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JP3265883B2 - Sodium / sulfur battery - Google Patents
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JP3265883B2 - Sodium / sulfur battery - Google Patents

Sodium / sulfur battery

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JP3265883B2
JP3265883B2 JP32663594A JP32663594A JP3265883B2 JP 3265883 B2 JP3265883 B2 JP 3265883B2 JP 32663594 A JP32663594 A JP 32663594A JP 32663594 A JP32663594 A JP 32663594A JP 3265883 B2 JP3265883 B2 JP 3265883B2
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tube
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positive electrode
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、ナトリウム/硫黄電池
に関し、高安定性,長寿命化が図れ、電池の量産化容易
なナトリウム/硫黄電池に係るものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a sodium / sulfur battery, and more particularly, to a sodium / sulfur battery capable of achieving high stability and a long life and being easily mass-produced.

【0002】[0002]

【従来の技術】ナトリウム/硫黄電池は、温度300〜
400℃で運転され、電池の放電時には負極活物質であ
るナトリウムはイオンとなってβ″−Al23を通過
し、正極活物質硫黄と次式(1)のように反応して多硫
化ナトリウム(以下、Na2Sxと略記、X=3〜5)
を生成する。充電時には、逆の電池反応が行われ、正極
では硫黄及び負極では金属ナトリウムを生成する。
2. Description of the Related Art A sodium / sulfur battery has a temperature of 300-300.
The battery is operated at 400 ° C., and when the battery is discharged, sodium, which is a negative electrode active material, becomes an ion, passes through β ″ -Al 2 O 3 , reacts with sulfur of the positive electrode active material as shown in the following formula (1), and becomes polysulfide Sodium (hereinafter abbreviated as Na 2 Sx, X = 3 to 5)
Generate During charging, the reverse battery reaction occurs, producing sulfur at the positive electrode and metallic sodium at the negative electrode.

【0003】 2Na+xS → Na2Sx …(1) 従来ナトリウム/硫黄電池を製造する際には電池を半組
立状態にしてからナトリウムを採取(いわゆる供給)し
ていた(特開平2−213061 号)。また、カプセルを形成
した容器にナトリウムを入れて、カプセルの端部のノズ
ル等をシールしておき、前記カプセルを電池に組み立て
る際にシールしたノズルをつけ根より折り、折ったあと
の孔を露出させた後、電池を組み立てることが記載され
ている(特開平4−206272 号)。
2Na + xS → Na 2 Sx (1) Conventionally, when a sodium / sulfur battery is manufactured, sodium is collected (so-called supply) after the battery is in a semi-assembled state (Japanese Patent Laid-Open No. 2-130661). In addition, sodium is put into the container in which the capsule is formed, and the nozzle at the end of the capsule is sealed, and when the capsule is assembled into a battery, the sealed nozzle is attached and folded from the root to expose the folded hole. After that, assembling a battery is described (JP-A-4-206272).

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】比較の電池(図6)の
ような安全管にナトリウムの供給孔を有するものの場合
は、電池の半組立状のものに、ナトリウムを真空注入す
ると、ナトリウムは、安全管のナトリウム供給孔より
β″−Al23管と安全管との間、すなわち、ギャップ
上方部の正,負極の分離絶縁した熱圧接部の上7′にま
でナトリウムが供給される。このナトリウムは安全管
内、ウイック及びギャップ部表面を洗浄しながらギャッ
プ部上部にまで供給されるため、相当に汚れたナトリウ
ムが熱圧接部等に付着することになる。電池の作動時に
はナトリウムの液面は低下するが、膜状となった酸化物
は付着したままか、または、液面上に酸化膜として存在
する。よって熱圧接部の腐食のおそれがある。
In the case of a battery having a sodium supply hole in a safety tube such as a comparative battery (FIG. 6), when sodium is vacuum-injected into a semi-assembled battery, the sodium becomes Sodium is supplied from the sodium supply hole of the safety tube to the space between the β ″ -Al 2 O 3 tube and the safety tube, that is, to the upper part 7 ′ of the separated and insulated thermal pressure contact part of the positive and negative electrodes above the gap. Since this sodium is supplied to the upper portion of the gap portion while cleaning the inside of the safety pipe, the wick and the surface of the gap portion, considerably contaminated sodium adheres to the heat welding portion, etc. During the operation of the battery, the liquid level of the sodium However, the oxide in the form of a film remains adhered or exists as an oxide film on the liquid surface, which may cause corrosion of the heat-pressed portion.

【0005】この方法では、熱圧接部、β″−Al23
管及びナトリウム純度など、要素材の品質管理が難し
い。また、特開平4−206272 号のように組立前にナトリ
ウムの入ったカプセルの端部のノズル等をつけ根より折
り、折ったあとの孔を露出させた後、電池を組み立てる
場合においても、ナトリウムは反応性が高いので、ナト
リウム流通孔近では外気との接触によりナトリウムの反
応物が生じる恐れがある。ナトリウムの性質上極力ナト
リウムと外気との反応を抑制する必要がある。
In this method, a heat-pressed portion, β ″ -Al 2 O 3
It is difficult to control the quality of element materials such as tubes and sodium purity. Also, as in Japanese Patent Application Laid-Open No. 4-206272, before assembling, after assembling a battery after attaching a nozzle or the like at the end of the capsule containing sodium and exposing the hole after folding to expose the hole after folding, as in JP-A-4-206272. Since the reactivity is high, there is a possibility that a reactant of sodium may be generated near the sodium flow hole due to contact with the outside air. Due to the nature of sodium, it is necessary to suppress the reaction between sodium and outside air as much as possible.

【0006】また、安全管は、直接負極容器と接合され
ると、電解質管内に収容させる際の芯出しが難しいこ
と、β″−Al23管の偏芯と相まって、安全管の溶接
歪などにより垂直性が損なわれること及び熱歪などによ
って、β″−Al23管への応力負荷が加わる。
Further, when the safety tube is directly joined to the negative electrode container, it is difficult to align the safety tube in the electrolyte tube, and the eccentricity of the β ″ -Al 2 O 3 tube causes the welding distortion of the safety tube. For example, a stress load is applied to the β ″ -Al 2 O 3 tube due to impaired verticality and thermal strain.

【0007】また、負極容器と安全管を単に組み立て接
合しただけでは、使用済み電池や故障電池の解体,処理
が難しい電池構造であり、安全管を含めた負極活物質の
再利用が容易ではない。また、ナトリウムと硫黄はナト
リウム、または、硫黄の一方が融解すると簡単に反応す
る性質をもっている。これが直接反応を起こすと、断熱
状態では、ほぼ、1400〜2000℃の高温となり、
危険が伴うためナトリウムと硫黄を分別して処理する必
要があるが、分別しにくい電池構造であった。上記従来
技術は、ナトリウム等の品質管理が難しく、電池の寿命
を長くすることが容易ではなかった。
Further, it is difficult to disassemble and dispose of a used battery or a failed battery simply by assembling and joining the anode container and the safety tube, and it is not easy to reuse the anode active material including the safety tube. . In addition, sodium and sulfur have a property of easily reacting when one of sodium and sulfur is melted. When this causes a direct reaction, in an adiabatic state, the temperature becomes approximately 1400 to 2000 ° C.,
Because of the danger, it is necessary to separate and treat sodium and sulfur, but the battery structure is difficult to separate. In the above prior art, quality control of sodium or the like is difficult, and it is not easy to extend the life of the battery.

【0008】本発明は以上の事柄に鑑み、ナトリウムの
品質管理が容易で、高安定性,長寿命化が図れるナトリ
ウム/硫黄電池を提供することにあり、また、電池の量
産化が容易なナトリウム/硫黄電池を提供することにあ
る。
SUMMARY OF THE INVENTION In view of the above, it is an object of the present invention to provide a sodium / sulfur battery in which the quality of sodium can be easily controlled, high stability and long life can be achieved, and a sodium / sulfur battery which can be easily mass-produced. / Sulfur battery.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、ナトリウム/硫黄電池の安全管をカプセル状にし、
負極容器への接続管をベロ−ズ製の細管を用い、また、
底部のナトリウム供給孔を一旦温度ヒューズで閉止した
ものに、負極活物質ナトリウムを採取する電池構造,ナ
トリウム採取方式及び電池の組立方法としたことにより
達成される。
In order to achieve the above object, a safety tube of a sodium / sulfur battery is encapsulated,
The connection tube to the negative electrode container is a bellows-made thin tube.
This can be achieved by using a battery structure for collecting the negative electrode active material sodium, a sodium collecting method, and a battery assembling method, in which the bottom sodium supply hole is once closed with a thermal fuse.

【0010】硫黄を有する正極と、ナトリウムを有する
負極がナトリウムイオン伝導性を持つ固体電解質(以
下、β″−Al23と略記)を配した電池構成におい
て、負極活物質ナトリウムをカプセル形状の安全管単独
に一旦封入したのち、電池構成に組み立てることを特徴
とするものである。
In a battery configuration in which a positive electrode having sulfur and a negative electrode having sodium are provided with a solid electrolyte having sodium ion conductivity (hereinafter abbreviated as β ″ -Al 2 O 3 ), the negative electrode active material sodium is encapsulated. It is characterized in that it is once sealed in a safety tube alone and then assembled into a battery configuration.

【0011】本発明は、硫黄又は多硫化ナトリウムから
なる正極活物質を収容する正極容器と,ナトリウムから
なる負極活物質を収容する負極容器と,該正極部と該負
極部との間に配置されたナトリウムイオン伝導性を持つ
固体電解質と,該正極容器と該負極容器とを絶縁する絶
縁部と,該負極容器内に配置されナトリウムを収容しそ
の底部に温度ヒューズ材で封止されたナトリウムの流通
孔及びその頂部に封止され前記負極容器から突出したナ
トリウム注入口を有する安全管とを備えたことを特徴と
する。前記負極部の負極容器は前記絶縁材と接続される
ものであることができる。
The present invention provides a positive electrode container containing a positive electrode active material made of sulfur or sodium polysulfide, a negative electrode container containing a negative electrode active material made of sodium, and disposed between the positive electrode portion and the negative electrode portion. A solid electrolyte having sodium ion conductivity, an insulating portion for insulating the positive electrode container and the negative electrode container, and sodium disposed in the negative electrode container and containing sodium and sealed at the bottom with a thermal fuse material. And a safety tube having a sodium inlet sealed at the top of the through hole and protruding from the negative electrode container. The negative electrode container of the negative electrode section may be connected to the insulating material.

