明が解決しようとする問題点） 上記のように従来のす１〜リウムー疏黄電池の陽極容器
２及び固体電解質管４はいずれも円筒状で陽極用導電材
８は中央で２分割された半ドーナツ状の形状を有してい
た。そのため単電池を接続した場合のスペース効率が悪
く、また丸型ｒＸＡ極用導電材８は直径方向には伸縮す
るが、それと直角の周方向には伸縮しないという性質を
もっているので、２つの丸型陽極用導電材８の接合部に
すきまが生じ、電流が不均一に流れるため円筒状固体電
解質管４に熱ひずみを生じ、円筒状固体電解質管４が損
傷したり、破損したりするという問題点があった。

また陽極用導電材８は半径が異るごとに特別に成形する
必要があった。

発明の構成 （問題点を解決するための手段） 本発明は前記問題点を解決するために、陽極容器を多角
筒状に形成するとともに、固体電解質管を同じく相似多
角筒状に形成して両者間に陽極用導電材収容空間を形成
し、陽極用導電材はその厚味方向に膨張可能でその多角
形の頂点位置において接合部を設けるという構成を採用
している。

（作用） 上記構成を採用したことにより、陽極用導電材の接合部
におけるお互いの膨張によって陽極用導電材同士が密着
し、すきまを生ずることがない。

また、固体電解質管内と陽極容器内との間の電流は、固
体電解質管の厚みが角部では厚く抵抗が大きいので角部
には流れにくく、角部以外の厚さの一様な多角形の辺を
均一に流れる。更に、電池の昇降温時に固体電解質管の
角部に陽極活物質である多硫化ナトリウムの熱膨張に起
因する熱ひずみについては、角部の厚さを厚くすること
により十分対応することができる。

（実施例） 次に本発明を具体化した一実施例を第１１技び第２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、第１図及び第
３〜１１図に示すように前記した従来のナトリウム−硫
黄電池の構造とは、陽極容器２、固体電解質管４及び陽
極用導電材８の構造を異にしている。その他の横這につ
いては従来のすトリウム−硫黄電池の構造と同様である
。

本発明における陽極容器２、固体電解買管４及び陽極用
導電材８の構造は、第１図に示すように２８は正方形の
形状を有する角筒状陽極容器、４ａは同角筒状陽極容器
２ａの形状に対応して正方形の形状を有する角筒状固体
電解質管、８ａは角筒状陽極容器２ａと角筒状固体電解
質管４ａの間に挿入された角型陽極用導電材であって、
Ｌ字状に形成された２つの陽極用導電材が収容されてい
る。この導電材は適正な圧力で圧縮成形され１２０℃以
上の高温で硫黄が含浸されたものである。

電池内に粗造まれた導電材は昇温中硫黄が溶融し、この
時に導電材の圧縮応力が解放されることにより復元し、
その接合部は互いに密着するようになっている。

６はナトリウム−硫黄電池の中心に位置する円筒状の陰
極管、９は角筒状固体電解質管４ａと陰極管６との間に
充填され、溶融ナトリウムを含浸したステンレス製ウィ
ックである。

次に上記実施例について作用を説明する。

上記実施例においては、陽極容器２ａ及び固体電解質管
４ａを正方形とし、その間に収容する陽極用導電材８ａ
を角型に形成したので、収容された陽極用導電材８ａの
面積ひいては体積が円筒状の場合に比べて２５％余り増
加し、それだけ多く陽極作用物質の硫黄及び陰極作用物
質のす１−リウムを収容することができるとともに、２
つの１字型の陽極用導電材８ａの接合部は一方關極用導
電材８ａの復元によって密着する。

また、陽極作用物質としての硫黄を含浸した角型陽極用
導電材８ａと陰極作用物質としてのすトリウムを含浸し
たステンレス製ウィック９との間の電流は、角筒状固体
電解質管４ａの厚みのある角部では、はとんど流れるこ
となく、角部より厚さのうすい多角形の辺の部分を均一
に定常的に流れる。

角筒状固体電解質管４ａ角部は抵抗が辺部分と異なり熱
ひずみが生ずるが、この部分の厚さを厚くすることによ
ってそれに十分耐えることができる。

本発明は上記実施例に限定されず次のように構成するこ
とができる。

（１）前記実施例では角形陽極用導電材８ａをＬ字形に
形成し、これを２個角箇状陽極容器２ａと角筒状固体電
解質管４ａの間の空間に収容したが、第３図に示すよう
に角形陽極用導電材８ａを長方形に形成し、これを４周
使用することができる。

この場合には角形陽極用導電材８ａは、まず長方形の長
尺物を成型し、これを所定の寸法に裁断することにより
容易に得られるという利点がある。

（２）角形陽（重用導電材８ａを前記実施例ではＬ字形
に形成し゛たが、第４図に示すようにＬ字形の陽極用導
電材８ａの接合部を角筒状陽極容器２ａの頂点と角筒状
固体電解質管４ａの頂点を結ぶ針線とすることができる
。

