專利名稱：鈉硫電池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及ー種鈉硫電池。
背景技術(shù)：
鈉硫電池(下面，稱之為“NaS電池”)是在300 350°C下工作的高溫二次電池，采用如下結(jié)構(gòu)在陽極容器內(nèi)，將作為陽極活性物質(zhì)的硫磺和作為陰極活性物質(zhì)的鈉分別隔離收容在由￠-氧化鋁形成的固體電解質(zhì)管的內(nèi)外，并將陽極容器內(nèi)密封為密閉狀態(tài)，使得活性物質(zhì)保持不與外氣接觸的狀態(tài)。然而，就這樣的NaS電池而言，例如，若用于調(diào)節(jié)電池溫度的加熱器異常加熱、電池過放電等，則收容在陽極容器中的熔融硫磺的蒸氣壓隨著電池的溫度上升而變高，使配設(shè)在陽極容器內(nèi)的固體電解質(zhì)管破壞，最終使分別隔離收容在固體電解質(zhì)管的內(nèi)外的熔融 金屬鈉和熔融硫磺直接接觸而發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。而且，在硫磺和鈉直接發(fā)生反應(yīng)的情況下，存在該反應(yīng)熱會產(chǎn)生大的火焰的危險性。

實用新型內(nèi)容本實用新型是鑒于這樣的問題而提出的，其目的在于提供ー種具有更高安全性的NaS電池，該NaS電池即使在加熱器異常加熱、電池過放電等的情況下，也能夠防止熔融金屬鈉和熔融硫磺直接接觸。為了實現(xiàn)上述目的，本實用新型的NaS電池的特征在于，具有陽極容器，其由鋁或鋁合金制作，具有筒部和堵塞該筒部的下端部的底蓋，并收容筒狀有底的固體電解質(zhì)管、充填在該固體電解質(zhì)管的內(nèi)側(cè)的鈉、充填在該固體電解質(zhì)管的外側(cè)的硫磺；剛性容器，其剛性比上述陽極容器更高，收容上述陽極容器；在上述陽極容器和上述剛性容器之間具有空隙部，上述陽極容器的底蓋具有壓カ釋放部，該壓カ釋放部受到內(nèi)部壓カ而被破裂，所述內(nèi)部壓カ是指當(dāng)上述陽極容器的內(nèi)部溫度在444°C以上且660°C以下的范圍內(nèi)時的內(nèi)部壓力，在上述壓カ釋放部破裂的狀態(tài)下，上述空隙部和上述陽極容器的內(nèi)部相連通。在此，優(yōu)選地，上述剛性容器具有有底筒部，其以覆蓋上述陽極容器的底面及側(cè)面的狀態(tài)收容上述陽極容器；環(huán)狀突起部，其從該有底筒部的上端部向內(nèi)側(cè)方向伸出且伸出至上述陽極容器的筒部的上端部的上方；在上述陽極容器發(fā)生熱膨脹吋，上述環(huán)狀突起部與上述筒部的上端部相抵接，限制上述陽極容器在上下方向上伸長。另外，優(yōu)選地，上述壓カ釋放部的壁厚比上述底蓋的其他部分的壁厚更薄。另外，優(yōu)選地，上述陽極容器的底蓋的底面面積的10%以上且50%以下的部分與上述剛性容器相接觸。另外，優(yōu)選地，上述陽極容器的筒部具有內(nèi)徑比該筒部的其他部分的內(nèi)徑更小的縮徑部。若采用本實用新型的NaS電池，則壓カ釋放部由于在發(fā)生了加熱器異常、過放電等異常時的溫度上升所引起的內(nèi)壓上升而被破裂，所以能夠防止固體電解質(zhì)管因內(nèi)壓上升而被破壞。因此，能夠防止熔融金屬鈉和熔融硫磺直接接觸，從而能夠提高NaS電池的安全性。另外，在底蓋設(shè)置了壓カ釋放部，利用剛性容器覆蓋了陽極容器，并在陽極容器和剛性容器之間設(shè)置了在壓カ釋放部破裂的狀態(tài)下與陽極容器的內(nèi)部相連通的空隙部，所以能夠?qū)⒃趬毫︶尫挪科屏褧r從陽極容器排出的活性物質(zhì)保持在剛性容器內(nèi)。

圖I是本實用新型的NaS電池的剖視圖。附圖標(biāo)記說明I NaS 電池2陽極金屬件4固體電解質(zhì)管10剛性容器81有底筒部82環(huán)狀關(guān)起部21 筒部22 底蓋72薄壁部(壓カ釋放部)73縮徑部91,92 空隙部
具體實施方式