【0012】また、前記負極部の負極容器は前記絶縁材
と接続され、前記安全管はナトリウム収容部とナトリウ
ム注入管とからなり、前記負極容器は、該ナトリウム注
入管と接続され、該ナトリウム注入管は該接続部とナト
リウム収容部との間に応力緩和機構を有することを特徴
とする。前記応力緩和機構は例えばベローズを使用でき
る。ベローズは山形の肉厚のある管状のもの等を使用で
きる。前記注入管の端部がナトリウム注入口を有する。
または、前記管の径或いは肉厚を薄くして変形を容易に
する構造を用いることもできる。
Further, the negative electrode container of the negative electrode portion is connected to the insulating material, the safety tube comprises a sodium storage portion and a sodium injection tube, and the negative electrode container is connected to the sodium injection tube, The pipe is characterized by having a stress relaxation mechanism between the connection part and the sodium storage part. As the stress relaxation mechanism, for example, a bellows can be used. As the bellows, a tubular member having a thick mountain shape can be used. The end of the injection tube has a sodium inlet.
Alternatively, it is also possible to use a structure in which the diameter or thickness of the tube is reduced to facilitate deformation.

【0013】前記位置にベローズを有する構成により、
負極容器にベローズを有するものより、安全管の縦及び
横の動きに柔軟性を向上させた構造にしたことにより、
β″−Al23管への応力負荷を軽減し、β″−Al2
3管の破壊を抑制する作用を向上できる。これによ
り、高安定な電池ができ、長寿命化に寄与することがで
きる。また、注入管がベローズ構造をとることにより、
安全管の位置決めがベローズ構造を有する注入管だけで
できる。よって、単に弾性部材が安全管上部に接続され
ているものや、弾性部材と安全管の反対側に支持部材等
を配置するものにくらべ、安全管の位置決めが容易であ
り、且つ、安全管が前記注入管だけで支持されている構
成をとることにより、前記ベローズの変形が容易であ
り、電池組立ての際に、固体電解質管の接合位置精度が
良好でない場合でも、電池として組み立てることがで
き、固体電解質に応力集中等を起こすことを抑制でき
る。
According to the structure having the bellows at the position,
By having a structure with improved flexibility in vertical and horizontal movement of the safety tube, than with a bellows in the negative electrode container,
"reduce the stress load on the -Al 2 O 3 tube, β" β -Al 2
The effect of suppressing the destruction of the O 3 tube can be improved. As a result, a highly stable battery can be obtained, which can contribute to a longer life. In addition, because the injection tube has a bellows structure,
The positioning of the safety pipe can be performed only with the injection pipe having the bellows structure. Therefore, it is easier to position the safety pipe than when the elastic member is simply connected to the upper part of the safety pipe, or when a support member or the like is arranged on the opposite side of the elastic member and the safety pipe, and the safety pipe is easy to use. By adopting the configuration supported only by the injection tube, the bellows can be easily deformed, and when assembling the battery, even when the joining position accuracy of the solid electrolyte tube is not good, it can be assembled as a battery, It is possible to suppress the occurrence of stress concentration or the like in the solid electrolyte.

【0014】前記注入管をベローズを有する細管とする
ことができる。安全管の径のほぼ1/4〜1/6程度で
あることが好ましい。また、安全管のナトリウム収容部
の底部にナトリウム供給孔を備え、温度ヒューズで閉止
しておき運転温度以下で融解させて電解質にナトリウム
を供給することが好ましい。
[0014] The injection tube may be a thin tube having a bellows. It is preferable that the diameter of the safety pipe is approximately 1/4 to 1/6. Preferably, a sodium supply hole is provided at the bottom of the sodium storage portion of the safety tube, closed with a temperature fuse, melted at an operating temperature or lower to supply sodium to the electrolyte.

【0015】また、前記正極容器はFe−Cr合金にA
lを有する合金を用いることができる。また、前記固体
電解質は、曲げ強度が高いものを用いることができる。
例えば、300〜700MPaであることができる。前
記ナトリウム中のSn,Pb,Ag,Cd,Sb,Zn
の少なくとも一つを有する成分は前記安全管のナトリウ
ム流通孔に配置した温度ヒューズが融解されたものであ
る。正極容器は例えば、Cr:25〜27重量%,A
l:1〜5重量%,残部Feからなり、Cを1重量%以
下含有することが好ましい。あるいはさらに、Moを1
〜5重量%含有することが好ましい。前記固体電解質は
前記の曲げ強度を有することが好ましい。前記固体電解
質は平均粒径が数μm〜数十(例えば、20)μm程度
であることができる。この構成により、例えば、年間充
電1200時間,放電1200時間,休止6360時間
の運転をした際、10年後の電池効率(充放電効率)8
5%以上の効率を図るものである。
[0015] Further, the positive electrode container is made of an Fe-Cr alloy with A
An alloy having 1 can be used. Further, the solid electrolyte having high bending strength can be used.
For example, it can be 300 to 700 MPa. Sn, Pb, Ag, Cd, Sb, Zn in the sodium
The component having at least one of the above is obtained by melting the thermal fuse disposed in the sodium flow hole of the safety tube. The positive electrode container is, for example, Cr: 25 to 27% by weight, A
l: 1 to 5% by weight, with the balance being Fe, and preferably containing 1% by weight or less of C. Or, in addition, Mo
Preferably, it is contained in an amount of about 5% by weight. Preferably, the solid electrolyte has the bending strength described above. The solid electrolyte may have an average particle size of about several μm to several tens (eg, 20) μm. With this configuration, for example, when the battery is operated for 1200 hours of charging, 1200 hours of discharging, and 6360 hours of suspension, the battery efficiency (charge / discharge efficiency) after 10 years is 8
An efficiency of 5% or more is achieved.

【0016】また、前記温度ヒューズ材はSn,Pb,
Ag,Cd,Sb,Znの少なくとも一つを有する金属
又は合金であることを特徴とする。
The thermal fuse material is composed of Sn, Pb,
It is a metal or an alloy having at least one of Ag, Cd, Sb, and Zn.

【0017】また、硫黄又は多硫化ナトリウムからなる
正極活物質を収容する正極容器を有する正極部と、ナト
リウムからなる負極活物質を収容する負極活物質を有す
る負極部と、該正極部と該負極部との間に配置されたナ
トリウムイオン伝導性を持つ固体電解質と、該正極容器
と該負極容器とを絶縁する絶縁部とを備え、該負極部内
にナトリウムを収容し、且つその底部に温度ヒューズ材
で封止されたナトリウムの流通孔を有する安全管を備
え、前記温度ヒューズ材を溶解させて固体電解質にナト
リウムを供給するナトリウム/硫黄電池において、前記
温度ヒューズは、前記温度ヒューズの溶解後にナトリウ
ム中に含まれるSn,Pb,Ag,Cd,Sb,Znの
含有量が、2ppm 以上、且つ、350℃におけるナトリ
ウムの溶解度以下となるような組成及び量の金属又は合
金であることを特徴とする。前記範囲の前記成分を含む
ものはナトリウム/硫黄電池の電池反応を阻害すること
なく電池運転ができる。前記成分は温度ヒューズが溶解
されたものであることができる。測定場所は、安全管の
中央部、及び、安全管内側表面付近、安全管と固体電解
質との間隙部、でナトリウムをとって測定する事が好ま
しい。前記ナトリウム中の前記成分はSn,Pb,A
g,Cd,Sb,Znの少なくとも二つを有することが
好ましい。ナトリウムの採取温度より高くナトリウムの
運転温度以下溶解する温度ヒューズを製作しやすい。
例えば、Sb等が含まれていると、ナトリウム中の酸素
(Na2O等)と反応して化合物(酸化物)を形成して、
ナトリウムをより精製して、電池反応に寄与する量の減
少を防止し、ナトリウム/硫黄電池の性能向上を図るこ
とができる。
Also, a positive electrode portion having a positive electrode container containing a positive electrode active material made of sulfur or sodium polysulfide, a negative electrode portion having a negative electrode active material containing a negative electrode active material made of sodium, the positive electrode portion and the negative electrode A solid electrolyte having sodium ion conductivity disposed between the positive electrode container and the negative electrode container. The negative electrode container contains sodium, and the bottom has a thermal fuse. Lumber
Equipped with a safety tube with a sodium flow hole sealed with
Then, dissolve the thermal fuse material and add
In a sodium / sulfur battery supplying lithium,
The thermal fuse must be melted after melting the thermal fuse.
Of Sn, Pb, Ag, Cd, Sb, Zn contained in the
Content at 2ppm or more and at 350 ° C
Metal or alloy with a composition and amount that is less than the solubility of
It is characterized by being gold . A battery containing the above components in the above range can operate the battery without inhibiting the battery reaction of the sodium / sulfur battery. The component may be a melted thermal fuse. It is preferable to measure sodium by taking sodium at the center of the safety pipe, near the inner surface of the safety pipe, and in the gap between the safety pipe and the solid electrolyte. The components in the sodium are Sn, Pb, A
It is preferable to have at least two of g, Cd, Sb, and Zn. Easily manufactured thermal fuse dissolves below the operating temperature of the sodium higher than taking the temperature of sodium.
For example, if Sb or the like is contained, oxygen in sodium
(Na 2 O, etc.) to form a compound (oxide),
By further purifying sodium, it is possible to prevent a decrease in the amount contributing to the battery reaction and improve the performance of the sodium / sulfur battery.

【0018】前記ナトリウム中にSn,Pb,Ag,C
d,Sb,Znの少なくとも一つを有する成分を1重量
%以下含有するほうが良く、さらに2ppm〜60ppm含有
することが好ましい。さらに好ましくは、ナトリウム中
の前記成分は、前記ナトリウム中にSn,Pb,Ag,
Cd,Sb,Znの少なくとも二つを有する成分含むこ
とが好ましい。さらには、少なくともSbを含有するこ
とが好ましい。
In the above sodium, Sn, Pb, Ag, C
It is better to contain a component having at least one of d, Sb, and Zn in an amount of 1% by weight or less, and more preferably 2 to 60 ppm. More preferably, said component in sodium comprises Sn, Pb, Ag,
It is preferable to include a component having at least two of Cd, Sb, and Zn. Further, it is preferable to contain at least Sb.

【0019】Sn,Pb,Ag,Cd,Sb,Zn等の
成分は前記安全管のナトリウム流通孔を塞ぐことができ
る量である。
Components such as Sn, Pb, Ag, Cd, Sb, and Zn are in an amount capable of closing the sodium flow hole of the safety tube.

【0020】本発明のナトリウム/硫黄電池の製造方法
は、底部に温度ヒューズ材で封止されたナトリウム流通
孔とその頂部に延長したナトリウム注入口を有する安全
管に、該注入口からナトリウムを安全管内に注入する工
程,該注入口を封止する工程,該安全管を固体電解質内
に収容する工程を含むことを特徴とする。本発明の方法
により、空気中での劣化や反応性の大きい、固体電解質
管や、ナトリウムの品質管理が容易であり、効率良く品
質の高いナトリウム/硫黄電池ができる。ナトリウム/
硫黄電池の製造工程の短縮ができ、電池の製作コストの
低減化ができる。
According to the method for manufacturing a sodium / sulfur battery of the present invention, sodium is safely supplied from a safety tube having a sodium flow hole sealed with a thermal fuse material at the bottom and a sodium injection port extending at the top. It is characterized by including a step of injecting into the tube, a step of sealing the inlet, and a step of housing the safety tube in a solid electrolyte. According to the method of the present invention, it is easy to control the quality of solid electrolyte tubes and sodium, which have high degradation and reactivity in the air, and a high-quality sodium / sulfur battery can be efficiently obtained. sodium/
The manufacturing process of the sulfur battery can be shortened, and the manufacturing cost of the battery can be reduced.

