陽極容器、鈉硫電池及模塊電池的製作方法

2023-04-26 08:19:36 1

專利名稱：陽極容器、鈉硫電池及模塊電池的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及用於鈉硫電池(下面，稱之為「NaS電池」)中的陽極容器、具有該陽極容器的NaS電池及模塊電池。
背景技術：
就現有的NaS電池的陽極容器而言，公知有如下的結構在陽極容器的直筒部的中途位置形成有縮頸部(例如，參照JP特開平9-82357)。通過在陽極容器上形成這樣的縮頸部，來減弱固體電解質管所受的應力，從而防止固體電解質管受到損傷，其中，上述應カ是，因為由金屬形成的陽極容器和收容在陽極容器的內部的由￠-氧化鋁形成的固體電解質管之間的熱膨脹率不同，以及當電池冷卻時在陽極容器的底部所固化的多硫化鈉頂起固體電解質管而產生的。
·[0003]然而，在現有的陽極容器中，並不是在充分考慮到NaS電池的長期的工作時間的·情況下設定了縮頸部的形狀等，所以希望提供ー種固體電解質管所受到的應カ更小從而能夠更加可靠地防止固體電解質管受到損傷的陽極容器及NaS電池。

實用新型內容本實用新型是鑑於這樣的問題而提出的，其目的在於，提供一種陽極容器、具有該陽極容器的NaS電池及模塊電池，該陽極容器即使在NaS電池的長期的工作時間內，也使固體電解質管所受到的應カ小，從而能夠更加可靠地防止固體電解質管受到損傷。用於實現上述目的的本實用新型的陽極容器，由金屬製成且用於鈉硫電池中，具有筒部、堵塞該筒部的下端部的底蓋，該陽極容器用於收容筒狀有底的固體電解質管、充填在該固體電解質管的內側的鈉、充填在該固體電解質管的外側的硫磺，其特徵在於，上述筒部具有直筒部和形成在該直筒部的中途位置的縮頸部，上述縮頸部的凸部前端的壁厚tl相對於上述直筒部的壁厚t2的關係滿足1/2 ^ tl/t2 ^ 1，在上述縮頸部的凸部前端處的內徑為上述直筒部的內徑的60%以上且90%以下，在上述筒部的長度方向上的上述縮頸部的寬度為上述筒部的全長的2%以上且10%以下。這裡，優選地，上述縮頸部配置於特定位置，該特定位置是指，在電池溫度360°C、電池的放電末期時位於陽極活性物質的液面的上方的位置。另外，本實用新型的鈉硫電池具有上述的陽極容器。另外，本實用新型的模塊電池具有多個作為單電池的鈉硫電池。若採用本實用新型的陽極容器、鈉硫電池及模塊電池，則通過將縮頸部的形狀、壁厚設定在上述範圍內，能夠更加有效地緩和陽極容器和固體電解質管之間的熱膨脹率的不同、因電池冷卻時在陽極容器的底部固化的多硫化鈉而固體電解質管受到的應力，因此，即使在NaS電池的長期的工作時間內也能夠使固體電解質管所受到的應カ變小，從而能夠更加可靠地防止固體電解質管受到損傷。
圖I是本實用新型的具有陽極金屬件的NaS電池的剖視圖。圖2是上述陽極金屬件的縮頸部附近的局部剖視圖。附圖標記的說明I NaS 電池2陽極金屬件4固體電解質管21 筒部22 底蓋41直筒部42縮頸部tl縮頸部的凸部前端的壁厚t2直筒部的壁厚rl縮頸部的凸部前端處的內徑r2直筒部的內徑hi縮頸部的寬度h2筒部的全長
具體實施方式