下面，參照附圖，對本實用新型的NaS電池進(jìn)行說明。如圖I所示，NaS電池I具有陽極容器2、用于收容陽極容器2的剛性容器10。陽極容器2收容有熔融硫磺S，其含浸在碳?xì)值戎校缓凶?，其收容熔融金屬鈉Na;圓筒狀有底的固體電解質(zhì)管4，其內(nèi)部收容有該盒子3，并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，其位于盒子3和固體電解質(zhì)管4之間的空隙部，與該盒子3以及固體電解質(zhì)管4分別具有規(guī)定的間隔。固體電解質(zhì)管4借助使用玻璃接合在其開ロ端上的a-氧化鋁制的絕緣環(huán)6及陽極金屬件7來與陽極容器2相結(jié)合。在絕緣環(huán)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的上部空間內(nèi)，以規(guī)定的壓カ封入有氮氣或氬氣等非活性氣體，該非活性氣體對盒子3內(nèi)的鈉Na施加向從設(shè)置在盒子底部的小孔31流出的方向的壓力。在具有上述結(jié)構(gòu)的NaS電池I中，當(dāng)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(nèi)向上方移動，然后越過隔壁管5的上端，在隔壁管5和固體電解質(zhì)管4之間的空隙內(nèi)向下方移動，進(jìn)而變?yōu)殁c離子透過固體電解質(zhì)管4，與陽極容器2內(nèi)的硫磺S及通過外部電路到達(dá)的電子發(fā)生反應(yīng)，生成多硫化鈉。當(dāng)充電時，與放電時相反，發(fā)生用于生成鈉及硫磺的反應(yīng)。陽極容器2具有筒部21和堵塞該筒部21的下端部的底蓋22。另外，陽極容器2由鋁或鋁合金形成。陽極容器2是通過如下方法來制作的在使筒部21的下端部與底蓋22的突出部71相嵌合的狀態(tài)下，通過焊接等來將底蓋22的外周與筒部21接合。另外，陽極容器2的底蓋22具有壓カ釋放部，該壓カ釋放部受到內(nèi)部壓カ而破裂，所述內(nèi)部壓カ是指陽極容器2的內(nèi)部溫度在444°C以上且660°C以下的范圍內(nèi)時的內(nèi)部壓力。就壓カ釋放部的結(jié)構(gòu)而言，例如可以想到將壓カ釋放部形成為比陽極容器2的其他部分更脆弱的方法等，更具體地講，如圖I所示，可以在陽極容器2的底蓋22的一部分例如在底蓋22的中央部分形成薄壁部72。在這樣的情況下，通過調(diào)節(jié)薄壁部72的厚度，能夠形成為可在所期望的內(nèi)壓下實現(xiàn)壓カ釋放的結(jié)構(gòu)。在本實用新型的NaS電池I中，使薄壁部72在硫磺的蒸氣壓急劇上升的Iatm下的硫磺的沸點444°C以上時破裂。在444°C的溫度下，不僅硫磺的蒸氣壓急劇上升，而且構(gòu)成薄壁部72的鋁合金的拉伸強度也降低至通常工作時的約1/2-1/3左右，所以能夠相對容易地將薄壁部72設(shè)計為僅在這樣的條件下破裂。另外，在本實用新型的NaS電池I中，必須使薄壁部72在鋁的熔點以下即660°C以下的溫度破裂。這是因為，陽極容器2主要由鋁構(gòu)成，在660°C以上就會熔融而被破壞。 要使由鋁或鋁合金制作的陽極容器2在內(nèi)部溫度444°C_660°C的溫度區(qū)間內(nèi)釋放壓カ，則只要設(shè)計為陽極容器2在444°C -660°C的溫度區(qū)間內(nèi)的內(nèi)壓對薄壁部72產(chǎn)生的應(yīng)カ值與鋁或鋁合金在該溫度區(qū)間內(nèi)的拉伸強度相平衡即可。此外，薄壁部72也可以通過機械加工、蝕刻或其他方法來形成。若采用這樣的結(jié)構(gòu)，則當(dāng)陽極容器2的內(nèi)壓上升吋，陽極容器2的薄壁部72在固體電解質(zhì)管4破損之前先被破裂以解除陽極容器2的密閉狀態(tài)，所以能夠防止發(fā)生固體電解質(zhì)管4被內(nèi)壓破壞的情況。在陽極容器2和剛性容器10之間形成有空隙部91、92，在上述薄壁部72破裂的狀態(tài)下，空隙部91、92與陽極容器2的內(nèi)部相連通。