【0021】特に、本方法では固体電解質管を電池最終
組立てまで保管できる。
In particular, in the present method, the solid electrolyte tube can be stored until the final assembly of the battery.

【0022】またさらに、該安全管を固体電解質内に収
容された後、前記温度ヒューズの融点より高い温度まで
加熱して、前記温度ヒューズを融解させ、前記ナトリウ
ムを固体電解質と接触させる工程を有することを特徴と
する。本発明では、安全管に付した温度ヒューズを電池
組立の際に取り外す必要がないので、電池に組み立てて
から、電池を昇温し、安全管の中に密閉していたナトリ
ウムを固体電解質等と接触させるのでナトリウムが製造
工程において大気と触れること無く製造できるので、反
応性の高いナトリウムの劣化をより効率良く防ぐことが
できる。前記のように昇温する際前記成分をナトリウム
に融解できる。温度ヒューズは前記Sn,Pb,Ag,
Cd,Sb,Znの少なくとも二つ以上の成分を有し加
熱によりナトリウムに融解させることが好ましい。
Still further, the method further comprises a step of heating the safety tube to a temperature higher than the melting point of the thermal fuse after the safety tube is housed in the solid electrolyte, melting the thermal fuse, and bringing the sodium into contact with the solid electrolyte. It is characterized by the following. In the present invention, it is not necessary to remove the thermal fuse attached to the safety tube when assembling the battery.Therefore, after assembling the battery, the temperature of the battery is raised, and the sodium sealed in the safety tube is replaced with a solid electrolyte or the like. Since the contact is made, sodium can be produced without coming into contact with the atmosphere in the production process, so that deterioration of highly reactive sodium can be prevented more efficiently. When the temperature is raised as described above, the components can be dissolved in sodium. The thermal fuse is composed of Sn, Pb, Ag,
It is preferable to have at least two or more components of Cd, Sb, and Zn and to melt them into sodium by heating.

【0023】本発明は、硫黄又は多硫化ナトリウムから
なる正極活物質を収容する正極部と,ナトリウムからな
る負極活物質を収容する負極部と,該正極部と該負極部
との間に配置されたナトリウムイオン伝導性を持つ固体
電解質とを備たナトリウム/硫黄電池の、該正極部内に
ナトリウムを収容し、且つナトリウムの流通孔を有する
ナトリウム/硫黄電池用安全管において、前記安全管は
底部に温度ヒューズ材で封止されたナトリウム流通孔と
その頂部に延長したナトリウム注入口を有することを特
徴とする。また、好ましくは、前記安全管はナトリウム
収容部とナトリウム注入管とからなり、該注入管はベロ
ーズと該ベローズより端部側に前記負極部との接続用部
分を有する。
According to the present invention, there is provided a positive electrode portion containing a positive electrode active material made of sulfur or sodium polysulfide, a negative electrode portion containing a negative electrode active material made of sodium, and disposed between the positive electrode portion and the negative electrode portion. A sodium / sulfur battery provided with a solid electrolyte having sodium ion conductivity, a sodium / sulfur battery safety tube containing sodium in the positive electrode portion and having a sodium circulation hole, wherein the safety tube is provided at the bottom. It is characterized by having a sodium flow hole sealed with a thermal fuse material and a sodium injection port extending at the top thereof. Preferably, the safety tube includes a sodium storage portion and a sodium injection tube, and the injection tube has a bellows and a portion for connecting the negative electrode portion at an end portion side of the bellows.

【0024】安全管のナトリウム収容部の底部に温度ヒ
ューズで閉止したナトリウム供給孔を備え、ナトリウム
温度150〜200℃で安全管にナトリウムを供給する
ことが好ましい。
It is preferable that a sodium supply hole closed with a thermal fuse is provided at the bottom of the sodium storage portion of the safety tube, and sodium is supplied to the safety tube at a sodium temperature of 150 to 200 ° C.

【0025】本発明はナトリウム注入管端部一つを介し
て、真空引き,ナトリウム採取ができるので、容易に真
空引きができ、ナトリウムの採取量の制御が容易であ
る。
According to the present invention, vacuum evacuation and sodium collection can be performed through one end of the sodium injection tube, so that vacuum evacuation can be easily performed and the amount of sodium collected can be easily controlled.

【0026】また、前記流通孔はSn,Pb,Ag,C
d,Sb,Znの少なくとも一つを有する成分を有する
温度ヒューズの栓を配置したことを特徴とする。
The flow holes are formed of Sn, Pb, Ag, C
A plug for a thermal fuse having a component having at least one of d, Sb, and Zn is provided.

【0027】好ましくは、前記ナトリウム中にSn,P
b,Ag,Cd,Sb,Znの少なくとも二つ以上を有
する成分からなることが好ましい。
Preferably, Sn, P is contained in the sodium.
It is preferable to comprise a component having at least two of b, Ag, Cd, Sb, and Zn.

【0028】また、前記温度ヒューズは前記ナトリウム
/硫黄電池の運転温度以下で融解することを特徴とす
る。
Further, the thermal fuse is characterized by melting below the operating temperature of the sodium / sulfur battery.

【0029】前記温度ヒューズはSn5〜15−Pb8
5〜95wt%,Sn5〜20−Pb80〜95wt
%,Ag5〜25−Pb95〜97.5wt%,Ag3
〜5−Cd95〜97wt%,Cd32〜90−Zn1
0〜68wt%,Pb97〜99−Sb1〜3wt%の
少なくともいずれかを有し、250〜350℃で融解す
るものを用いることができる。
The thermal fuse is Sn5-15-Pb8
5-95wt%, Sn5-20-Pb80-95wt
%, Ag5-25-Pb95-97.5 wt%, Ag3
95 to 97 wt%, Cd32 to 90-Zn1
A material having at least one of 0 to 68 wt% and Pb 97 to 99-Sb 1 to 3 wt% and melting at 250 to 350 ° C. can be used.

【0030】前記温度ヒューズは、Sbを含有すること
が好ましい。
The thermal fuse preferably contains Sb.

【0031】また、本発明は、硫黄又は多硫化ナトリウ
ムからなる正極活物質を収容する正極部と,ナトリウム
からなる負極活物質を収容する負極部と,該正極部と該
負極部との間に配置されたナトリウムイオン伝導性を持
つ固体電解質とを備え、該負極部内にナトリウムを収容
し、且つナトリウムの流通孔を有するナトリウム/硫黄
電池用安全管にナトリウムを採取するナトリウム採取装
置において、該安全管はナトリウム収容部とナトリウム
注入管とからなり、前記流通孔はナトリウム/硫黄電池
運転温度で融解する温度ヒューズの栓が配置されてお
り、前記注入管端部と連結されるナトリウム採取口を有
し、該採取口は、前記ナトリウム収容部内を前記採取口
を介して減圧する減圧装置、前記減圧された前記ナトリ
ウム収容部内に採取するナトリウムを蓄えるナトリウム
タンク、とに連絡されることを特徴とする。
Further, the present invention provides a positive electrode portion containing a positive electrode active material made of sulfur or sodium polysulfide, a negative electrode portion containing a negative electrode active material made of sodium, and a gap between the positive electrode portion and the negative electrode portion. A solid electrolyte having sodium ion conductivity disposed therein, wherein the sodium is contained in the negative electrode portion, and the sodium is collected in a sodium / sulfur battery safety tube having a sodium flow hole. The tube comprises a sodium storage portion and a sodium injection tube, and the flow hole is provided with a temperature fuse plug which melts at the operating temperature of the sodium / sulfur battery, and has a sodium sampling port connected to the end of the injection tube. The sampling port is provided with a decompression device for reducing the pressure in the sodium container through the sampling port, and the pressure is collected in the decompressed sodium container. Sodium accumulating tank that, characterized in that it is contacted to the city.

【0032】また、さらに、該安全管はナトリウム収容
部と応力緩和機構(ベローズ等)を有するナトリウム注
入管とからなり、該応力緩和機構より端部側の前記注入
管部分に前記負極部との接続用部分を有し、前記採取口
と前記減圧装置或いは前記ナトリウムタンクとの間に
は、採取口と前記減圧装置或いは前記ナトリウムタンク
との流路を切り替える切り替え弁、前記ナトリウム注入
管を閉止する閉止装置を有することを特徴とする。
Further, the safety tube comprises a sodium accommodating portion and a sodium injection tube having a stress relaxation mechanism (bellows or the like), and the injection tube portion on the end side of the stress relaxation mechanism is connected to the negative electrode portion. It has a connecting portion, and between the sampling port and the pressure reducing device or the sodium tank, a switching valve for switching a flow path between the sampling port and the pressure reducing device or the sodium tank, and closing the sodium injection pipe. It is characterized by having a closing device.

【0033】前記ナトリウム採取装置を用いて本発明の
安全管にナトリウムを採取し、本発明のナトリウム/硫
黄電池を製作することにより、前記ナトリウムを製造工
程において大気と触れること無く製造できるので性能劣
化を防止できる。
By collecting sodium in the safety tube of the present invention using the sodium collecting apparatus and manufacturing the sodium / sulfur battery of the present invention, the sodium can be produced without contact with the atmosphere in the production process, so that the performance is deteriorated. Can be prevented.

【0034】前記閉止装置は安全管にナトリウムを採取
後、前記ナトリウム注入管の端部付近の所定の部分をか
しめて封止する装置であることができる。ナトリウムを
採取後、前記採取口が前記ナトリウム注入管と分離され
る前に閉止されることが好ましい。前記かしめる他にナ
トリウム注入管の開口部が封止できるものであれば他の
手段でもよい。
[0034] The closing device may be a device that collects sodium into the safety tube, and then caulks and seals a predetermined portion near an end of the sodium injection tube. Preferably, after the sodium is collected, the port is closed before the port is separated from the sodium injection tube. In addition to the caulking, other means may be used as long as the opening of the sodium injection tube can be sealed.

【0035】本発明は採取口一つを介して、真空引き,
ナトリウム採取ができるので、容易に真空引きができ、
ナトリウムの採取量の制御が容易である。
According to the present invention, the evacuation is performed through one sampling port.
Since sodium can be collected, vacuum can be easily drawn,
It is easy to control the amount of sodium collected.

