Deprecated: The each() function is deprecated. This message will be suppressed on further calls in /home/zhenxiangba/zhenxiangba.com/public_html/phproxy-improved-master/index.php on line 456
JP3322797B2 - Sodium-sulfur battery - Google Patents
[go: Go Back, main page]

JP3322797B2 - Sodium-sulfur battery - Google Patents

Sodium-sulfur battery

Info

Publication number
JP3322797B2
JP3322797B2 JP19942696A JP19942696A JP3322797B2 JP 3322797 B2 JP3322797 B2 JP 3322797B2 JP 19942696 A JP19942696 A JP 19942696A JP 19942696 A JP19942696 A JP 19942696A JP 3322797 B2 JP3322797 B2 JP 3322797B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
sodium
layer
sulfur battery
anode
anode container
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP19942696A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPH1040953A (en
Inventor
吉彦 蔵島
孝志 安藤
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
NGK Insulators Ltd
Original Assignee
NGK Insulators Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by NGK Insulators Ltd filed Critical NGK Insulators Ltd
Priority to JP19942696A priority Critical patent/JP3322797B2/en
Publication of JPH1040953A publication Critical patent/JPH1040953A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP3322797B2 publication Critical patent/JP3322797B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries

Landscapes

  • Sealing Battery Cases Or Jackets (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)

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、電力負荷調整用、電気
自動車の電源用等の二次電池として利用されるナトリウ
ム−硫黄電池に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a sodium-sulfur battery used as a secondary battery for adjusting a power load, for powering an electric vehicle, and the like.

【0002】[0002]

【従来の技術】この種のナトリウム−硫黄電池は、特開
平5−275109号公報、特開平5−275110号
公報等に示されているように、金属材料からなる有底筒
状の陽極容器と、同陽極容器の内部に配設されたナトリ
ウムイオンを透過可能な有底筒状の固体電解質と、同固
体電解質内に収容された金属ナトリウムからなる陰極活
物質と、前記固体電解質と前記陽極容器間に収容された
硫黄からなる陽極活物質とを備えた構成となっている。
2. Description of the Related Art A sodium-sulfur battery of this type includes a bottomed cylindrical anode container made of a metal material as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open Nos. 5-275109 and 5-275110. A bottomed cylindrical solid electrolyte permeable to sodium ions disposed inside the anode container, a cathode active material composed of metallic sodium contained in the solid electrolyte, the solid electrolyte and the anode container And a positive electrode active material made of sulfur stored between them.

【0003】当該ナトリウム−硫黄電池は、300℃〜
350℃に加熱された状態で充放電の動作を行うもの
で、放電時には陰極室側のナトリウムと陽極室側の硫黄
とがイオン化され、イオン化されたナトリウムが固体電
解質を透過して硫黄と反応して多硫化ナトリウムを生成
するとともに放電し、また充電時にはこれとは逆の反応
が生じて充電されるものである。
The sodium-sulfur battery has a temperature of 300.degree.
The charge / discharge operation is performed in a state heated to 350 ° C. At the time of discharge, sodium on the cathode chamber side and sulfur on the anode chamber side are ionized, and the ionized sodium permeates the solid electrolyte and reacts with sulfur. Thus, sodium polysulfide is generated and discharged, and at the time of charging, the opposite reaction occurs to be charged.

【0004】しかして、当該ナトリウム−硫黄電池にお
いて、放電時の反応により生成される多硫化ナトリウム
は金属に対する腐食性が高く、この多硫化ナトリウムが
陽極容器に直接接触すると陽極容器の内周面が腐食して
損傷し、耐久性を低下させるとともに、腐食が局部的で
激しい場合には、陽極容器に亀裂、貫通孔が発生して多
硫化ナトリウム、硫黄等が外部へ漏洩するおそれがあ
る。
[0004] However, in the sodium-sulfur battery, sodium polysulfide generated by a reaction at the time of discharge has a high corrosiveness to metals, and when this sodium polysulfide directly contacts the anode container, the inner peripheral surface of the anode container is formed. Corrosion causes damage, lowers durability, and if the corrosion is localized and severe, cracks and through holes may occur in the anode container, and sodium polysulfide, sulfur and the like may leak to the outside.

【0005】また、陽極容器の腐食が進行すると陽極活
物質である硫黄が容器を構成する金属の硫化のために消
費され、陽極活物質として機能する硫黄の量が減少し、
これにともない電池容量が減少して電池としての寿命が
短縮される。特に、陽極容器を軽量でかつ安価に構成す
べくアルミニウムまたはアルミニウム合金で製作した場
合には、多硫化ナトリウムによる腐食はステンレス鋼等
の特殊鋼で製作した場合に比較してより一層激しい。
[0005] Further, as the corrosion of the anode container progresses, sulfur as the anode active material is consumed for sulfuration of the metal constituting the container, and the amount of sulfur that functions as the anode active material decreases,
Accordingly, the battery capacity is reduced, and the life of the battery is shortened. Particularly, when the anode container is made of aluminum or an aluminum alloy in order to make the anode container lightweight and inexpensive, the corrosion caused by sodium polysulfide is more severe than that made of a special steel such as stainless steel.

