專利名稱：鈉硫電池的升溫方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種在電力負(fù)荷均衡化、功率瞬時降低對策、自然能源發(fā)電裝置的變化補(bǔ)償?shù)扔猛局惺褂玫拟c硫電池啟動時的升溫方法。
背景技術(shù)：
鈉硫電池是使用對鈉離子具有選擇透過性的β氧化鋁固體電解質(zhì)將陰極活性物質(zhì)熔融金屬鈉和陽極活性物質(zhì)熔融硫磺隔離而形成的二次電池。放電時，熔融鈉放出電子而成為鈉離子，該鈉離子透過固體電解質(zhì)管向陽極側(cè)移動，與硫磺和通過外部回路而來的電子反應(yīng)生成多硫化鈉，(在單電池中)產(chǎn)生2V左右的電壓。充電時，與放電相反，發(fā)生生成鈉和硫磺的反應(yīng)。就鈉硫電池的運(yùn)轉(zhuǎn)循環(huán)而言，例如在負(fù)荷均衡化用途中，將由這些放電及充電構(gòu)成的循環(huán)反復(fù)進(jìn)行，該循環(huán)過程中夾有停歇。這樣的鈉硫電池，通常以如下方式構(gòu)成將多個單電池串聯(lián)連接而構(gòu)成組列，將多個該組列并聯(lián)連接而構(gòu)成電池塊，將多個該電池塊串聯(lián)連接而構(gòu)成模塊，進(jìn)而將多個該模塊串聯(lián)連接。另外，為使鈉硫電池發(fā)生所述那樣的XS+2Na++2e_ —— Na2Sx的反應(yīng)，將鈉硫電池的溫度(實質(zhì)上是模塊周圍的溫度)保持在多硫化鈉的熔點以上的溫度而運(yùn)轉(zhuǎn)，該溫度例如為觀0 350°C左右(300°C左右)。因此，在交貨時進(jìn)行起動時，首先需要用設(shè)置在模塊周圍的加熱器來使鈉硫電池升溫。在現(xiàn)有技術(shù)中，鈉硫電池調(diào)試時，是以一定的溫度梯度使其從常溫升溫至30(TC左右。此外，作為現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)，例如可以列舉特開2004-111123號公報。

發(fā)明內(nèi)容
但是，以前的這樣的鈉硫電池的升溫方法，由于花費(fèi)過多時間，不符合欲有效縮短現(xiàn)場作業(yè)時間的工程要求。另一方面，不可否認(rèn)的是如果啟動過急，以較急的溫度梯度，一下從常溫升溫至 300 0C左右，則可能會影響鈉硫電池的質(zhì)量。本發(fā)明是鑒于這樣的情況而做出的，其課題在于提供一種盡可能以短的時間但同時不會影響鈉硫電池質(zhì)量的鈉硫電池的升溫方法。反復(fù)研究的結(jié)果，發(fā)現(xiàn)可以通過以多階段的溫度梯度的升溫來解決所述課題。具體地，本發(fā)明提供以下方法。S卩，首先，若采用本發(fā)明，則提供如下的鈉硫電池的升溫方法在從常溫升溫至多硫化鈉的熔點以上的溫度以上為止，具有3個以上的溫度梯度(或升溫速度)，并且，至少在90士5°C和150士5°C處具有溫度梯度變化的拐點，且在從90士5°C到150士5°C的區(qū)間的溫度梯度在5°C/h以下。所謂3個以上是指3個以上不同的或3種以上。溫度梯度用。C /h表示，相當(dāng)于括號中所示的升溫速度。規(guī)定拐點和區(qū)間的90士5°C、150士5°C進(jìn)一步分別優(yōu)選為90士3°C、 150士3°C，分別特別優(yōu)選約90°C、約150°C。