從陽極容器2流出的硫磺等保持在陽極容器2的底面?zhèn)鹊目障恫?1以及陽極容器2的側(cè)面?zhèn)鹊目障恫?2，所以不會向剛性容器10的外部流出。另外，陽極容器2的筒部21具有內(nèi)徑比該筒部21的其他部分更小的縮徑部73。2NaS電池I的溫度變化所引起的陽極容器在軸線方向的膨脹、收縮，借助縮徑部73得到緩解。剛性容器10采用對硫磺及鈉具有耐腐蝕性且剛性比陽極容器更高的材質(zhì)，例如不銹鋼、耐熱鋼、陶瓷等。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(cè)面的狀態(tài)收容陽極容器2 ;環(huán)狀突起部82，其從該有底筒部81的上端部向內(nèi)側(cè)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(dāng)陽極容器2發(fā)生熱膨脹吋，剛性容器10的環(huán)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(nèi)徑比陽極容器2的內(nèi)徑大，形成為能夠?qū)捤刹迦腙枠O容器2的程度。例如，在將陽極容器2收容于有底筒部81中后，通過焊接等將環(huán)狀突起部82安裝在有底筒部81上。另外，優(yōu)選地，底蓋22的底面面積的10%以上且50%以下的部分與剛性容器10相接觸。若接觸面積小于底蓋22的底面面積的10%，則對底蓋22的支撐不夠充分，所以無法有效地防止底蓋22發(fā)生變形。另ー方面，若接觸面積小于底蓋22的底面面積的50%，則無法充分確保薄壁部72破裂時從陽極容器2排出的活性物質(zhì)的流路。若采用本實施方式的NaS電池1，則內(nèi)壓隨著發(fā)生加熱器異常、過放電等異常時的溫度上升而上升以使薄壁部72破裂，從而能夠防止固體電解質(zhì)管4因內(nèi)壓上升而被破壞。因此，能夠防止熔融金屬鈉和熔融硫磺直接接觸，從而能夠提高NaS電池I的安全性。另外，在底蓋22上設(shè)置了薄壁部72，利用剛性容器10覆蓋了陽極容器2，在陽極容器2和剛性容器10之間設(shè)置了在薄壁部72破裂的狀態(tài)下與陽極容器2的內(nèi)部連通的空隙部91、92，所以能夠?qū)⒈”诓?2破裂時從陽極容器2排出的活性物質(zhì)保持在剛性容器10內(nèi)。另外，陽極容器2的底面及側(cè)面被剛性容器10的有底筒部81覆蓋，即使從陽極容器2排出的活性物質(zhì)的量變多，活性物質(zhì)·也只是從剛性容器10的上側(cè)向剛性容器10的外部流出。通常，在將NaS電池I作為單電池且由多個單電池組合成模塊電池的情況下，這些單電池收容在絕熱容器內(nèi)，在絕熱容器的內(nèi)底面鋪設(shè)有用于控制電池溫度的加熱器，并在單電池之間及單電池的上部充填有充填砂。若采用本實施方式的NaS電池1，則只從剛性容器10的上側(cè)流出活性物質(zhì)，所以能夠防止與配置在絕熱容器的內(nèi)底面的加熱器發(fā)生短路，而且，由于流出的活性物質(zhì)被在電池上部鋪滿的充填砂捕捉，所以通過從電池上部進(jìn)行觀察，就能夠容易地確定流出了活性物質(zhì)的單電池。另外，NaS電池I在工作時加熱至300_350°C，在停止工作時通過放置冷卻來被冷卻。由軟金屬制作的陽極容器2的熱膨脹率比由￠-氧化鋁制作的固體電解質(zhì)管4的熱膨脹率更高，所以在NaS電池I工作時陽極容器2和固體電解質(zhì)管4的下端部之間的空隙擴大，而在停止工作時該空隙縮小。在NaS電池I工作時處于熔融狀態(tài)的多硫化鈉(Na2Sx)冷卻至240°C左右就會被固化，在陽極容器2和固體電解質(zhì)管4的下端部之間的空隙形成固體相，所以在不存在剛性容器10的情況下，降溫時陽極容器2無法收縮至原尺寸。因此，若重復(fù)著工作-停止，則陽極容器2逐次在軸線方向上伸長，這可能會使與電極端子的連接等發(fā)生不良，而且由于在降溫時對固體電解質(zhì)管4施加大的應(yīng)力，所以存在固體電解質(zhì)管4會被破損的危險。