このように構成しても接合部は２つの角形陽極用導電材
８ａの双方から復元に基づく圧接力が加わり、密着され
る。

（３）角形陽極用導電材８ａを第５図に示すように台形
状に形成し、これを４個使用することができる。この場
合も角形陽極用導電材８ａの接合部は十分密着され、す
きまが生ずることはない。

（４）角筒状陽極容器２ａを第６図に示すように菱形と
し、角筒状固体電解質管４ａを同じく相似形の菱形とし
て、その間に同一形状で長方形の角形陽極用導電材８ａ
を４個収容することができる。

（５）角筒状陽極容器２ａを第７図に示すように台形と
し、角筒状固体電解質管４ａを同じく相似形の台形とし
て、その間にそれぞれ異なった長方形の角形陽極用導電
材８ａを４個収容するすることができる。

（６）角筒状陽極用容器２ａを第８図に示すように三角
形とし、角筒状固体電解質管４ａを同じく相似形の三角
形として、その間に同一形状で台形の角形陽極用ｉ９電
材８ａを３周収容することができる。

（７）角筒状陽極容器２ａを第９図に示すように五角形
とし、角筒状固体電解質管４ａをそれと相似形の五角形
として、その間の空間に同一形状で台形の角形陽極用導
電材８ａを５個収容することができる。

（８）角筒状陽極容器２ａを第１０図に示すように六角
形として、角筒状固体電解質管４ａをそれと相似形の六
角形として、その間の空間に同一形状で台形の陽（重用
３９雷材８ａを６個収容することができる。

（９）角筒状陽極容器２ａを第１１図に示すように八角
形とし、角筒状固体電解質管４ａをそれと相似形の八角
形として、その間の空間に同一形状で台形の陽（々用導
電材８ａを８個収容することができる。

上記した角型陽極用導電材８ａの接合部の形状は、角筒
状陽極容器２ａ及び角筒状固体電解質管４ａのいずれの
形状においても、角筒状陽極容器２ａと角筒状固体電解
質管４ａの頂点を結ぶ線又は角筒状固体電解質管４ａの
各辺を延長した線のいずれであってもよい。

また、第９図及び第１１図に示す五角形と八角形の場合
には、単電池を接続する際各辺に対応させて連続して接
続することはできないが、第９図及び第１１図に示すよ
うに付加部分１０の面積に相当する分だけ円筒形の場合
より多く角形陽極用導電材８ａ及びスデンレス製ウィッ
ク９を収容することができる。

なお、角筒状陽極容器２ａ及び角筒状固体電解質管４ａ
の横断面形状は、上記のように多角形であるが、多角形
の辺の故が多くなると円形に近付き、それらの間に収容
されている角形陽極用導電材８ａの接合部の密着性が悪
くなるので好ましくない。

発明の効果 本発明の角形のナトリウム−硫黄電池は、従来の丸形の
ナトリウム−硫黄電池に比べてスペース効率が向上し、
単電池を接続した場合敷地を有効に利用できるとともに
、陽極導電材の接合部にすきまを生ずることなく、固体
電解０管に熱ひずみを生じないので、固体電解質管が損
（具したり、破損したりすることがない。

また、角形陽極用導電材を特に長方形状に成形する場合
には、成形が連続のシー１−とじて容器にでき、任意の
寸法に裁断加工が可能であるという優れた効果を奏する
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示し、第２図におけるＡ−
Ａ拡大断面図、第２図はナトリウム−硫黄電池の縦断面
図、第３〜１１図は本発明の別個を示し、第２図におけ
るＡ−Ａ拡大断面図、第１２図は従来のナトリウム−硫
黄電池を示し、第２図におけるＡ−Ａ拡大断面図である
。 ２ａ・・・角筒状陽極容器、４ａ・・・角筒状固体電解
質管、８ａ・・・角形陽極用導電材。 特許出願人　　日本碍子　株式会社 代　理　人　　弁理士　　恩１）博宣 第−７図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、陽極容器（２ａ）を多角筒状に形成するとともに、
   固体電解質管（４ａ）を同じく相似多角筒状に形成して
   両者間に陽極用導電材（８ａ）収容空間を形成し、陽極
   用導電材（８ａ）はその厚味方向に膨張可能でその多角
   形の頂点位置において接合部を設けたことを特徴とする
   ナトリウム−硫黄電池。 ２、陽極容器（２ａ）の横断面形状が正方形、菱形、台
   形、三角形、五角形、六角形又は八角形である特許請求
   の範囲第１項に記載のナトリウム−硫黄電池。 ３、陽極用導電材（８ａ）の横断面形状がＬ字形、長方
   形、変則六角形、台形又は平行四辺形である特許請求の
   範囲第１項に記載のナトリウム−硫黄電池。