下面，參照附圖，對本實用新型的用於NaS電池中的陽極容器、具有該陽極容器的NaS電池及模塊電池進行說明。如圖I所示，NaS電池I具有圓筒狀的陽極容器2 ;熔融硫磺，其含浸在碳氈(carbon felt)等中；盒子3，其用於收容熔融金屬鈉；圓筒狀有底的固體電解質管4，其在內部收容有該盒子3，並具有選擇性地使鈉離子透過的功能；圓筒狀有底的隔壁管5，其位於盒子3和固體電解質管4之間的空隙部，與該盒子3及固體電解質管4分別具有規定的間隔。固體電解質管4藉助利用玻璃來接合其開ロ端上的由a-氧化鋁製成的絕緣環6及陽極金屬件7來與陽極容器2相結合。由此，陽極容器2和固體電解質管4成為一體，所以因陽極容器2和固體電解質管4的熱膨脹率不同而在固體電解質管4上電池升溫時或降溫時會產生應力，這在現有的NaS電池中成為固體電解質管4受到損傷的原因之一。另外，在絕緣環6的上表面熱壓接合有陰極金屬件8，該陰極金屬件8通過焊接與陰極蓋9相固定。在盒子3的上部空間，以規定的壓力封入有氮氣、氬氣等非活性氣體，該非活性氣體對盒子3內的鈉Na施加朝向設置於盒子底部的小孔31流出的方向的壓力。在具有上述結構的NaS電池I中，當放電時，從盒子3的小孔31供給的鈉Na在隔壁管5和盒子3之間空隙內向上方移動，然後越過隔壁管5的上端，在隔壁管5和固體電解質管4之間的空隙內向下方移動，進而變為鈉離子透過固體電解質管4，與陽極容器2內的硫磺S及通過外部電路到達的電子發生反應，生成多硫化鈉。當充電時，與放電時相反，發生用於生成鈉及硫磺的反應。另外，NaS電池I還具有剛性容器10，該剛性容器10收容陽極容器2，由於限制陽極容器2因熱膨脹而在上下方向上伸長。剛性容器10採用剛性比陽極容器2的剛性高的金屬，例如採用不鏽鋼等。剛性容器10具有有底筒部81，其以覆蓋陽極容器2的底面及側面的狀態收容陽極容器2 ;環狀突起部82，其從該有底筒部81的上端部向內側方向伸出且伸出至陽極容器2的筒部21的上端部的上方。當陽極容器2發生熱膨脹吋，剛性容器10的環狀突起部82與筒部21的 上端部相抵接，由此限制陽極容器2在上下方向上伸長。剛性容器10的內徑比陽極容器2的內徑大，形成為能夠輕鬆插入陽極容器2的程度。例如，在將陽極容器2收容於有底筒部81中後，通過焊接等將環狀突起部82安裝在有底筒部81上。陽極容器2由鋁或鋁合金等金屬形成，並具有筒部21和堵塞該筒部21的下端部的底蓋22。在陽極容器2內收容有固體電解質管4、填充在固體電解質管4的內側的鈉、填充在固體電解質管4的外側的硫磺。另外，筒部21具有直筒部41和形成在該直筒部41的中途位置的縮頸部42。在直筒部41的內面形成有緩蝕層43。緩蝕層43是例如對粉末狀的鉻鐵類合金等材料進行等離子濺射來形成的。另外，在陽極容器2中，縮頸部42的凸部前端42a的壁厚tl相對於直筒部41的壁厚t2的關係滿足1/2 ^ tl/t2 ^ 1，而且，在縮頸部42的凸部前端42a處的內徑rl為直筒部41的內徑r2的60%以上且90%以下，在筒部21的長度方向上的縮頸部41的寬度hi為筒部21的全長h2的2%以上且10%以下。這裡，在tl/t2小於1/2的情況下，凸部前端42a的強度變得不夠高，所以在NaS電池長期工作的情況下，有可能會使陽極容器2破損。另外，在tl/t2大於I的情況下，凸部前端42a的剛性變得過高，所以無法減弱固體電解質管4所受到的應力。另外，在縮頸部42的凸部前端42a處的內徑rl及縮頸部41的寬度hi小於上述下限值的情況下，能夠通過縮頸部41的變形來吸收的陽極容器2的伸縮的幅度變小，所以無法充分地減弱固體電解質管4所受到的應力。另ー方面，在縮頸部42的凸部前端42a處的內徑rl及縮頸部41的寬度hi大於上述上限值的情況下，陽極容器2內的空間變得過小，所以收容於陽極容器2內的陽極活性物質的量以及其他構件的形狀會受到限制。