【0006】このため、上記した各公報に示されたナト
リウム−硫黄電池においては、陽極容器として、アルミ
ニウムまたはアルミニウム合金からなる有底筒状の基体
の内周面に、同基体より耐腐食性の高い被覆層を備えた
構成の陽極容器を採用している。また、被覆層は耐腐食
性の高い金属の溶射層にて形成され、溶射層の形成に採
用される金属としては、コバルト−クロム−タングステ
ン系合金(ステライト合金)、クロム−鉄系合金、ニッ
ケル−クロム系合金等が知られている。また、被覆層と
して複数の溶射層にて形成されたものも知られている。
[0006] Therefore, in the sodium-sulfur battery disclosed in each of the above publications, the anode container is provided on the inner peripheral surface of a bottomed cylindrical base made of aluminum or an aluminum alloy with a higher corrosion resistance than the base. An anode container having a configuration provided with a high coating layer is employed. Further, the coating layer is formed by a sprayed layer of a metal having high corrosion resistance, and the metal employed for forming the sprayed layer includes a cobalt-chromium-tungsten alloy (a stellite alloy), a chromium-iron alloy, and a nickel alloy. -Chrome alloys and the like are known. Further, a coating layer formed of a plurality of sprayed layers is also known.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】ところで、陽極容器と
して、基体の内周面に耐腐食性の被覆層を備えた陽極容
器を使用した形式のナトリウム−硫黄電池においては、
溶射層の表面が酸化被膜により形成されているとともに
表面には未溶解の金属粉末が残留しており、これらが陽
極活物質と反応して硫化物となって陽極活物質を消費
し、電池容量を低減させることになる。
By the way, in a sodium-sulfur battery of the type using an anode container having a corrosion-resistant coating layer on the inner peripheral surface of a substrate as the anode container,
The surface of the sprayed layer is formed of an oxide film and undissolved metal powder remains on the surface, which reacts with the anode active material to form sulfides, which consume the anode active material, and increase the battery capacity. Will be reduced.

【0008】また、溶射層の表面には気孔等の欠陥部位
が局部的に存在しているため、両活物質の反応により生
成される多硫化ナトリウムが欠陥部位に侵入して、当該
侵入部位から漸次腐食を促進するおそれがある。さらに
は、溶射層の表面は上記した未溶解の金属粉末および欠
陥部位に起因して凹凸が多く、同表面と陽極用導電材で
あるグラファイトフェルトとの接触が緻密ではなくて電
池の内部抵抗が大きく、電気エネルギー効率上好ましく
ないという問題がある。
[0008] Further, since a defect site such as a pore is locally present on the surface of the sprayed layer, sodium polysulfide generated by the reaction between the two active materials penetrates into the defect site, and from the permeation site. May promote gradual corrosion. Furthermore, the surface of the sprayed layer has many irregularities due to the undissolved metal powder and defect sites described above, and the contact between the surface and graphite felt, which is a conductive material for the anode, is not dense, and the internal resistance of the battery is low. There is a problem that it is large and is not preferable in terms of electric energy efficiency.

【0009】従って、本発明の目的は、ナトリウム−硫
黄電池におけるこれらの問題に対処することにある。
Accordingly, it is an object of the present invention to address these problems in sodium-sulfur batteries.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】本発明はナトリウム−硫
黄電池に関するもので、金属材料からなる有底筒状の基
体の内周面に同基体より耐腐食性の高い金属材料からな
る被覆層を備えた陽極容器と、同陽極容器の内部に配設
されたナトリウムイオンを透過可能な有底筒状の固体電
解質と、同固体電解質内に収容された金属ナトリウムか
らなる陰極活物質と、前記固体電解質と前記陽極容器間
に収容された硫黄からなる陽極活物質とを備え、加熱状
態において充放電動作を行うナトリウム−硫黄電池にお
いて、前記陽極容器の被覆層が耐腐食性の高い金属の粉
末からなる溶射層と、同溶射層の表面を被覆するクロム
鍍金層との複層にて構成されていることを特徴とするも
のである。
The present invention relates to a sodium-sulfur battery. The present invention relates to a sodium-sulfur battery, in which a coating layer made of a metal material having higher corrosion resistance than the base material is provided on the inner peripheral surface of a bottomed cylindrical body made of a metal material. An anode container provided with the same, a bottomed tubular solid electrolyte permeable to sodium ions disposed inside the anode container, a cathode active material comprising metallic sodium contained in the solid electrolyte, and the solid In a sodium-sulfur battery including an electrolyte and an anode active material made of sulfur housed between the anode containers and performing a charge / discharge operation in a heated state, the coating layer of the anode container is made of a metal powder having high corrosion resistance. And a chromium plating layer covering the surface of the thermal spray layer.

【0011】当該ナトリウム−硫黄電池においては、前
記溶射層を高クロム−鉄系合金の溶射層とすること、前
記溶射層のクロム含有量を60重量%〜95重量%とす
ること、前記溶射層の厚みを10μm〜50μmとし、
かつ前記クロム鍍金層の厚みを5μm〜20μmとする
こと、前記クロム鍍金層における表面の面粗度(Ra)
を3.0μm以下とすることが好ましい
In the sodium-sulfur battery, the sprayed layer is a high chromium-iron alloy sprayed layer, the chromium content of the sprayed layer is 60% by weight to 95% by weight, Is 10 μm to 50 μm,
And the thickness of the chrome plating layer is 5 μm to 20 μm, and the surface roughness (Ra) of the surface of the chrome plating layer
Is preferably 3.0 μm or less.