【0036】本発明は硫黄,該硫黄を収納する正極容器
を有する正極部と,ナトリウム、該ナトリウムを収容す
る負極容器を有する負極部がナトリウムイオン伝導性を
持つ固体電解質を介して配置され、前記正極部の負極容
器は前記絶縁材に接続され、該負極容器内の前記固体電
解質内に、ナトリウムを収容し、且つナトリウムの流通
孔を有する安全管を備えたナトリウム/硫黄電池に適応
できる。
According to the present invention, a positive electrode portion having sulfur and a positive electrode container containing the sulfur, and a negative electrode portion having sodium and a negative electrode container containing the sodium are disposed via a solid electrolyte having sodium ion conductivity. The negative electrode container of the positive electrode part is connected to the insulating material, and accommodates sodium in the solid electrolyte in the negative electrode container, and is applicable to a sodium / sulfur battery provided with a safety tube having a sodium circulation hole.

【0037】[0037]

【作用】本発明により、ナトリウムの品質管理が容易
で、高安定性,長寿命化が図れるナトリウム/硫黄電池
を提供することができ、また、電池の量産化が容易なナ
トリウム/硫黄電池を提供できる。
According to the present invention, it is possible to provide a sodium / sulfur battery in which the quality of sodium can be easily controlled, high stability and long life can be provided, and a sodium / sulfur battery which can be easily mass-produced. it can.

【0038】負極活物質ナトリウムの採取を容易にし、
かつ、ナトリウムの採取時及び電池の組立時における雰
囲気からの汚染の防止及びβ″−Al23管等要素部品
の品質管理などができる。また、β″−Al23管への
応力負荷を軽減でき、β″−Al23管やナトリウムな
どの要素材の品質管理が容易にでき、電池の組立工程を
簡便化して安全性の向上を図れ及び使用済み電池の解
体,処理、または、ナトリウムの再利用を容易にでき
る。また、電池の製作コストを低減できる。
To facilitate the collection of the negative electrode active material sodium,
And the prevention of contamination from the atmosphere at the time of assembling the collection time and the battery of sodium and beta "can include -Al 2 O 3 tube like component parts of the quality control. In addition, beta" stress on -Al 2 O 3 tube The load can be reduced, the quality of element materials such as β ″ -Al 2 O 3 tube and sodium can be easily controlled, the battery assembly process can be simplified, safety can be improved, and the disassembly and processing of used batteries can be improved. Alternatively, sodium can be easily reused, and the manufacturing cost of the battery can be reduced.

【0039】本発明では、安全管に付した温度ヒューズ
を電池組立の際に取り外す必要がないので、電池に組み
立ててから、電池を昇温し、安全管の中に密閉していた
ナトリウムを固体電解質等と接触させるのでナトリウム
が製造工程において大気と触れること無く製造できるの
で、反応性の高いナトリウムの劣化をより効率良く防ぐ
ことができる。反応性の高いナトリウムは、水分や酸素
との接触があると、Na2OやNaOH及びH2が生じ
る。ナトリウムは非常に活性なので、水分や酸素と数秒
接触するだけで、反応物を生じる。このため、ナトリウ
ムと接触する雰囲気の管理が重要であり、場合によって
は、水分や酸素を低レベルに抑えた容器等の中で作業す
ることになり、取り扱いが困難で、作業性がよくない。
In the present invention, it is not necessary to remove the thermal fuse attached to the safety tube when assembling the battery. Therefore, after assembling the battery, the temperature of the battery is raised, and the sodium sealed in the safety tube is solidified. Since it is brought into contact with an electrolyte or the like, sodium can be produced without coming into contact with the atmosphere in the production process, so that deterioration of highly reactive sodium can be prevented more efficiently. Highly reactive sodium produces Na 2 O, NaOH and H 2 when it comes into contact with moisture or oxygen. Sodium is so active that contact with moisture or oxygen for only a few seconds produces a reactant. For this reason, it is important to control the atmosphere that comes into contact with sodium, and in some cases, it is necessary to work in a container or the like in which moisture and oxygen are kept at a low level, and handling is difficult and workability is poor.

【0040】Na2Oは融点が非常に高い(1270℃程
度)ので電池運転温度では融解せず、電池中に残留す
る。その際、前記ナトリウムの流通孔等を閉塞或いはナ
トリウムの流通を阻害すると電池性能を低下させる原因
となり、また、長寿命化を阻害する一因となる。また、
NaOHは非常に腐食性が高く、電解質等を劣化させる
こと及び負極容器等を腐食するおそれがある。また、電
池内に反応性の高いH2が介在すると金属材料の水素脆
化や固体電解質管を劣化させるために好ましくない。
Since Na 2 O has a very high melting point (about 1270 ° C.), it does not melt at the battery operating temperature and remains in the battery. At this time, if the sodium flow holes or the like are closed or the flow of sodium is obstructed, it will cause a decrease in battery performance and will also hinder a longer life. Also,
NaOH is extremely corrosive, and may degrade the electrolyte and the like and corrode the negative electrode container and the like. Further, if highly reactive H 2 is interposed in the battery, it is not preferable because hydrogen embrittlement of the metal material and deterioration of the solid electrolyte tube occur.

【0041】本発明により、ナトリウム容器にナトリウ
ムを採取するところから、電池組立,電池作動まで、ナ
トリウムを外気と触れること無く行うことができるた
め、上記腐食劣化等が抑制でき、高安定性,長寿命化を
図ることができる。
According to the present invention, from the collection of sodium in the sodium container to the battery assembly and operation of the battery, the sodium can be performed without contact with the outside air, so that the above-mentioned corrosion deterioration and the like can be suppressed, and high stability and long life can be achieved. Life can be extended.

【0042】本発明により、ナトリウム中の酸素濃度を
抑制でき、Na2O 等の反応物の生成も抑制できるので
良好な電池ができる。
According to the present invention, the concentration of oxygen in sodium can be suppressed, and the formation of reactants such as Na 2 O can be suppressed, so that a good battery can be obtained.

【0043】本発明により、年間充電1200時間,放
電1200時間,休止6360時間の運転をした際、1
0年後の電池効率(充放電効率)85%以上の効率を図
るものである。
According to the present invention, when the battery is operated for 1200 hours of charging, 1200 hours of discharging, and 6360 hours of suspension per year,
The battery efficiency (charge / discharge efficiency) after 85 years is 85% or more.

【0044】具体的には、本発明のナトリウム/硫黄電
池の安全管底部のナトリウム供給孔を温度ヒューズで閉
止し、上部負極容器との接続部をベロ−ズ製細管構造と
したカプセル形状の安全管に、負極活物質ナトリウムを
採取することにより、(1)β″−Al23管の品質管
理及びナトリウムの純度管理が容易、(2)負極容器と
安全管の接続部を細管のベロ−ズを用いることで、β″
−Al23管への応力負荷を軽減して電池の安全性を向
上、(3)安全管と負極活物質ナトリウムを再利用でき
ること、及び(4)使用済み電池や故障電池の解体処理
が容易となることなどのメリットがある。
Specifically, the sodium supply hole at the bottom of the safety tube of the sodium / sulfur battery of the present invention is closed with a thermal fuse, and the connection with the upper negative electrode container is formed in a bellows-made thin tube structure. By collecting the negative electrode active material sodium into the tube, (1) quality control of the β ″ -Al 2 O 3 tube and purity control of sodium are easy, and (2) the connecting portion between the negative electrode container and the safety tube is formed by a thin tube. − ″, Β ″
-Al 2 improve safety relief to cell stress load on the O 3 tube, (3) can be reused safely tube and the negative electrode active material of sodium, and (4) slaughter of used batteries or breakdown battery There are merits such as being easy.

【0045】[0045]

【実施例】以下、本発明の実施例を説明する。Embodiments of the present invention will be described below.

【0046】(実施例1)図1は、本実施例を示すナト
リウム/硫黄電池の断面図である。1は正極容器、2は
固体電解質、3は安全管(ナトリウム収容部)、4は正
極端子、5はナトリウム注入管(負極端子)、6は正,
負極を分離絶縁するためのα−Al23接合部、7はナ
トリウム、8は硫黄モールド、9はナトリウム供給孔、
10は負極容器及び11はベローズ製の細管である。
(Embodiment 1) FIG. 1 is a sectional view of a sodium / sulfur battery showing this embodiment. 1 is a positive electrode container, 2 is a solid electrolyte, 3 is a safety tube (sodium storage part), 4 is a positive electrode terminal, 5 is a sodium injection tube (negative electrode terminal), 6 is a positive electrode,
Α-Al 2 O 3 junction for separating and insulating the negative electrode, 7 is sodium, 8 is a sulfur mold, 9 is a sodium supply hole,
10 is a negative electrode container and 11 is a bellows-made thin tube.

【0047】図2は、カプセル状安全管の縦断面図であ
る。3は安全管、5はナトリウム注入管(負極端子)、
7はナトリウム、9はナトリウム供給孔に温度ヒューズ
で閉止したもの、11はベローズ製の細管、12はフラ
ンジ(負極部(負極容器)との接合用部分)、13は封
止部であり、安全管にナトリウムを採取したのち封止す
るための半つぶし状の管になっている。14はナトリウ
ム採取口及び15はナトリウム供給管である。
FIG. 2 is a longitudinal sectional view of the capsule-shaped safety pipe. 3 is a safety tube, 5 is a sodium injection tube (negative electrode terminal),
7 is sodium, 9 is a sodium supply hole closed with a thermal fuse, 11 is a bellows-made thin tube, 12 is a flange (part for joining with the negative electrode part (negative electrode container)), and 13 is a sealing part. It is a semi-crushed tube for sealing after collecting sodium in the tube. 14 is a sodium sampling port and 15 is a sodium supply pipe.

【0048】図5は、比較のナトリウム/硫黄電池の断
面図である。1は正極容器、2はナトリウムイオン導電
性の固体電解質、3は安全管、4は正極端子、5はナト
リウム導入管を兼ねた負極端子、6は正,負極を分離絶
縁するためのα−アルミナ(以下、α−Al23と略
記)接合部(以下、熱圧接部と略記)、7は負極活物質
ナトリウム、8はカーボンフェルトに正極活物質Sを含
浸させた硫黄モールド、9はナトリウム供給孔及び10
は負極容器である。
FIG. 5 is a sectional view of a comparative sodium / sulfur battery. 1 is a positive electrode container, 2 is a sodium ion conductive solid electrolyte, 3 is a safety tube, 4 is a positive electrode terminal, 5 is a negative electrode terminal also serving as a sodium introduction tube, 6 is α-alumina for separating and insulating the positive and negative electrodes. (Hereinafter abbreviated as α-Al 2 O 3 ) joint (hereinafter abbreviated as heat-pressed portion), 7 is a negative electrode active material sodium, 8 is a sulfur mold obtained by impregnating carbon felt with a positive electrode active material S, 9 is sodium Supply hole and 10
Denotes a negative electrode container.