另外，縮頸部42配置於特定位置，該特定位置是指，在電池溫度360°C、電池的放電末期時位於陽極活性物質的液面SI的上方的位置。此外，這裡，之所以將電池溫度360°C作為基準來設定縮頸部42的位置，是因為若超出360°C就難以長期且安全地使用電池，所以通常優選在360°C以下使用NaS電池。在陽極活性物質的液面變得最高的既是高溫又是電池的放電末期的時刻，縮頸部42位於陽極活性物質的液面SI的上方，所以縮頸部42不會暴露於陽極活性物質中，因此能夠提供可長期使用的陽極容器2。此外，本實用新型的模塊電池具有多個作為單電池的上述的NaS電池I。若採用本實施方式的陽極容器2、NaS電池I及模塊電池，則通過將縮頸部42的形狀、壁厚設定為上述範圍內，能夠利用縮頸部42來吸收掉因陽極容器2和固體電解質管4的熱膨脹率的不同而引發的影響，從而能夠更加有效地減弱固體電解質管4在電池升溫時或降溫時所受到的應力。另外，由於多硫化鈉在280°C以下就被固化，所以在將NaS電池I冷卻至低於該溫度的溫度的情況下，固體電解質管4會被在陽極容器2的底部固化的多硫化鈉從下向上頂起，這就是在現有的NaS電池中固體電解質管受到損傷的原因之一。在本實用新型的陽極容器2及NaS電池I中，能夠通過縮頸部42來更加有效地緩和固體電解質管4被多硫化鈉頂起的這樣的現象。因此，即使在NaS電池I的長期的工作時間內，也能夠 使固體電解質管4所受到的應カ變小，從而能夠更加可靠地防止固體電解質管4受到損傷。
權利要求1.一種陽極容器，由金屬製成且用於鈉硫電池中，具有筒部、堵塞該筒部的下端部的底蓋，該陽極容器用於收容筒狀有底的固體電解質管、充填在該固體電解質管的內側的鈉、充填在該固體電解質管的外側的硫磺，其特徵在於， 上述筒部具有直筒部和形成在該直筒部的中途位置的縮頸部， 上述縮頸部的凸部前端的壁厚tl相對於上述直筒部的壁厚t2的關係滿足1/2 ( tl/t2 ( 1， 在上述縮頸部的凸部前端處的內徑為上述直筒部的內徑的60%以上且90%以下， 在上述筒部的長度方向上的上述縮頸部的寬度為上述筒部的全長的2%以上且10%以下。
2.如權利要求I所述的陽極容器，其特徵在於，上述縮頸部配置於特定位置，該特定位置是指，在電池溫度360°C、電池的放電末期時位於陽極活性物質的液面的上方的位置。
3.—種鈉硫電池，其特徵在於，具有權利要求I或2所述的陽極容器。
4.一種模塊電池，其特徵在於，具有多個作為單電池的權利要求3所述的鈉硫電池。
專利摘要本實用新型提供一種陽極容器(2)，由金屬製成且用於鈉硫電池中，筒部(21)具有直筒部(41)和形成在直筒部(41)的中途位置的縮頸部(42)，縮頸部的凸部前端(42a)的壁厚t1相對於直筒部的壁厚t2的關係滿足1/2≤t1/t2≤1，在縮頸部的凸部前端(42a)處的內徑為直筒部的內徑的60％以上且90％以下，在筒部的長度方向上的縮頸部(42)的寬度h1為筒部(21)的全長h2的2％以上且10％以下。由此，能夠更加有效地緩和固體電解質管(4)在電池升溫時或降溫時所受到的應力，因此，即使在NaS電池的長期的工作時間內也能夠使固體電解質管所受到的應力變小，從而能夠更加可靠地防止固體電解質管受到損傷。
文檔編號H01M2/02GK202423400SQ20112052767
公開日2012年9月5日 申請日期2011年12月16日 優先權日2011年12月16日
發明者田原和幸 申請人:日本礙子株式會社