從90 士 5°C至150 士 5°C為止的區(qū)間溫度梯度在5°C /h以下就可以，詳細(xì)地，可以設(shè)定其為0. 1 5°C /h，但更優(yōu)選的溫度梯度如下。在本發(fā)明的鈉硫電池的升溫方法中，從90士5°C至150士5°C為止的區(qū)間溫度梯度優(yōu)選在2V /h以上4°C /h以下。在本發(fā)明的鈉硫電池的升溫方法中，優(yōu)選地，在除了從90士5°C至150士5°C為止的區(qū)間之外的區(qū)間的溫度梯度超過5°C /h。就除了從90士5°C至150士5°C為止的區(qū)間之外的區(qū)間的溫度梯度而言，特別是在 90士5°C以下的區(qū)間，優(yōu)選溫度梯度超過7°C /h，特別優(yōu)選溫度梯度超過8°C /h。另一方面， 在150士5°C以上的區(qū)間，優(yōu)選溫度梯度為5-7°C /h，特別優(yōu)選5-6°C /h。在本發(fā)明的鈉硫電池的升溫方法中，優(yōu)選地，在(從常溫升溫至多硫化鈉的熔點以上的溫度以上為止)整個區(qū)域的溫度梯度小于10°c /h。更優(yōu)選整個區(qū)域的溫度梯度小于9°C /h。在該情況下，可以說特別優(yōu)選地，具體在 90 士 5°C以下區(qū)間設(shè)置溫度梯度超過8°C /h，在從90 士 5°C至150 士 5°C為止的區(qū)間設(shè)置溫度梯度在2V /h以上4°C /h以下，在150士5°C以上區(qū)間設(shè)置溫度梯度為5-6°C /h。在本發(fā)明的鈉硫電池的升溫方法中，優(yōu)選地，將位于所述多硫化鈉的熔點以上的溫度以上的溫度設(shè)定在250°C以上360°C以下的范圍。這是由于該溫度范圍是鈉硫電池的運(yùn)轉(zhuǎn)范圍。此外，所謂常溫是指，應(yīng)該大致等同于(配置鈉硫電池的)環(huán)境溫度的啟動前的鈉硫電池的溫度。本發(fā)明的鈉硫電池的升溫方法，在從常溫升溫至多硫化鈉的熔點以上的溫度以上為止，具有3個以上的溫度梯度，并且，至少在90士5°C和150士5°C處具有溫度梯度變化的拐點，且在從90 士 5°C到150 士 5°C的為止區(qū)間的溫度梯度在5°C /h以下，因此，能在不影響鈉硫電池的質(zhì)量的前提下，與不采用該方法的情況相比在更短時間內(nèi)啟動鈉硫電池。本發(fā)明的鈉硫電池的升溫方法，在其優(yōu)選的方案中，在從90士5°C至150士5°C為止的區(qū)間的溫度梯度在2°C /h以上4°C /h以下，因此，能更加確保達(dá)到所述效果。本發(fā)明的鈉硫電池的升溫方法，在其優(yōu)選的方案中，在除了從90 士 5 °C至 150士5°C為止的區(qū)間之外的區(qū)間的溫度梯度超過5°C /h，因此，與未采用該方案的情況相比，能在更短時間內(nèi)啟動鈉硫電池。本發(fā)明的鈉硫電池的升溫方法，在其優(yōu)選的實施方案中，整個區(qū)域的溫度梯度小于10°C /h，因此，能夠在不影響鈉硫電池的質(zhì)量而啟動鈉硫電池。本發(fā)明的鈉硫電池的升溫方法，在其優(yōu)選的實施方案中，由于位于多硫化鈉的熔點以上的溫度以上的溫度在250°C以上360°C以下，因此，能順利且可靠地啟動(初始啟動) 鈉硫電池，并且不會出現(xiàn)元件熱老化現(xiàn)象。


圖1是表示本發(fā)明的鈉硫電池的升溫方法的一實施方案(具體例)的圖表。圖2是表示本發(fā)明的鈉硫電池的升溫方法的其他實施方案(具體例)的圖表。
具體實施方式
以下，適當(dāng)參考附圖，對本發(fā)明的實施方案進(jìn)行說明，但本發(fā)明不應(yīng)被解釋為限定于這些實施方案的發(fā)明，只要在無損于本發(fā)明宗旨的范圍內(nèi)，可以根據(jù)本領(lǐng)域技術(shù)人員的知識進(jìn)行各種變化、修改、改良和替換等。例如，附圖是表示適合本發(fā)明實施方案的，但本發(fā)明并不被附圖所表示的形態(tài)或附圖表示的信息所限制。在實施或驗證本發(fā)明的基礎(chǔ)上， 可以適用與本說明書中記載的方法相同的方法或等同的方法，但優(yōu)選方法為以下記述的方法。表1表示本發(fā)明鈉硫電池的升溫方法的一實施方案(具體例)，記載了由加熱器所產(chǎn)生的溫度的上升和該溫度的上升所需要的時間。圖1是將該情況做成圖表的，橫軸表示升溫需要的時間，縱軸表示溫度。(表 1)