【0012】[0012]

【発明の作用・効果】本発明に係るナトリウム−硫黄電
池における陽極容器は、金属材料からなる基体の内周面
に耐腐食性の高い金属の粉末からなる溶射層と、その表
面に形成したクロム鍍金層との複層の被覆層を備えてい
る。このため、同被覆層は溶射層の表面の特有の凹凸、
表面近傍の気孔等の細孔がクロム鍍金層により埋められ
ていて、これらの欠陥部位への活物質、多硫化ナトリウ
ム等の侵入が阻止されるため、これらの進入に起因して
腐食が促進されるようなことがなく、また陽極活物質の
消費による電池容量の低減が抑制されることとあいまっ
て、長期間の使用に十分に耐えることができる。
The anode container in the sodium-sulfur battery according to the present invention comprises a sprayed layer made of a highly corrosion-resistant metal powder on the inner peripheral surface of a base made of a metal material, and a chromium formed on the surface. A multi-layer coating layer with a plating layer is provided. For this reason, the coating layer has unique irregularities on the surface of the thermal spray layer,
Pores such as pores near the surface are filled with a chromium plating layer, and the invasion of the active material, sodium polysulfide, etc. to these defect sites is prevented, so that corrosion is promoted due to these invasions. In addition to suppressing the decrease in the battery capacity due to the consumption of the anode active material, the battery can sufficiently withstand long-term use.

【0013】また、当該陽極容器においては、その被覆
層の表面がクロム鍍金層により平滑化されているため、
被覆層の表面と陽極用導電材との接触が良好となり、電
池の内部抵抗を著しく低減させて、電気エネルルギーの
効率を向上させることができる。
In the anode container, the surface of the coating layer is smoothed by a chrome plating layer.
The contact between the surface of the coating layer and the conductive material for the anode is improved, the internal resistance of the battery is significantly reduced, and the efficiency of electric energy can be improved.

【0014】この場合、溶射層をクロム含有量が60重
量%〜95重量%という高クロム−鉄系合金にて形成す
ること、および溶射層の厚みを10μm〜50μmの範
囲にすることが好ましく、これにより陽極容器の耐腐食
性を一層向上させることができる。また、クロム鍍金層
においては、その厚みを5μm〜20μmの範囲とする
ことが好ましい。
In this case, it is preferable that the thermal spray layer is formed of a high chromium-iron alloy having a chromium content of 60% by weight to 95% by weight, and the thermal spray layer has a thickness of 10 μm to 50 μm. Thereby, the corrosion resistance of the anode container can be further improved. Further, it is preferable that the thickness of the chromium plating layer be in the range of 5 μm to 20 μm.

【0015】クロム鍍金層の厚みが5μm未満の場合
は、溶射層の表面の未溶解の金属粉末を鍍金層内に完全
には埋没させることができないことがあるとともに、溶
射層の表面を鍍金層で均一に被覆することができないこ
とがある。また、クロム鍍金層の厚みが20μmを越え
る場合は、基体、溶射層、クロム鍍金層間に残存する鍍
金後の残留応力と、電池の繰り返し行われる加熱、冷却
時のこれら3者間の熱膨張差により溶射層内に早期にク
ラック等が発生し、陽極容器の耐腐食性を低下させて電
池の寿命を低下させることになる。
If the thickness of the chromium plating layer is less than 5 μm, undissolved metal powder on the surface of the sprayed layer may not be completely buried in the plating layer, and the surface of the sprayed layer may not be completely covered with the plating layer. May not be coated uniformly. When the thickness of the chromium plating layer exceeds 20 μm, the residual stress after plating remaining between the substrate, the sprayed layer and the chromium plating layer, and the difference in thermal expansion between these three members during repeated heating and cooling of the battery. As a result, cracks or the like are generated in the sprayed layer at an early stage, thereby deteriorating the corrosion resistance of the anode container and shortening the life of the battery.

【0016】[0016]

【発明の実施の態様】DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS

(ナトリウム−硫黄電池)以下、本発明に係るナトリウ
ム−硫黄電池を図面に基づいて説明する。図1には本発
明に係るナトリウム−硫黄電池の一例の縦断面が示され
ており、また図2には同電池を構成する陽極容器の矢印
2部分を拡大した部分縦断面が示されている。当該ナト
リウム−硫黄電池は、陽極容器10aと、固体電解質1
0bを主要構成部材とし、かつ陰極活物質10cと、陽
極活物質10dを主要構成物質としている。
(Sodium-sulfur battery) Hereinafter, the sodium-sulfur battery according to the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 shows a longitudinal section of an example of the sodium-sulfur battery according to the present invention, and FIG. 2 shows a partial longitudinal section in which an arrow 2 portion of an anode container constituting the battery is enlarged. . The sodium-sulfur battery includes an anode container 10a and a solid electrolyte 1
0b is a main component, and the cathode active material 10c and the anode active material 10d are main components.