【0049】本電池構成において、負極活物質ナトリウ
ムの採取は、安全管底部に0.1〜1.0mmφ のナトリ
ウム供給孔を備えた。図6に比較のナトリウム/硫黄電
池のα−Al23 リングを介して安全管,β″−Al2
3 及び負極容器の半組立図を示す。図に示したよう
に、負極容器10に溶接された安全管3にα−Al23
リング6を介してβ″−Al23管2を取り付けた形状
のもの、すなわち、電池の半組立状のものに、ナトリウ
ム注入管5よりナトリウムを真空注入するようになって
いる。このためナトリウムは、安全管のナトリウム供給
孔よりβ″−Al23管と安全管との間、すなわち、ギ
ャップ上方部の正,負極の分離絶縁した熱圧接部の上の
部分7′にまでナトリウムが供給される。このナトリウ
ムは安全管内,ウイック及びギャップ部表面を洗浄しな
がらギャップ部上部にまで供給されるため、相当に汚れ
たナトリウムが熱圧接部等に付着することになる。電池
の作動時にはナトリウムの液面は低下するが、膜状とな
った酸化物は付着したままか、または、液面上に酸化膜
として存在する。また、ナトリウム/硫黄電池の定格作
動温度の350℃では、ナトリウム中の酸素の溶解度
は、ほぼ、200ppm であるので、これ以上の酸素量
は、上述のように、当初付着した熱圧接部、または、液
面上に残存する。液体ナトリウム中における材料の腐食
は、ナトリウム中の酸素濃度に依存するため、本電池の
熱圧接部においても腐食のおそれがある。本発明の電池
はこれらの腐食を抑制できるため良好な性能を有するこ
とができる。
In the present battery configuration, a sodium supply hole of 0.1 to 1.0 mmφ was provided at the bottom of the safety tube for collecting the negative electrode active material sodium. FIG. 6 shows a safety tube, β ″ -Al 2 through the α-Al 2 O 3 ring of the comparative sodium / sulfur battery.
FIG. 3 shows a semi-assembled drawing of O 3 and a negative electrode container. As shown in the figure, the safety tube 3 welded to the negative electrode container 10 has α-Al 2 O 3
Sodium is vacuum-injected from the sodium injection tube 5 into a configuration in which the β ″ -Al 2 O 3 tube 2 is attached via the ring 6, that is, a semi-assembled battery. Sodium is transferred from the sodium supply hole of the safety tube to the portion between the β ″ -Al 2 O 3 tube and the safety tube, that is, to a portion 7 ′ above the positively and negatively separated thermal pressure welding portions of the positive and negative electrodes above the gap. Is supplied. Since this sodium is supplied to the upper portion of the gap portion while cleaning the inside of the safety pipe, the wick and the surface of the gap portion, considerably contaminated sodium adheres to the heat-welded portion and the like. During the operation of the battery, the liquid level of sodium drops, but the oxide in the form of a film remains attached or exists as an oxide film on the liquid level. Further, at the rated operating temperature of the sodium / sulfur battery of 350 ° C., the solubility of oxygen in sodium is approximately 200 ppm. And remains on the liquid surface. Since the corrosion of the material in liquid sodium depends on the oxygen concentration in sodium, there is a possibility that the material may be corroded even at the heat-welded portion of the battery. Since the battery of the present invention can suppress such corrosion, it can have good performance.

【0050】比較の電池では、ナトリウムを細管に真空
吸い上げ法により採取すると、管内表面を洗浄して、不
純物は管の後尾側に運ばれ偏析することが知られてお
り、本電池もこのような現象が起こっているものと推察
される。
In the comparative battery, it is known that when sodium is collected into a thin tube by the vacuum suction method, the inner surface of the tube is washed, and impurities are carried to the tail side of the tube and segregated. It is presumed that a phenomenon is occurring.

【0051】(1)上述したように、β″−Al2
3管,安全管,α−Al23リング及び負極容器等を組
立てたのちにナトリウムの採取操作を実施するため、熱
圧接部,β″−Al23管及びナトリウム純度など、要
素材の品質管理が難しい。
(1) As described above, β ″ -Al 2 O
After assembling the three pipes, safety pipe, α-Al 2 O 3 ring, negative electrode container, etc., in order to carry out the operation of collecting sodium, element materials such as heat welding parts, β ″ -Al 2 O 3 pipe and sodium purity Quality control is difficult.

【0052】(2)安全管は、直接負極容器のフランジ
に溶接構造となっているため、芯出しが難しいこと、
β″−Al23管の偏芯と相まって、安全管の溶接歪な
どにより垂直性が損なわれること及び熱歪などによっ
て、β″−Al23管への応力負荷となって、β″−A
23管を破損する原因の一つと考えられている。
(2) Since the safety pipe is directly welded to the flange of the negative electrode container, it is difficult to center the pipe.
In combination with the eccentricity of the β ″ -Al 2 O 3 pipe, the verticality is impaired due to welding distortion of the safety pipe, and thermal stress causes stress load on the β ″ -Al 2 O 3 pipe. "-A
This is considered to be one of the causes of damage to the l 2 O 3 tube.

【0053】(3)安全管にナトリウムを採取する場
合、安全管,負極容器及びβ″−Al23管を正,負極
を分離絶縁するためのα−Al23リングを介して接合
した、所謂、電池の半組立状の形態においてナトリウム
を採取するため、ナトリウムの充填不足の電池がしばし
ば存在していた。
(3) When sodium is collected in the safety tube, the safety tube, the negative electrode container and the β ″ -Al 2 O 3 tube are joined via an α-Al 2 O 3 ring for separating and insulating the positive and negative electrodes. In order to collect sodium in a so-called semi-assembled form of the battery, there is often an underfilled sodium battery.

【0054】(4)上記(2)に述べたように、負極容
器のフランジと安全管は溶接構造で、使用済み電池や故
障電池の解体,処理が難しい電池構造であり、安全管を
含めた負極活物質の再利用が容易ではない。また、ナト
リウムとSはナトリウム、または、Sの一方が融解する
と簡単に反応する性質をもっている。そして、これが直
接反応を起こすと、断熱状態では、ほぼ、1400〜2
000℃の高温となり、危険が伴うためナトリウムとS
を分別して処理する必要があるが、分別しにくい電池構
造であった。本発明の電池はこれらの問題点を解決する
ことができる。
(4) As described in the above (2), the flange of the negative electrode container and the safety tube have a welded structure, and it is difficult to disassemble and dispose of a used battery or a failed battery. It is not easy to reuse the negative electrode active material. Further, sodium and S have a property of easily reacting when one of sodium and S is melted. When this causes a direct reaction, in an adiabatic state, it is almost 1400 to 2
The temperature rises to 000 ° C, which can be dangerous.
Must be separated and processed, but the battery structure is difficult to separate. The battery of the present invention can solve these problems.

【0055】また、使用済み電池や故障電池は、負極容
器部より切断して安全管を引き抜き、ナトリウムとSを
分別して解体処理,処分することが簡単にできる電池構
造とした。
Further, the used battery and the failed battery have a battery structure which can be cut off from the negative electrode container part, a safety tube is pulled out, sodium and S are separated, and disassembly processing and disposal are easy.

【0056】安全管と負極容器との接続管をベローズ製
の細管としたことにより、負極容器部の所定の部分を切
断或いは分離するだけて、安全管をβ″−Al23管よ
り引き抜くことができ、安全管及びナトリウムを再利用
することもできる。
Since the connecting pipe between the safety tube and the negative electrode container is a thin tube made of bellows, the safety tube is pulled out from the β ″ -Al 2 O 3 tube only by cutting or separating a predetermined portion of the negative electrode container portion. The safety tube and sodium can be recycled.

【0057】なお、正極活物質はS及び負極活物質は金
属ナトリウムとして分別するために、電池は充電末で停
止することが好ましい。
It is preferable that the battery be stopped at the end of charging in order to separate the positive electrode active material as S and the negative electrode active material as metallic sodium.

【0058】(実施例2)上記電池における組立工程に
ついて述べる。図2のベローズのフランジ部を負極容器
に溶接してある安全管3のナトリウム供給孔9に、ほ
ぼ、250〜350℃で融解するSn5〜15−Pb8
5〜95wt%,Ag2.5−Pb97.5wt%,Sn
5〜20−Pb80〜95wt%及びAg5−Cd95
wt%などの低融点合金を用いて閉止したものに、真空
注入法によりナトリウムを採取する。この際、ナトリウ
ムの採取温度を150〜200℃で実施する。
(Example 2) An assembling process for the above battery will be described. Sn5-15-Pb8 that melts at approximately 250-350 ° C. in the sodium supply hole 9 of the safety tube 3 in which the flange portion of the bellows of FIG. 2 is welded to the negative electrode container.
5-95 wt%, Ag2.5-Pb97.5 wt%, Sn
5-20-Pb 80-95 wt% and Ag5-Cd95
Sodium is collected by a vacuum injection method into a closed one using a low melting point alloy such as wt%. At this time, the sampling temperature of sodium is set at 150 to 200 ° C.

【0059】また、安全管底部のナトリウム供給孔の温
度ヒューズによる閉止は、ナトリウム供給孔が小さく、
安全管の熱容量が大きいのでナトリウム供給孔の閉止に
用いる温度ヒューズの融点付近まで加熱してから実施す
る。
Further, when the sodium supply hole at the bottom of the safety tube is closed by a thermal fuse, the sodium supply hole is small.
Since the heat capacity of the safety tube is large, it is necessary to heat it up to near the melting point of the thermal fuse used to close the sodium supply hole.

【0060】上述の安全管にナトリウムを採取したの
ち、次に、β″−Al23管と正極容器が接続している
ものに、ナトリウムを採取した安全管をβ″−Al23
管内に挿入し、正極側と接合して電池構成は完了する。
After sodium was collected in the above-mentioned safety tube, the safety tube from which sodium was collected was connected to the β ″ -Al 2 O 3 tube and the positive electrode container connected to the β ″ -Al 2 O 3 tube.
It is inserted into the tube and joined to the positive electrode side to complete the battery configuration.

【0061】なお、ナトリウム供給孔の閉止用として用
いたPb−Sn,Ag−Pb合金などの温度ヒューズの
量は、全量をPbとして換算しても、約0.02g で、
ナトリウム中濃度にすると、ほぼ、60wtppm であ
り、330℃のナトリウム中におけるPbの溶解度は1
〜2wt%程度であるので、とくに問題とはならない。
上述のように、負極活物質ナトリウムの採取及び電池の
組立工程が簡便であり、また、電池の組立の最終段階で
β″−Al23管を取り付けるため、β″−Al23
の疵や割れを防止でき、また、不純物やごみなどに汚染
されずに組み立てることができる。このため、ナトリウ
ムの純度管理を含めたβ″−Al23管など、電池要素
材の品質管理が容易となった。
The amount of the thermal fuse such as Pb-Sn or Ag-Pb alloy used for closing the sodium supply hole is about 0.02 g even if the total amount is converted to Pb.
The concentration in sodium is approximately 60 wtppm, and the solubility of Pb in sodium at 330 ° C. is 1%.
Since it is about 2 wt%, there is no particular problem.
As described above, the anode active harvested and cell assembly process materials sodium is simple, also, "for attaching -Al 2 O 3 tube, beta" final stage beta assembly of battery -Al 2 O 3 tube Can be prevented, and can be assembled without being contaminated by impurities or dust. For this reason, the quality control of the battery element materials such as the β ″ -Al 2 O 3 tube including the control of the purity of sodium is facilitated.