在本實施方式的NaS電池I中，陽極容器2的外側(cè)被剛性容器10覆蓋，所以通過該剛性容器10，能夠抑制陽極容器10在重復(fù)加熱冷卻時如上所述那樣在軸線方向上伸長。而且，通過縮徑部73的變形，來吸收當(dāng)降溫時施加至陽極容器10的應(yīng)力。因此，在NaS電池I中，不會因陽極容器10在軸線方向上伸長而與電極端子的連接等發(fā)生不良。而且，通過縮徑部73的變形來可以吸收掉施加至陽極容器10的應(yīng)力，所以固體電解質(zhì)管4不會受到降溫時使陽極容器10收縮的應(yīng)カ而被強力地壓縮，所以能夠防止固體電解質(zhì)管4在降溫時遭受破損。
權(quán)利要求1.一種鈉硫電池，其特征在于， 具有: 陽極容器，其由鋁或鋁合金制作，具有筒部和堵塞該筒部的下端部的底蓋，并收容筒狀有底的固體電解質(zhì)管、充填在該固體電解質(zhì)管的內(nèi)側(cè)的鈉、充填在該固體電解質(zhì)管的外側(cè)的硫磺， 剛性容器，其剛性比上述陽極容器更高，收容上述陽極容器； 在上述陽極容器和上述剛性容器之間具有空隙部， 上述陽極容器的底蓋具有壓力釋放部，該壓力釋放部受到內(nèi)部壓力而被破裂，所述內(nèi)部壓力是指當(dāng)上述陽極容器的內(nèi)部溫度在444°C以上且660°C以下的范圍內(nèi)時的內(nèi)部壓力， 在上述壓力釋放部破裂的狀態(tài)下，上述空隙部和上述陽極容器的內(nèi)部相連通。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的鈉硫電池，其特征在于， 上述剛性容器具有 有底筒部，其以覆蓋上述陽極容器的底面及側(cè)面的狀態(tài)收容上述陽極容器， 環(huán)狀突起部，其從該有底筒部的上端部向內(nèi)側(cè)方向伸出且伸出至上述陽極容器的筒部的上端部的上方； 在上述陽極容器發(fā)生熱膨脹時，上述環(huán)狀突起部與上述筒部的上端部相抵接，限制上述陽極容器在上下方向上伸長。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的鈉硫電池，其特征在于，上述壓力釋放部的壁厚比上述底蓋的其他部分的壁厚更薄。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的鈉硫電池，其特征在于，上述陽極容器的底蓋的底面面積的10%以上且50%以下的部分與上述剛性容器相接觸。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的鈉硫電池，其特征在于，上述陽極容器的底蓋的底面面積的10%以上且50%以下的部分與上述剛性容器相接觸。
6.根據(jù)權(quán)利要求I至權(quán)利要求5中任一項所述的鈉硫電池，其特征在于，上述陽極容器的筒部具有內(nèi)徑比該筒部的其他部分的內(nèi)徑更小的縮徑部。
專利摘要本實用新型的鈉硫電池(1)具有陽極容器(2)，其由軟金屬制作，具有筒部(21)和堵塞筒部(21)的下端部的底蓋(22)，并收容筒狀有底的固體電解質(zhì)管(4)、充填在固體電解質(zhì)管(4)的內(nèi)側(cè)的鈉Na、充填在固體電解質(zhì)管(4)的外側(cè)的硫磺S；剛性容器(10)，其由硬金屬制作，收容陽極容器(2)。在陽極容器(2)和剛性容器(10)之間具有空隙部(91、92)。陽極容器(2)的底蓋(22)具有薄壁部(72)，該薄壁部(72)受到當(dāng)陽極容器(2)的內(nèi)部溫度在444℃以上且660℃以下的范圍內(nèi)時的內(nèi)部壓力而被破裂，在薄壁部(72)破裂的狀態(tài)下，空隙部(91、92)和陽極容器(2)的內(nèi)部相連通。
文檔編號H01M10/39GK202534703SQ20112053068
公開日2012年11月14日 申請日期2011年12月16日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月16日
發(fā)明者辻雄希 申請人:日本礙子株式會社