【0017】陽極容器10aは、有底筒状の基体11
と、被覆層を形成する溶射層12と、鍍金層13とから
なり、基体11はアルミニウムまたはアルミニウム合金
にて形成されているとともに、溶射層12はクロム−鉄
系系合金の溶射層にて形成され、かつ鍍金層13はクロ
ム鍍金の被膜にて形成されている。
The anode container 10a is formed of a bottomed cylindrical substrate 11
, A sprayed layer 12 forming a coating layer, and a plating layer 13. The base 11 is formed of aluminum or an aluminum alloy, and the sprayed layer 12 is formed of a chromium-iron based alloy sprayed layer. The plating layer 13 is formed of a chrome plating film.

【0018】固体電解質10bは、ナトリウムイオンの
透過能を有する有底筒体であって、ベータアルミナにて
形成されている。固体電解質10bは、アルファアルミ
ナにて形成されている絶縁リング14に嵌着された状態
で陽極容器10a内にこれと同心的に配設されていて、
陰極端子15aを有する蓋体15bにて覆蓋されてい
る。
The solid electrolyte 10b is a bottomed cylindrical body having sodium ion permeability, and is formed of beta alumina. The solid electrolyte 10b is disposed concentrically within the anode container 10a in a state of being fitted to an insulating ring 14 formed of alpha alumina,
It is covered with a lid 15b having a cathode terminal 15a.

【0019】これにより、絶縁リング14および蓋体1
5bは陽極容器10aおよび固体電解質10bを密閉し
ていて、固体電解質10b内を陰極室に構成し、かつ陽
極容器10aと固体電解質10b間を陽極室に構成して
いる。なお、陽極容器10aを構成する基体11はその
外周に陽極端子11aを備えている。
Thus, the insulating ring 14 and the lid 1
5b seals the anode container 10a and the solid electrolyte 10b, configures the inside of the solid electrolyte 10b as a cathode chamber, and configures the space between the anode container 10a and the solid electrolyte 10b as an anode chamber. The base 11 constituting the anode container 10a has an anode terminal 11a on its outer periphery.

【0020】当該ナトリウム−硫黄電池においては、陰
極室に陰極活物質10cが収容され、かつ陽極室に陽極
活物質10dが収容されている。陰極活物質10cは金
属ナトリウムからなり、金属繊維を介在させて陰極室に
収容されている。また、陽極活物質10dは硫黄からな
り、グラファイトフェルトを介在させた状態で陽極室に
収容されている。
In the sodium-sulfur battery, the cathode compartment contains a cathode active material 10c, and the anode compartment contains an anode active material 10d. The cathode active material 10c is made of metallic sodium, and is housed in the cathode chamber with metal fibers interposed. The anode active material 10d is made of sulfur, and is accommodated in the anode chamber with graphite felt interposed.

【0021】当該ナトリウム−硫黄電池においては、同
電池を300℃〜350℃に加熱すると約2.08Vの
開路電圧を示し、電池に外部負荷を接続すると電池内で
は陰極活物質であるナトリウムがイオン化され、ナトリ
ウムイオンは固体電解質10bを透過して陽極活物質1
0dに達し、同活物質10dである硫黄と反応して多硫
化ナトリウムを生成させて放電される。また、当該ナト
リウム−硫黄電池において、充電時には上記とは逆の反
応が起こって充電される。
In the sodium-sulfur battery, when the battery is heated to 300 ° C. to 350 ° C., an open circuit voltage of about 2.08 V is exhibited. When an external load is connected to the battery, sodium as a cathode active material is ionized in the battery. The sodium ions permeate through the solid electrolyte 10b and pass through the anode active material 1
0d, and reacts with sulfur, which is the same active material 10d, to generate sodium polysulfide and discharge. In addition, in the sodium-sulfur battery, a reaction opposite to the above occurs at the time of charging, and the battery is charged.

【0022】しかして、当該ナトリウム−硫黄電池にお
いて、溶射層12はクロム含有量が60重量%〜95重
量%という高クロム−鉄系合金にて形成されていて、そ
の厚みは10μm〜50μmの範囲に形成されている。
また、鍍金層13は溶射層12の表面にクロム鍍金を施
すことにより形成されているもので、その厚みは5μm
〜20μmの範囲に形成されていて、その表面の面粗度
(Ra)は3.0μm以下になっている。
Thus, in the sodium-sulfur battery, the thermal spray layer 12 is formed of a high chromium-iron alloy having a chromium content of 60 to 95% by weight, and has a thickness in the range of 10 to 50 μm. Is formed.
The plating layer 13 is formed by applying chromium plating to the surface of the sprayed layer 12 and has a thickness of 5 μm.
The surface roughness (Ra) of the surface is 3.0 μm or less.