【0062】(実施例3)β″−Al23管の曲がり、
偏芯及び安全管の曲がり、及び電池の作動時に発生する
応力など、β″−Al23管への応力負荷を緩和する対
策としては、(1)図2に示した安全管上部をベローズ製
の細管として負極容器に取り付ける構造、(2)図3の
3−(イ)の安全管その物の上部にベローズを取り付け
る構造、(3)図3の3−(ロ)の負極容器に波板状の
ベローズを取り付ける構造及び(4)図3の3−(ハ)
の負極容器胴にベローズを取り付ける構造などが考えら
れる。
Example 3 Bending of β ″ -Al 2 O 3 tube,
Measures to alleviate the stress load on the β ″ -Al 2 O 3 tube, such as eccentricity, bending of the safety tube, and stress generated during battery operation, are as follows: (1) Bellows the upper part of the safety tube shown in FIG. (2) A structure in which a bellows is attached to the upper part of the safety tube itself shown in 3- (a) of FIG. 3 and (3) A wave is attached to the negative container of 3- (b) in FIG. Structure for attaching plate-shaped bellows and (4) 3- (c) in FIG.
A structure in which a bellows is attached to the negative electrode container body is considered.

【0063】上述のように、種々の応力緩和方法が考え
られるが、電池内においては、応力の方向性や大きさな
ど、応力発生のメカニズムが複雑なことなど、わからな
いことが多い。したがって、電池内の小さな発生応力や
急激な発生応力に対して瞬時に対応できる必要があり、
そのためには、図2に示した安全管と負極容器との接続
管をベローズ製の細管とした電池構造が最も有効にβ″
−Al23管の破損を防止できる。
As described above, various stress relaxation methods are conceivable, but in a battery, it is often unknown that the mechanism of stress generation, such as the direction and magnitude of stress, is complicated. Therefore, it is necessary to be able to respond instantaneously to small or sudden generated stress in the battery.
For this purpose, a battery structure in which the connection pipe between the safety pipe and the negative electrode container shown in FIG.
-Breakage of the Al 2 O 3 tube can be prevented.

【0064】なお、上述のように安全管と負極容器部を
連結しているベローズを有するナトリウム注入管は、電
池内の小さな発生応力や急激な発生応力に即対応でき、
しかも、ナトリウムの採取が容易である管径とする必要
から、安全管径のほぼ、1/4〜1/6の径が望まし
い。
As described above, the sodium injection tube having a bellows connecting the safety tube and the negative electrode container can immediately cope with a small generated stress or a sudden generated stress in the battery.
In addition, since it is necessary to make the tube diameter such that sodium can be easily collected, a diameter of about 1/4 to 1/6 of the safety tube diameter is desirable.

【0065】(実施例4)安全管をカプセル状としたこ
とにより、安全管単独でナトリウムの採取でき、ナトリ
ウム採取部がシンプルなこと及び採取方法が簡単なた
め、ナトリウムの充填不足は解消される。図4に、安全
管へのナトリウム採取装置を示す。3は安全管、7はナ
トリウム、13は封止部であり安全管にナトリウムを採
取したのち、管をカシメて封止しやすくした半つぶし
管、16はナトリウム供給用のタンク、17はナトリウ
ム液面計、18はナトリウムの計量タンク、19は弁、
20はナトリウム精製装置からのナトリウム流入口管、
21はナトリウムの流出口管である。本装置により安全
管にナトリウムを採取する手順を以下に述べる。
(Example 4) Since the safety tube is made into a capsule shape, sodium can be collected by the safety tube alone, and the sodium collection section is simple and the collection method is simple, so that insufficient filling of sodium is eliminated. . FIG. 4 shows a device for collecting sodium into a safety tube. Reference numeral 3 denotes a safety tube, 7 denotes sodium, 13 denotes a sealing portion, which is a half-crushed tube which collects sodium into the safety tube, and then caulks the tube to facilitate sealing, 16 denotes a tank for supplying sodium, and 17 denotes a sodium liquid. Surface gauge, 18 is a sodium measuring tank, 19 is a valve,
20 is a sodium inlet pipe from the sodium purifier,
21 is a sodium outlet pipe. The procedure for collecting sodium into a safety tube using this device is described below.

【0066】ナトリウム精製装置とナトリウムタンク1
6を配管20及び21で連結し、ナトリウムを循環精製
したのち、液面計17にて必要量を計量し、弁19をス
トップする。次いで、予め真空吸引してあるナトリウム
を計量タンク18に一旦採取する。安全管はナトリウム
注入管がナトリウム採取口を介して連結され、真空ポン
プ側の弁19−2を開け、真空ポンプでナトリウム収容
部を真空にしてから、弁19−2を閉じ、弁19を開け
ナトリウムを注入する。その後、図中に明示はしていな
いが、前記ナトリウム注入管の一部をかしめて封止する
構成にすることが好ましい。
Sodium refining device and sodium tank 1
6 is connected by pipes 20 and 21 and after sodium is circulated and purified, the required amount is measured by a liquid level gauge 17 and the valve 19 is stopped. Next, sodium which has been previously vacuum-suctioned is once collected in the measuring tank 18. The safety pipe is connected to the sodium injection pipe through the sodium sampling port, opens the valve 19-2 on the vacuum pump side, evacuates the sodium container with the vacuum pump, closes the valve 19-2, and opens the valve 19. Inject sodium. Thereafter, although not explicitly shown in the figure, it is preferable that a part of the sodium injection tube is caulked and sealed.

【0067】以上のように、多数個の安全管に一度に簡
単にナトリウムを採取でき、また、金属容器への密封で
あり、長期間の保管ができるため、電池の量産化が可能
となる。
As described above, sodium can be easily collected in a large number of safety tubes at once, and sealed in a metal container, and can be stored for a long time, so that mass production of batteries is possible.

【0068】(実施例5)ナトリウムの採取装置の一例
を図7に示す。安全管多数を同時にナトリウムを採取す
る場合においても同操作であるので、安全管1つについ
ての採取を示す。30は封止装置である。例えば、ナト
リウム注入管端部をかしめる装置である。14は採取口
であり、スウェージングロックのようになっていても良
い。本装置のうちナトリウム計量タンク18の容量は安
全管3に採取するナトリウムの必要量としてある。
(Embodiment 5) FIG. 7 shows an example of an apparatus for collecting sodium. Since the same operation is performed when sodium is simultaneously sampled from a large number of safety tubes, only one safety tube is sampled. Reference numeral 30 denotes a sealing device. For example, a device for caulking the end of a sodium injection tube. 14 is a sampling port, which may be like a swaging lock. The capacity of the sodium measuring tank 18 in the present apparatus is a necessary amount of sodium collected in the safety pipe 3.

【0069】まず、装置のナトリウム系全体をヒータ2
5を投入して、温度を150〜220℃とし、ナトリウム
タンク16の弁19−1及び19−2を開としてナトリ
ウム精製装置と連結し、ナトリウムを精製循環したの
ち、液面計17で所定量を計量し、弁19−1及び19
−2を閉とする。ついで、弁19−5及び19−6を開
き、真空ポンプ23を作動して安全管3及びナトリウム
計量タンク18を真空引きし、Arガス供給系24より
弁19−7及び19−8を操作してArガスを供給し
て、真空−Arガス置換を行って、内部を清浄にして、
安全管3及びナトリウム計量タンク18内を真空にし、
弁19−5及び19−6を閉とする。弁19−9は閉じ
たまま、弁19−3、次いで弁19−4を静かに開き、
ナトリウム計量タンク18にナトリウムを導入し、弁1
9−4、次に弁19−3の順に閉とする。そして弁19
−9を開き、安全管3にナトリウムを採取する。
First, the entire sodium system of the apparatus was
5, the temperature is set to 150 to 220 ° C., the valves 19-1 and 19-2 of the sodium tank 16 are opened to connect with the sodium purifier, and the sodium is purified and circulated. Are measured and valves 19-1 and 19
-2 is closed. Next, the valves 19-5 and 19-6 are opened, the vacuum pump 23 is operated to evacuate the safety pipe 3 and the sodium measuring tank 18, and the valves 19-7 and 19-8 are operated from the Ar gas supply system 24. Ar gas is supplied to perform vacuum-Ar gas replacement to clean the inside,
The inside of the safety pipe 3 and the sodium measuring tank 18 is evacuated,
The valves 19-5 and 19-6 are closed. With the valve 19-9 closed, the valve 19-3 and then the valve 19-4 are gently opened,
Sodium is introduced into the sodium measuring tank 18 and the valve 1
9-4, and then close the valve 19-3 in that order. And valve 19
Open -9 and collect sodium in safety tube 3.

【0070】弁19−9を閉とし、安全管の温度をナト
リウムの融点(97.5℃)以下に降温してナトリウムを
固化したのち、封止部13を封止装置(例えば、カシメ
器)を用いて、良くカシメてから、安全管を取外す。安
全管のナトリウム注入管端部口に付着のナトリウムをエ
チルアルコール等で洗浄し、封止することが好ましい。
After closing the valve 19-9 and lowering the temperature of the safety tube below the melting point of sodium (97.5 ° C.) to solidify the sodium, the sealing portion 13 is sealed with a sealing device (for example, a caulking device). Using a crimping method, remove the safety tube. It is preferable that the sodium adhered to the end of the sodium injection pipe of the safety pipe be washed with ethyl alcohol or the like and sealed.

【0071】以上、述べたように本発明は、安全管と負
極容器の接続をベローズ製の細管とし、ナトリウム供給
孔を温度ヒューズで一旦、閉止したカプセル形状とした
ことにより、ナトリウムの充填不足の解消,β″−Al
23管等、要素材の品質管理が容易にでき、また、β″
−Al23管への応力負荷の低減及び負極活物質の再利
用などが可能な安全性の高いナトリウム/硫黄電池を提
供できる。
As described above, according to the present invention, the connection between the safety tube and the negative electrode container is made of a bellows-made thin tube, and the sodium supply hole is made into a capsule shape once closed by a temperature fuse, thereby preventing insufficient filling of sodium. Elimination, β ″ -Al
Quality control of element materials such as 2 O 3 pipes can be easily performed.
Such reuse reduces and the negative electrode active material of the stress load on the -al 2 O 3 tube can provide a highly secure sodium / sulfur battery possible.