時間(h)073060溫度(V )3090150300通常，鈉硫電池的溫度(升溫)是由鈉硫電池的各個模塊的側(cè)面及底面所具有的加熱器來控制，鈉硫電池的溫度一般是指由各個模塊底面所具備的溫度測量儀(傳感器) 所測得的溫度，在本說明書也如此。在本例中，設(shè)置兩個拐點A、B，使其具有3個溫度梯度。首先，從30°C (常溫)開始升溫至90°C為止用時7個小時，并以一定的溫度梯度進(jìn)行升溫。此時的溫度梯度約8. 6°C / h。到90°C為止，鈉和硫磺還沒開始熔融，所以可以認(rèn)為即使設(shè)置大的溫度梯度也難以對鈉硫電池的質(zhì)量產(chǎn)生影響，因而在這里爭取時間力求實現(xiàn)短時間化。接著，在90°C (拐點Α)處，改變溫度梯度(升溫速度)，到150°C為止用時23個小時，以一定的溫度梯度進(jìn)行升溫。此時的溫度梯度約2.6°C/h。在從該90°C到150°C的區(qū)間，由于鈉和硫磺開始溶化，因此，如果設(shè)置大的溫度梯度，則很可能會影響鈉硫電池的質(zhì)量。此處，溫度梯度不能超過5°C/h。認(rèn)為在該鈉和硫磺開始溶化的區(qū)間，如果設(shè)置大的溫度梯度就會影響鈉硫電池質(zhì)量的理由如下。即，由于加熱器產(chǎn)生的熱量在電池內(nèi)部不是以同時、均勻的方式傳導(dǎo)的，所以當(dāng)溫度梯度大時，電池內(nèi)部的溫度分布就變得不均勻，在模塊內(nèi)的單電池間產(chǎn)生溫度差。 如果這樣，就會變成鈉和硫磺熔融的單電池與鈉和硫磺未熔融的單電池混合的狀態(tài)，因而在該單電池間產(chǎn)生電壓差，從而強(qiáng)制進(jìn)行電子的授受。在這樣的低溫狀態(tài)下的電子授受會給電池帶來很大壓力，所以有可能導(dǎo)致元件破損。接著，在150°C (拐點B)處，改變溫度梯度(升溫速度)，到300°C為止用時30個小時，以一定的溫度梯度進(jìn)行升溫。此時的溫度梯度約5.0°C/h。在從該150°C到300°C的區(qū)間，也如后述那樣，溫度在Naj5的熔點以上就開始發(fā)生Naj5的生成反應(yīng)，所以如果考慮鈉硫電池的質(zhì)量，最好不要設(shè)置大的溫度梯度，但另一方面，由于該區(qū)間是占應(yīng)升溫的溫度的一半以上的區(qū)域，所以如果溫度梯度小就會延長鈉硫電池啟動時間。于是，在150°C以上時，設(shè)置溫度梯度為5°C/h。表2表示本發(fā)明的鈉硫電池的升溫方法的其他實施方案(具體例子)，記載了由加熱器所產(chǎn)生的溫度的上升和該溫度的上升所需的時間。圖2是將該情況做成圖表的圖，橫軸表示升溫所需的時間，縱軸表示溫度。(表 2)
權(quán)利要求
1.一種鈉硫電池的升溫方法，在從常溫升溫至多硫化鈉的熔點以上的溫度以上為止， 具有3個以上的溫度梯度，并且，至少在9 0 士 5 °C和15 0 士 5 °C處具有溫度梯度變化的拐點，且在從9 0 士 5 °C到 150士5°C為止的區(qū)間的溫度梯度在5°C /h以下。
2.權(quán)利要求1所述的鈉硫電池的升溫方法，在從所述90士5°C到150士5°C為止的區(qū)間的溫度梯度在2V /h以上4°C /h以下。
3.權(quán)利要求1或2所述的鈉硫電池的升溫方法，在除了從所述90士5°C到150士5°C為止的區(qū)間之外的區(qū)間的溫度梯度超過5°C /h。
4.權(quán)利要求1-3任一項所述的鈉硫電池的升溫方法，整個區(qū)域的溫度梯度小于10°C/h。
全文摘要
本發(fā)明提供一種鈉硫電池的升溫方法，該方法具有3個以上的溫度梯度，并在90±5℃和150±5℃處具有溫度梯度變化的拐點，且在從90±5℃到150±5℃為止的區(qū)間的溫度梯度在5℃/h以下，該方法能在短時間內(nèi)不影響鈉硫電池的質(zhì)量而使鈉硫電池升溫。
文檔編號H01M10/50GK102282719SQ201080004523
公開日2011年12月14日 申請日期2010年1月7日 優(yōu)先權(quán)日2009年1月13日
發(fā)明者平井直樹 申請人:日本礙子株式會社