【0023】かかる構成のナトリウム−硫黄電池におい
ては、陽極容器10aが金属材料からなる基体11の内
周面に耐腐食性の高いクロム−鉄系合金の粉末の溶射層
12と、その表面に形成したクロム鍍金層13とからな
る複層の被覆層を備えている。このため、同被覆層は溶
射層12の表面の特有の凹凸、表面近傍の気孔等の細孔
がクロム鍍金層13により埋められており、これらの欠
陥部位に多硫化ナトリウムが侵入して腐食を促進するよ
うなことがなく、陽極活物質10dの消費による電池容
量の低減が抑制されるとともに、腐食されることがなく
て長年月の使用に十分に耐えることができる。
In the sodium-sulfur battery having the above-described structure, the anode container 10a is formed on the inner peripheral surface of the base material 11 made of a metallic material by spraying a chromium-iron alloy powder having high corrosion resistance on the inner peripheral surface thereof. And a chrome-plated layer 13. For this reason, in the coating layer, specific irregularities on the surface of the thermal sprayed layer 12 and pores such as pores near the surface are filled with the chromium plating layer 13, and sodium polysulfide penetrates into these defective portions to cause corrosion. Without accelerating, the reduction of the battery capacity due to the consumption of the anode active material 10d is suppressed, and it is possible to sufficiently endure long-term use without being corroded.

【0024】また、陽極容器10aにおいては、その被
覆層の表面がクロム鍍金層13により平滑化されている
ため、被覆層の表面と陽極用導電材であるグラファイト
フェルトとの接触が良好となり、電池の内部抵抗を著し
く低減させて、電池のエネルルギー効率を向上させるこ
とができる。
In the anode container 10a, since the surface of the coating layer is smoothed by the chromium plating layer 13, the contact between the surface of the coating layer and graphite felt, which is a conductive material for the anode, is improved, and Can be significantly reduced, and the energy efficiency of the battery can be improved.

【0025】この場合、溶射層12をクロム含有量が6
0重量%〜95重量%という高クロム−鉄系合金にて形
成し、かつ溶射層の厚みを10μm〜50μmの範囲に
形成しているため、これにより陽極容器10aの耐腐食
性を一層向上させることができる。また、クロム鍍金層
13においては、その厚みを5μm〜20μmの範囲に
形成しているため、クロム鍍金層13が溶射層12の表
面の未溶解の金属粉末を内部に完全に埋没させることが
できるとともに、溶射層12の表面を完全に均一に被覆
することができ、さらには基体11、溶射層12、鍍金
層13間に存在している鍍金後の残留応力と、電池の繰
り返し行われる加熱、冷却時のこれら3者間の熱膨張差
により溶射層12に早期にクラック等が発生するような
ことがなくて、陽極容器10aの耐腐食性を低下させる
ことがなくて、電池の寿命を一層向上させることができ
る。
In this case, the sprayed layer 12 has a chromium content of 6
Since it is formed of a high chromium-iron alloy of 0 to 95% by weight and the thickness of the sprayed layer is in the range of 10 to 50 μm, the corrosion resistance of the anode container 10a is further improved. be able to. Moreover, since the thickness of the chromium plating layer 13 is formed in the range of 5 μm to 20 μm, the chromium plating layer 13 can completely bury the undissolved metal powder on the surface of the sprayed layer 12 inside. At the same time, the surface of the thermal spray layer 12 can be completely and uniformly coated, and furthermore, the residual stress after plating existing between the substrate 11, the thermal spray layer 12, and the plating layer 13, and the repeated heating of the battery, Cracks and the like do not occur in the sprayed layer 12 at an early stage due to the difference in thermal expansion between these three members during cooling, the corrosion resistance of the anode container 10a is not reduced, and the life of the battery is further increased. Can be improved.

【0026】(実験1)本実験では、陽極容器の被覆層
を構成する鍍金層の厚みと溶射層でのクラックの発生状
況との関係を知るために加熱・冷却試験(ヒートサイク
ル試験)を行った。本実験においては、長さ300m
m、外径50mmで厚み1.4mmの基体の内周面に、
Cr(78wt.%)−Fe(21wt.%)−Si
(1.0wt.%)合金の溶射層を形成して同溶射層の
表面を研磨し、表層の酸化物等を除去してその表面粗度
Raを4μm〜15μmとした後、表1に示す各種の厚
みのCr鍍金層を形成して各種の陽極容器を作製し、こ
れら各陽極容器を用いて図1に示すナトリウム−硫黄電
池を構成した。
(Experiment 1) In this experiment, a heating / cooling test (heat cycle test) was performed in order to know the relationship between the thickness of the plating layer constituting the coating layer of the anode container and the state of occurrence of cracks in the sprayed layer. Was. In this experiment, the length was 300 m
m, on the inner peripheral surface of a substrate having an outer diameter of 50 mm and a thickness of 1.4 mm,
Cr (78 wt.%)-Fe (21 wt.%)-Si
(1.0 wt.%) After forming a sprayed layer of an alloy and polishing the surface of the sprayed layer to remove oxides and the like on the surface layer to make the surface roughness Ra 4 μm to 15 μm, the results are shown in Table 1. Various anode containers were produced by forming Cr plating layers of various thicknesses, and the sodium-sulfur batteries shown in FIG. 1 were constructed using these anode containers.

【0027】構成された各ナトリウム−硫黄電池につい
て、加熱、冷却を繰り返し行った場合の溶射層でのクラ
ックの発生状態を測定した。得られた結果を図3のグラ
フに示す。
For each of the sodium-sulfur batteries thus constructed, the state of occurrence of cracks in the sprayed layer when heating and cooling were repeatedly performed was measured. The results obtained are shown in the graph of FIG.