【0072】(実施例6)負極活物質のナトリウムは、
純度99.5 %以上のものを使用することができる。こ
の場合のナトリウム中の酸素濃度は約10ppm 程度であ
る。さらに電池内では安全管表面及びβ″−Al23
表面の酸化物などから酸素がナトリウム中に流出するた
め、電池中においては、ナトリウム中の酸素濃度は約1
00〜200ppm 程度になることがある。ナトリウム/硫
黄電池の運転条件を例えば350℃とした時のナトリウ
ム中の酸素の溶解度は約220ppm 程度となることがあ
る。よってナトリウム中に、より多くの酸素が溶解する
と酸素増加に伴い腐食速度が増加し、溶解度以上の酸素
が存在すると、過飽和となった酸素(Na2O 等として
存在)は析出,沈降してナトリウム供給孔のナトリウム
の流通を阻害し、或いは閉塞する恐れもある。また、電
池性能を低下させるおそれがある。
(Example 6) The sodium of the negative electrode active material was
Those having a purity of 99.5% or more can be used. In this case, the oxygen concentration in sodium is about 10 ppm. Further, in the battery, oxygen flows out from the oxide or the like on the surface of the safety tube and the surface of the β ″ -Al 2 O 3 tube into the sodium, so that the oxygen concentration in the sodium in the battery is about 1%.
It may be about 00 to 200 ppm. When the operating condition of the sodium / sulfur battery is, for example, 350 ° C., the solubility of oxygen in sodium may be about 220 ppm. Therefore, when more oxygen is dissolved in sodium, the corrosion rate increases with an increase in oxygen. When oxygen having a solubility higher than that is present, supersaturated oxygen (existing as Na 2 O) precipitates and precipitates, and There is a possibility that the flow of sodium through the supply hole may be hindered or blocked. In addition, there is a possibility that the battery performance is reduced.

【0073】よって、電池要素材の取扱時や電池組立て
時において酸素や水分との接触を極力抑制することが好
ましい。
Therefore, it is preferable to minimize contact with oxygen and moisture when handling battery element materials and assembling batteries.

【0074】また、ナトリウムと接触する材料の腐食速
度はナトリウム中の酸素濃度に影響されるので、ナトリ
ウム中の酸素濃度増加の原因を除くことが好ましい。
Since the corrosion rate of a material that comes into contact with sodium is affected by the oxygen concentration in sodium, it is preferable to eliminate the cause of the increase in oxygen concentration in sodium.

【0075】図8にナトリウム中酸素濃度とステンレス
(SUS304)の腐食速度との関係図を示す。この図は、ナ
トリウム温度400℃時の酸素濃度と腐食速度の関係を
示したものである(電池運転条件を350℃とした時
は、この図のデータより1〜2割程度低い位である)。
電池内で、安全管や固体電解質管などの表面からナトリ
ウム中へ混入することによるナトリウム中の酸素濃度は
約100〜200ppm となる。安全管等が腐食される速
度は、ほぼ20〜100μm/年となる。仮に上限の2
00ppm をとったとすると、例えば、電池の目標耐用年
数10年間には腐食が直線的に進むとすると約1000
μmが腐食されることになり、材料強度の低下が大きい
ので、他の要因によりナトリウム中への酸素の混入を抑
制することが重要である。
FIG. 8 shows the relationship between the oxygen concentration in sodium and the corrosion rate of stainless steel (SUS304). This graph shows the relationship between the oxygen concentration and the corrosion rate at a sodium temperature of 400 ° C. (when the battery operating condition is 350 ° C., the value is about 10 to 20% lower than the data in this graph). .
In the battery, the oxygen concentration in the sodium by mixing into the sodium from the surface of the safety tube or the solid electrolyte tube is about 100 to 200 ppm. The rate at which the safety pipe and the like are corroded is approximately 20 to 100 μm / year. If the upper limit is 2
For example, assuming that the corrosion progresses linearly in the target service life of the battery for 10 years, about 1000 ppm is assumed.
μm is corroded, and the material strength is greatly reduced. Therefore, it is important to prevent oxygen from being mixed into sodium due to other factors.

【0076】例えば、安全管に用いるステンレス(SUS3
04)等は、ナトリウムとを共存性は比較的良いが、ナト
リウム/硫黄電池構成材のうち絶縁材であるα−アルミ
ナと他の部材との接合部にはAl及びAlのブレージン
グ材(Al表面20〜30μmにSiを約10%程度含
有した材料)が用いられており、これがナトリウム中の
酸素濃度が高くなると、その分腐食される割合が多くな
るので、負極活物質ナトリウムの純度管理は重要となっ
ている。
For example, stainless steel (SUS3
04) and the like have relatively good coexistence with sodium, but Al and Al brazing material (Al surface) are used at the joint between α-alumina, which is an insulating material, of sodium / sulfur battery components and other members. A material containing about 10% of Si in 20 to 30 μm) is used. When the oxygen concentration in sodium increases, the rate of corrosion increases accordingly. Therefore, it is important to control the purity of the negative electrode active material sodium. It has become.

【0077】本発明により、(1)負極活物質ナトリウ
ムの充填不足を解消でき、(2)β″−Al23管及び
ナトリウム純度などの品質管理が容易、(3)使用済み
電池の解体,処理の簡便化、(4)β″−Al23管へ
の応力を緩和できる電池構造としたことで、高安全性、
長寿命の電池を提供できる、(5)前もってナトリウム
を安全管に採取し、保管しておくことが可能で、電池の
量産化が容易及び(6)安全管共に負極活物質ナトリウ
ムを再利用でき、電池の製作コストを低減できるなどの
効果がある。
According to the present invention, (1) the insufficient filling of the negative electrode active material sodium can be eliminated, (2) quality control such as β ″ -Al 2 O 3 tube and sodium purity can be easily performed, and (3) dismantling of used batteries. , Simplification of processing, and (4) a battery structure capable of relieving the stress on the β ″ -Al 2 O 3 tube provides high safety,
It can provide a long-life battery. (5) It is possible to collect sodium in a safety tube in advance and store it, and it is easy to mass-produce the battery. This has the effect of reducing the battery manufacturing cost.

【0078】[0078]

【発明の効果】本発明によれば、ナトリウムの品質管理
が容易で、高安定性,長寿命化が図れるナトリウム/硫
黄電池を提供することができ、また、電池の量産化が容
易なナトリウム/硫黄電池を提供することができる。
According to the present invention, it is possible to provide a sodium / sulfur battery in which the quality of sodium can be easily controlled, high stability and long life can be provided, and sodium / sulfur battery which can be easily mass-produced. A sulfur battery can be provided.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の一実施例を示すナトリウム/硫黄電池
の縦断面図。
FIG. 1 is a longitudinal sectional view of a sodium / sulfur battery showing one embodiment of the present invention.

【図2】本発明の第2の実施例を示すカプセル状安全管
の縦断面図。
FIG. 2 is a longitudinal sectional view of a capsule-shaped safety pipe showing a second embodiment of the present invention.

【図3】本発明の第3,4及び5の実施例を示す応力緩
和例の縦断面図。
FIG. 3 is a longitudinal sectional view of a stress relaxation example showing third, fourth and fifth embodiments of the present invention.

【図4】本発明の安全管にナトリウムを採取する採取装
置の一実施例の概要図。
FIG. 4 is a schematic diagram of one embodiment of a sampling device for sampling sodium in a safety tube according to the present invention.

【図5】比較のナトリウム/硫黄電池の縦断面図。FIG. 5 is a longitudinal sectional view of a comparative sodium / sulfur battery.

【図6】比較のナトリウム/硫黄電池のα−Al23
ングを介して安全管、β″−Al23及び負極容器の半
組立図。
FIG. 6 is a semi-assembled view of a safety tube, β ″ -Al 2 O 3 and a negative electrode container via an α-Al 2 O 3 ring of a comparative sodium / sulfur battery.

【図7】本発明の安全管にナトリウムを採取する採取装
置の一実施例の概要図。
FIG. 7 is a schematic view of an embodiment of a sampling device for collecting sodium in a safety tube according to the present invention.

【図8】ナトリウム中の酸素濃度とステンレスの腐食速
度の関係図。
FIG. 8 is a graph showing the relationship between the oxygen concentration in sodium and the corrosion rate of stainless steel.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…正極容器、2…固体電解質、3…安全管、4…正極
端子、5…ナトリウム注入管(負極端子)、6…α−A
23接合部、7,7′…ナトリウム、8…硫黄モール
ド、9…ナトリウム供給孔、9′…ナトリウム供給孔及
び温度ヒューズ、10…負極容器、11…ベローズ、1
2…フランジ、13…封止部、14…ナトリウム採取
口、15…ナトリウム供給管、16…ナトリウムタン
ク、17…ナトリウム液面計、18…ナトリウム計量タ
ンク、19…弁、20…ナトリウム精製装置との連結管
(流入口)、21…ナトリウム精製装置との連結管(流出
口)、23…真空ポンプ、24…Arガス系、25…ヒ
ータ、30…封止装置、31…ナトリウム注入口。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Positive electrode container, 2 ... Solid electrolyte, 3 ... Safety tube, 4 ... Positive electrode terminal, 5 ... Sodium injection tube (negative electrode terminal), 6 ... α-A
l 2 O 3 joint, 7, 7 '... sodium, 8 ... sulfur mold, 9 ... sodium supply hole, 9' ... sodium supply hole and temperature fuse, 10 ... negative electrode container, 11 ... bellows, 1
2 ... Flange, 13 ... Sealing part, 14 ... Sodium sampling port, 15 ... Sodium supply pipe, 16 ... Sodium tank, 17 ... Sodium level gauge, 18 ... Sodium measuring tank, 19 ... Valve, 20 ... Sodium refining device Connecting pipe
(Inlet), 21: connecting pipe (outlet) to sodium refining device, 23: vacuum pump, 24: Ar gas system, 25: heater, 30: sealing device, 31: sodium inlet.

フロントページの続き (72)発明者 綿引 直久 茨城県日立市大みか町七丁目2番1号 株式会社 日立製作所 エネルギー研究 所内 (72)発明者 川崎 勝男 茨城県日立市大みか町七丁目2番1号 株式会社 日立製作所 エネルギー研究 所内 (56)参考文献 特開 平5−205774(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01M 10/39 H01M 10/54 Continued on the front page (72) Inventor, Naohisa 7-2-1, Omika-cho, Hitachi, Ibaraki Pref. Energy Research Laboratory, Hitachi, Ltd. (72) Inventor Katsuo Kawasaki 7-2-1, Omika-cho, Hitachi, Ibaraki Shares (56) References JP-A-5-205774 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) H01M 10/39 H01M 10/54

Claims (12)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】硫黄又は多硫化ナトリウムからなる正極活
物質を収容する正極容器を有する正極部と,ナトリウム
からなる負極活物質を収容する負極容器を有する負極部
と,該正極部と該負極部との間に配置されたナトリウム
イオン伝導性を持つ固体電解質と,該正極容器と該負極
容器とを絶縁する絶縁部と,該負極容器内に配置されナ
トリウムを収容しその底部に温度ヒューズ材で封止され
たナトリウムの流通孔及びその頂部に封止され前記負極
容器から突出したナトリウム注入口を有する安全管とを
備えたことを特徴とするナトリウム/硫黄電池。
1. A positive electrode part having a positive electrode container containing a positive electrode active material made of sulfur or sodium polysulfide, a negative electrode part having a negative electrode container containing a negative electrode active material made of sodium, the positive electrode part and the negative electrode part , A solid electrolyte having sodium ion conductivity, an insulating portion for insulating the positive electrode container and the negative electrode container, and sodium disposed in the negative electrode container and having a bottom formed with a thermal fuse material. A sodium / sulfur battery comprising: a sealed sodium flow hole; and a safety tube having a sodium inlet sealed at the top and protruding from the negative electrode container.
【請求項2】請求項1のナトリウム/硫黄電池におい
て、前記負極容器は前記絶縁材と接続され、前記安全管
はナトリウム収容部とナトリウム注入管とからなり、前
記負極容器は、該ナトリウム注入管と接続され、該ナト
リウム注入管は該接続部とナトリウム収容部との間に応
力緩和機構を有することを特徴とするナトリウム/硫黄
電池。
2. The sodium / sulfur battery according to claim 1, wherein said negative electrode container is connected to said insulating material, said safety tube comprises a sodium container and a sodium injection tube, and said negative electrode container is said sodium injection tube. A sodium / sulfur battery, wherein the sodium injection tube has a stress relaxation mechanism between the connection portion and the sodium storage portion.
【請求項3】請求項1のナトリウム/硫黄電池におい
て、前記温度ヒューズ材はSn,Pb,Ag,Cd,S
b,Znの少なくとも一つを有する金属又は合金である
ことを特徴とするナトリウム/硫黄電池。
3. The sodium / sulfur battery according to claim 1, wherein said thermal fuse material comprises Sn, Pb, Ag, Cd, S
A sodium / sulfur battery characterized by being a metal or an alloy having at least one of b and Zn.
【請求項4】硫黄又は多硫化ナトリウムからなる正極活
物質を収容する正極容器を有する正極部と,ナトリウム
からなる負極活物質を収容する負極容器を有する負極部
と、該正極部と該負極部との間に配置されたナトリウム
イオン伝導性を持つ固体電解質と,該正極容器と該負極
容器とを絶縁する絶縁部とを備え、該負極部内にナトリ
ウムを収容し、且つその底部に温度ヒューズ材で封止さ
れたナトリウムの流通孔を有する安全管を備え、前記温
度ヒューズ材を溶解させて固体電解質にナトリウムを供
給するナトリウム/硫黄電池において、前記温度ヒュー
ズは、前記温度ヒューズの溶解後にナトリウム中に含ま
れるSn,Pb,Ag,Cd,Sb,Znの含有量が、
2ppm 以上、且つ、350℃におけるナトリウムの溶解
度以下 となるような組成及び量の金属又は合金であるこ
とを特徴とするナトリウム/硫黄電池。
4. A positive electrode portion having a positive electrode container containing a positive electrode active material comprising sulfur or sodium polysulfide, a negative electrode portion having a negative electrode container containing a negative electrode active material comprising sodium, the positive electrode portion and the negative electrode portion , A solid electrolyte having sodium ion conductivity and an insulating portion for insulating the positive electrode container and the negative electrode container. The negative electrode portion contains sodium, and the bottom has a thermal fuse material. Sealed in
A safety tube having a through hole for sodium,
Melt the fuse material and supply sodium to the solid electrolyte.
In the supplied sodium / sulfur battery,
Is contained in sodium after melting of the thermal fuse.
Sn, Pb, Ag, Cd, Sb, Zn content
Dissolution of sodium at 2ppm or more and at 350 ° C
This is a composition and amount of metal or alloy such that less degrees
And a sodium / sulfur battery.
【請求項5】底部に温度ヒューズ材で封止されたナトリ
ウム流通孔とその頂部に延長したナトリウム注入口を有
する安全管に、該注入口からナトリウムを安全管内に注
入する工程,該注入口を封止する工程,該安全管を固体
電解質内に収容する工程を含むことを特徴とするナトリ
ウム/硫黄電池の製造方法。
5. A step of injecting sodium into the safety tube from the inlet into a safety tube having a sodium flow hole sealed at the bottom with a thermal fuse material and an extended sodium inlet at the top. A method for manufacturing a sodium / sulfur battery, comprising a step of sealing and a step of housing the safety tube in a solid electrolyte.
【請求項6】請求項5のナトリウム/硫黄電池の製造方
法において、該安全管を固体電解質内に収容された後、
前記温度ヒューズの融点より高い温度まで加熱して、前
記温度ヒューズを融解させ、前記ナトリウムを固体電解
質と接触させる工程を有することを特徴とするナトリウ
ム/硫黄電池の製造方法。
6. A method for manufacturing a sodium / sulfur battery according to claim 5, wherein said safety tube is housed in a solid electrolyte.
A method for manufacturing a sodium / sulfur battery, comprising a step of melting the thermal fuse by heating to a temperature higher than a melting point of the thermal fuse and bringing the sodium into contact with a solid electrolyte.
【請求項7】硫黄又は多硫化ナトリウムからなる正極活
物質を収容する正極部と,ナトリウムからなる負極活物
質を収容する負極部と,該正極部と該負極部との間に配
置されたナトリウムイオン伝導性を持つ固体電解質とを
備えたナトリウム/硫黄電池の、該正極部内にナトリウ
ムを収容し、且つナトリウムの流通孔を有するナトリウ
ム/硫黄電池用安全管において、前記安全管は底部に温
度ヒューズ材で封止されたナトリウム流通孔とその頂部
に延長したナトリウム注入口を有することを特徴とする
ナトリウム/硫黄電池用安全管。
7. A positive electrode section containing a positive electrode active material comprising sulfur or sodium polysulfide, a negative electrode section containing a negative electrode active material comprising sodium, and sodium disposed between the positive electrode section and the negative electrode section. In a sodium / sulfur battery having a solid electrolyte having ion conductivity, a sodium / sulfur battery safety tube containing sodium in the positive electrode portion and having a sodium circulation hole, wherein the safety tube has a thermal fuse at the bottom. A safety tube for a sodium / sulfur battery, characterized by having a sodium flow hole sealed with a material and a sodium injection port extending at the top thereof.
【請求項8】請求項7のナトリウム/硫黄電池用安全管
において、前記安全管はナトリウム収容部とナトリウム
注入管とからなり、該注入管は応力緩和機構を有し、該
応力緩和機構の端部側に前記負極部との接続用部分を有
することを特徴とするナトリウム/硫黄電池用安全管。
8. A safety tube for a sodium / sulfur battery according to claim 7, wherein said safety tube comprises a sodium storage portion and a sodium injection tube, said injection tube having a stress relaxation mechanism, and an end of said stress relaxation mechanism. A safety tube for a sodium / sulfur battery, comprising a connection portion for connecting to the negative electrode portion on the side of the safety tube.
【請求項9】請求項7或いは8のナトリウム/硫黄電池
用安全管において、前記温度ヒューズは前記ナトリウム
/硫黄電池の運転温度以下で融解することを特徴とする
ナトリウム/硫黄電池用安全管。
9. The safety tube for a sodium / sulfur battery according to claim 7, wherein the thermal fuse melts at a temperature lower than an operating temperature of the sodium / sulfur battery.
【請求項10】請求項8のナトリウム/硫黄電池用安全
管において、前記温度ヒューズはSn5〜15−Pb8
5〜95wt%,Sn5〜20−Pb80〜95wt
%,Ag5〜25−Pb95〜97.5wt% ,Ag3
〜5−Cd95〜97wt%,Cd32〜90−Zn1
0〜68wt%,Pb97〜99−Sb1〜3wt%の
少なくともいずれかを有し、250〜350℃で融解す
ることを特徴とするナトリウム/硫黄電池用安全管。
10. A safety tube for a sodium / sulfur battery according to claim 8, wherein said thermal fuse is Sn5-15-Pb8.
5-95wt%, Sn5-20-Pb80-95wt
%, Ag5-25-Pb95-97.5 wt%, Ag3
95 to 97 wt%, Cd32 to 90-Zn1
A safety tube for a sodium / sulfur battery, comprising at least one of 0 to 68 wt% and Pb97 to 99-Sb1 to 3 wt% and melting at 250 to 350 ° C.
【請求項11】硫黄又は多硫化ナトリウムからなる正極
活物質を収容する正極部と,ナトリウムからなる負極活
物質を収容する負極部と,該正極部と該負極部との間に
配置されたナトリウムイオン伝導性を持つ固体電解質と
を備え、且つナトリウムの流通孔を有するナトリウム/
硫黄電池用安全管にナトリウムを採取するナトリウム採
取装置において、該安全管はナトリウム収容部とナトリ
ウム注入管とからなり、前記流通孔はナトリウム/硫黄
電池運転温度で融解する温度ヒューズの栓が配置されて
おり、前記注入管端部と連結されるナトリウム採取口を
有し、該採取口は、前記ナトリウム収容部内を前記採取
口を介して減圧する減圧装置、前記減圧された前記ナト
リウム収容部内に採取するナトリウムを蓄えるナトリウ
ムタンク、とが連絡されることを特徴とするナトリウム
採取装置。
11. A positive electrode part containing a positive electrode active material made of sulfur or sodium polysulfide, a negative electrode part containing a negative electrode active material made of sodium, and sodium disposed between the positive electrode part and the negative electrode part. A solid electrolyte having ion conductivity and sodium having a sodium pore;
In a sodium sampling device for collecting sodium into a safety tube for a sulfur battery, the safety tube includes a sodium storage portion and a sodium injection tube, and the flow hole is provided with a plug of a temperature fuse that melts at an operating temperature of the sodium / sulfur battery. A sodium sampling port connected to the end of the injection pipe, wherein the sampling port is provided with a decompression device for reducing the pressure in the sodium storage section through the collection port, and collecting the sodium in the depressurized sodium storage section. And a sodium tank for storing sodium.
【請求項12】請求項11のナトリウム採取装置におい
て、該安全管はナトリウム収容部と応力緩和機構を有す
るナトリウム注入管とからなり、該応力緩和機構より端
部側の前記注入管部分に前記負極部との接続用部分を有
し、前記採取口と前記減圧装置或いは前記ナトリウムタ
ンクとの間には、採取口と前記減圧装置或いは前記ナト
リウムタンクとの流路を切り替える切り替え弁、前記ナ
トリウム注入管を封止する封止装置を有することを特徴
とするナトリウム採取装置。
12. The sodium sampling apparatus according to claim 11, wherein said safety tube comprises a sodium storage portion and a sodium injection tube having a stress relaxation mechanism, and said negative electrode is provided at said injection tube portion on an end side of said stress relaxation mechanism. A switching valve for switching a flow path between the sampling port and the decompression device or the sodium tank between the sampling port and the decompression device or the sodium tank, and the sodium injection pipe. A sodium collection device, comprising a sealing device for sealing the sodium.
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