【0028】但し、ヒートサイクル試験については、ナ
トリウム−硫黄電池を室温から5時間で395℃まで昇
温し、この温度を10時間保持した後5時間で室温まで
降温する行程を1サイクル(ヒートサイクル)としてこ
れを繰り返し行い、一定のヒートサイクル間隔毎にX線
透過法で溶射層におけるクラックの数を測定した。
However, in the heat cycle test, the sodium-sulfur battery was heated from room temperature to 395 ° C. in 5 hours, held at this temperature for 10 hours, and then cooled to room temperature in 5 hours. This was repeated, and the number of cracks in the sprayed layer was measured by the X-ray transmission method at regular heat cycle intervals.

【0029】なお、比較試験として、被覆層が鍍金層単
独で溶射層を備えていない陽極容器を作成し、この陽極
容器を用いて構成したナトリウム−硫黄電池について
も、上記したヒートサイクル試験と同様の試験を行っ
て、被覆層におけるクラックの数を測定し、その結果を
図3のグラフに示す。
As a comparative test, an anode container having a coating layer alone and no thermal spray layer was prepared, and a sodium-sulfur battery constructed using this anode container was also subjected to the same heat cycle test as described above. Was performed to measure the number of cracks in the coating layer, and the results are shown in the graph of FIG.

【0030】[0030]

【表1】 [Table 1]

【0031】図3のグラフを参照すると、鍍金層の厚み
と溶射層でのクラックの発生数との関係は、鍍金層の厚
みが小さい所定の厚みの範囲(NO.1〜NO.4)で
は厚みを増加するにともないクラックの発生数が漸次増
加し、その後の厚みの増加(NO.5)によりクラック
の発生数が飛躍的に増加するとともに、その後の厚みの
大きい所定の厚みの範囲(NO.5〜NO.8)では厚
みの増加にともないクラックの発生数が増加することが
認められる。
Referring to the graph of FIG. 3, the relationship between the thickness of the plating layer and the number of cracks generated in the sprayed layer is within a predetermined thickness range (NO. 1 to NO. 4) where the thickness of the plating layer is small. As the thickness increases, the number of cracks increases gradually, and the subsequent increase in thickness (NO. 5) dramatically increases the number of cracks generated. 0.5 to 8), it is recognized that the number of cracks increases as the thickness increases.

【0032】クラックの発生数が飛躍的に増加する鍍金
層の厚みの臨界は18μm〜26μmの間にあり、約2
0μmであるものと認められる。また、厚みの小さい所
定範囲(NO.1〜NO.4)においては、クラックの
発生時期が遅いのに対して、厚みの大きい所定範囲(N
O.5〜NO.8)においてはクラックは早期に発生し
ている。
The criticality of the thickness of the plating layer at which the number of cracks increases dramatically is between 18 μm and 26 μm.
0 μm. Further, in the predetermined range where the thickness is small (NO. 1 to NO. 4), the crack generation time is late, whereas the predetermined range where the thickness is large (N.
O. 5 to NO. In 8), cracks occurred early.

【0033】鍍金層の厚みにこのような臨界的な厚みが
認められる理由は定かではないが、鍍金層の厚みが20
μmを越えると、基体、溶射層、鍍金層の3者間に存在
する鍍金後の残留応力と、ヒートサイクル中でのこれら
3者の熱膨張差により、溶射層に早期にクラックが発生
するとともに、クラックの発生数も多くなるものと理解
され、鍍金層の厚みの上限は20μmである。
The reason why such a critical thickness is recognized in the thickness of the plating layer is not clear, but the thickness of the plating layer is not more than 20.
When the thickness exceeds μm, cracks are generated in the sprayed layer early due to residual stress after plating existing between the three members of the base, the sprayed layer and the plated layer, and a difference in thermal expansion between these three members during a heat cycle. It is understood that the number of occurrences of cracks increases, and the upper limit of the thickness of the plating layer is 20 μm.

【0034】また、鍍金層の厚みの下限については、溶
射層の表面に残存している未溶解の金属粉末を鍍金層内
に完全に埋没させることができるとともに、溶射層の表
面を完全に均一に被覆して被覆層の表面の面粗度(R
a)3.0μm以下になる程度の厚みであることが必要
であり、この厚みは5μmである。
Regarding the lower limit of the thickness of the plating layer, the undissolved metal powder remaining on the surface of the sprayed layer can be completely buried in the plated layer, and the surface of the sprayed layer can be completely uniform. And the surface roughness (R
a) The thickness must be about 3.0 μm or less, and this thickness is 5 μm.

【0035】なお、被覆層が鍍金層単独で溶射層を備え
ていない場合(NO.9,NO.10)には、ヒートサ
イクル実験の早期に被覆層にクラックが発生するととも
に、クラックはその後急激に増大する。
In the case where the coating layer is a plating layer alone and does not have a sprayed layer (NO. 9 and NO. 10), cracks occur in the coating layer at an early stage of the heat cycle experiment, and the cracks rapidly increase thereafter. To increase.

【0036】(実験2)本実験では、陽極容器を構成す
る被覆層における鍍金層の有無と電池の内部抵抗、およ
び電池容量との関係を知るための充放電を繰り返し行う
充放電試験(充放電サイクル試験)を行った。本実験に
おいては、長さ300mm、外径50mmで厚み1.4
mmの基体の内周面に、表2に示す各種の被覆層を形成
してなる陽極容器を用いて図1に示すナトリウム−硫黄
電池を構成し、これらの各電池について、一定の充放電
サイクル間隔毎に電池の内部抵抗(385℃運転)およ
び電池容量(350℃運転)を測定した。得られた結果
を図4および図5のグラフに示す。
(Experiment 2) In this experiment, a charge / discharge test (charge / discharge) in which charging / discharging is repeatedly performed to find out the relationship between the presence or absence of a plating layer in the coating layer constituting the anode container, the internal resistance of the battery, and the battery capacity (charge / discharge) Cycle test). In this experiment, the length was 300 mm, the outer diameter was 50 mm, and the thickness was 1.4.
A sodium-sulfur battery shown in FIG. 1 was constructed using an anode container having various coating layers shown in Table 2 formed on the inner peripheral surface of a substrate having a thickness of 1 mm. At each interval, the internal resistance (operating at 385 ° C.) and the battery capacity (operating at 350 ° C.) of the battery were measured. The obtained results are shown in the graphs of FIGS.

【0037】[0037]

【表2】 [Table 2]

【0038】図4および図5を参照すると、電池の内部
抵抗については、被覆層がその表面に鍍金層を備えてい
ない場合(NO.4,NO.5)には、鍍金層を備えて
いる場合(NO.1〜NO.3)に比較して充放電の初
期においてすでに内部抵抗が大きく、かつ充放電サイク
ル数の増加に対応して一層内部抵抗が増加する。但し、
被覆層が鍍金層を備えている場合(NO.1〜NO.
3)でも、充放電サイクル数の増加に対応して内部抵抗
は同様に増加する。また、電池容量については、被覆層
が鍍金層を備えていると否とにかかわらず充電初期では
同一であるが、鍍金層を備えていない場合(NO.4,
NO.5)には、充放電サイクル数の増加に対応して電
池容量の低下が大きいことが認められる。
Referring to FIGS. 4 and 5, regarding the internal resistance of the battery, when the coating layer does not have a plating layer on its surface (NO. 4, NO. 5), a plating layer is provided. Compared with the case (NO. 1 to NO. 3), the internal resistance is already large at the beginning of charging and discharging, and the internal resistance further increases in accordance with the increase in the number of charging and discharging cycles. However,
When the coating layer includes a plating layer (NO. 1 to NO.
Even in 3), the internal resistance similarly increases in response to the increase in the number of charge / discharge cycles. The battery capacity is the same at the initial stage of charging regardless of whether or not the coating layer has a plating layer, but the battery capacity is not provided (NO. 4).
NO. In 5), it is recognized that the decrease in battery capacity is large in accordance with the increase in the number of charge / discharge cycles.

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

【図1】本発明の一例に係るナトリウム−硫黄電池の縦
断面図である。
FIG. 1 is a longitudinal sectional view of a sodium-sulfur battery according to an example of the present invention.

【図2】同電池を構成する陽極容器における図1の矢印
2部分の拡大部分縦断面図である。
FIG. 2 is an enlarged partial longitudinal sectional view of a portion indicated by an arrow 2 in FIG. 1 in an anode container constituting the battery.

【図3】ヒートサイクル試験における鍍金層の厚みと溶
射層でのクラックの発生との関係を示すグラフである。
FIG. 3 is a graph showing the relationship between the thickness of a plating layer and the occurrence of cracks in a sprayed layer in a heat cycle test.

【図4】充放電サイクル試験における鍍金層の有無と電
池の内部抵抗との関係を示すグラフである。
FIG. 4 is a graph showing the relationship between the presence or absence of a plating layer and the internal resistance of a battery in a charge / discharge cycle test.

【図5】充放電サイクル試験における鍍金層の有無と電
池容量との関係を示すグラフである。
FIG. 5 is a graph showing the relationship between the presence or absence of a plating layer and the battery capacity in a charge / discharge cycle test.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10a…陽極容器、10b…固体電解質、10c…陰極
活物質、10d…陽極活物質、11…有底筒状の基体、
12…溶射層、13…鍍金層。
10a: an anode container, 10b: a solid electrolyte, 10c: a cathode active material, 10d: an anode active material, 11: a bottomed cylindrical substrate,
12: Thermal spray layer, 13: Plating layer.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01M 10/39 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on front page (58) Field surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) H01M 10/39

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】金属材料からなる有底筒状の基体の内周面
に同基体より耐腐食性の高い金属材料からなる被覆層を
備えた陽極容器と、同陽極容器の内部に配設されたナト
リウムイオンを透過可能な有底筒状の固体電解質と、同
固体電解質内に収容された金属ナトリウムからなる陰極
活物質と、前記固体電解質と前記陽極容器間に収容され
た硫黄からなる陽極活物質とを備え、加熱状態において
充放電動作を行うナトリウム−硫黄電池において、前記
陽極容器の被覆層が耐腐食性の高い金属の粉末からなる
溶射層と、同溶射層の表面を被覆するクロム鍍金層との
複層にて構成されていることを特徴とするナトリウム−
硫黄電池。
1. An anode container provided with a coating layer made of a metal material having higher corrosion resistance than the base material on the inner peripheral surface of a bottomed cylindrical base made of a metal material, and disposed inside the anode container. And a cathode active material made of metallic sodium housed in the solid electrolyte, and an anode active material made of sulfur housed between the solid electrolyte and the anode container. In a sodium-sulfur battery comprising a substance and performing a charging / discharging operation in a heated state, a coating layer of the anode container is made of a highly corrosion-resistant metal powder, and a chromium plating is applied to cover the surface of the sprayed layer. Sodium, characterized in that it is composed of multiple layers
Sulfur battery.
【請求項2】請求項1に記載のナトリウム−硫黄電池に
おいて、前記溶射層が高クロム−鉄系合金の溶射層であ
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 the sprayed layer is a high chromium-iron alloy sprayed layer.
【請求項3】請求項2に記載のナトリウム−硫黄電池に
おいて、前記溶射層のクロム含有量が60重量%〜95
重量%であることを特徴するナトリウム−硫黄電池。
3. A sodium-sulfur battery according to claim 2, wherein said sprayed layer has a chromium content of 60% by weight to 95% by weight.
% By weight.
【請求項4】請求項2または3に記載のナトリウム−硫
黄電池において、前記溶射層の厚みが10μm〜50μ
mであり、前記クロム鍍金層の厚みが5μm〜20μm
であることを特徴とするナトリウム−硫黄電池。
4. The sodium-sulfur battery according to claim 2, wherein said sprayed layer has a thickness of 10 μm to 50 μm.
m, and the thickness of the chrome plating layer is 5 μm to 20 μm.
A sodium-sulfur battery, characterized in that:
【請求項5】請求項1,2,3または4に記載のナトリ
ウム−硫黄電池において、前記クロム鍍金層における表
面の面粗度(Ra)が3.0μm以下であることを特徴
とするナトリウム−硫黄電池。
5. The sodium-sulfur battery according to claim 1, wherein the chromium plating layer has a surface roughness (Ra) of 3.0 μm or less. Sulfur battery.
JP19942696A 1996-07-29 1996-07-29 Sodium-sulfur battery Expired - Fee Related JP3322797B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP19942696A JP3322797B2 (en) 1996-07-29 1996-07-29 Sodium-sulfur battery

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP19942696A JP3322797B2 (en) 1996-07-29 1996-07-29 Sodium-sulfur battery

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPH1040953A JPH1040953A (en) 1998-02-13
JP3322797B2 true JP3322797B2 (en) 2002-09-09

Family

ID=16407623

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP19942696A Expired - Fee Related JP3322797B2 (en) 1996-07-29 1996-07-29 Sodium-sulfur battery

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP3322797B2 (en)

Also Published As

Publication number Publication date
JPH1040953A (en) 1998-02-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4518791B2 (en) Rechargeable battery cell that can operate at room temperature
US5334464A (en) Lightweight battery plates
EA039481B1 (en) Electrolyte element and cell incorporating the electrolyte element
RU2309488C2 (en) Storage battery incorporating foam carbon current collectors
JP4250809B2 (en) Lithium secondary battery and method of manufacturing positive electrode plate thereof
US4239837A (en) Electrochemical storage cell
JP3412451B2 (en) Nickel sintered substrate for positive electrode of alkaline storage battery, method for producing the same, and alkaline storage battery
JP3322797B2 (en) Sodium-sulfur battery
US6787266B1 (en) Battery plate and battery
JP2969050B2 (en) Sodium-sulfur battery
JP3074250B2 (en) Sodium-sulfur battery
KR20230063167A (en) Lithium-thionyl chloride battery
JP3615163B2 (en) Anode container for sodium-sulfur battery
JP5132104B2 (en) Heat-resistant alloy member, current collecting member for fuel cell, fuel cell stack, fuel cell
JP3133926B2 (en) Method for producing anode container for sodium-sulfur battery
WO2007139133A1 (en) Plated steel plate for battery can, battery, and alkaline dry battery
JP3113799B2 (en) Sodium-sulfur battery
JPH0878049A (en) Sodium-sulfur cell
JP3103730B2 (en) Method for manufacturing sodium-sulfur battery and anode container for the same
JP3617628B2 (en) Anode container for sodium-sulfur battery
JPS59146164A (en) Alkaline battery
JPH0389469A (en) sodium-sulfur battery
JPH05258769A (en) Manufacture of sodium-sulphur battery
US4921766A (en) Electrochemical storage cell
JPH1154116A (en) Nickel sintered substrate for alkaline storage battery, nickel electrode plate for alkaline storage battery and method of manufacturing the same

Legal Events

Date Code Title Description
FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080628

Year of fee payment: 6

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090628

Year of fee payment: 7

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100628

Year of fee payment: 8

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100628

Year of fee payment: 8

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110628

Year of fee payment: 9

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120628

Year of fee payment: 10

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130628

Year of fee payment: 11

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140628

Year of fee payment: 12

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees