專利名稱：鈉容納用盒子以及鈉硫電池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及鈉硫電池(以下稱為“NaS電池”)中鈉容納用盒子以及具備該盒子的NaS電池。
背景技術(shù)：
在現(xiàn)有 技術(shù)中，公知的鈉硫電池具有用于容納所述鈉的金屬制盒于，上述鈉硫電池是指，在有底圓筒狀的固體電解質(zhì)管的外側(cè)配置有作為陽極側(cè)壓力產(chǎn)生源的疊氮化鈉，其用于產(chǎn)生陽極活性物質(zhì)硫磺和氮?dú)?，并在所述固體電解質(zhì)管內(nèi)側(cè)配置有作為陰極活性物質(zhì)的鈉。但是，在NaS電池一次也未被加熱的初始狀態(tài)中，盒子內(nèi)的鈉為固體。因此，為引起放電反應(yīng)，需要將加熱熔融的鈉從盒子內(nèi)部向盒子和固體電解質(zhì)管之間的空間供給，使鈉與固體電解質(zhì)管和陰極金屬件接觸。為此，想到如下方式在盒子內(nèi)配置作為陰極側(cè)壓力產(chǎn)生源的氬氣等氣體(以下也稱為惰性氣體)，利用該惰性氣體的壓力將熔融的鈉從盒子內(nèi)部向盒子和固體電解質(zhì)管之間的空間供給。但是，由于在對NaS電池進(jìn)行加熱時(shí)，鈉的熔融始于盒子內(nèi)壁附近，因此在擠出熔融鈉時(shí)，惰性氣體也通過盒子內(nèi)壁和固化的鈉之間，并從盒子和固體電解質(zhì)管之間的空間泄漏。另一方面，由于盒子內(nèi)的氣體壓力隨著放電溶融鈉的減少而降低，所以泄漏的惰性氣體的體積，隨著盒子內(nèi)鈉的體積的減少而增大，開始覆蓋固體電解質(zhì)管內(nèi)壁和陰極金屬件。如果惰性氣體與固體電解質(zhì)管內(nèi)壁相接觸，就會(huì)妨礙鈉離子從該部分透過，所以電阻增大。另外，如果惰性氣體覆蓋陰極金屬件整體，就會(huì)妨礙鈉與陰極金屬件之間收發(fā)電子，從而使放電停止。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型是鑒于這樣的問題而做出的，其目的在于提供一種能可靠地防止氣體從盒子泄漏且能以低成本實(shí)現(xiàn)的NaS電池的陰極構(gòu)造。用于實(shí)現(xiàn)上述目的本實(shí)用新型的盒子，在鈉硫電池中用于容納鈉且由金屬制成，所述鈉硫電池是指，在有底圓筒狀的固體電解質(zhì)管的外側(cè)配置有作為陽極側(cè)壓力產(chǎn)生源的疊氮化鈉，所述疊氮化鈉用于產(chǎn)生作為陽極活性物質(zhì)的硫磺和氮?dú)?，并且在所述固體電解質(zhì)管的內(nèi)側(cè)配置有作為陰極活性物質(zhì)的所述鈉的鈉硫電池，其特征在于，該盒子被隔壁劃分為上部空間和下部空間，在所述上部空間內(nèi)配置有作為陰極側(cè)壓力產(chǎn)生源的氣體，在所述下部空間內(nèi)配置有所述鈉，所述隔壁上形成有用于使上部空間和下部空間相連通的連通孔，并且該連通孔被樹脂制構(gòu)件密封，該樹脂制構(gòu)件在230°C以上300°C以下熔融或開裂，而且不與鈉發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，在該盒子底部形成有貫通孔，該貫通孔用于借助所述氣體的壓力來將熔融的所述鈉從該盒子的內(nèi)部供給至盒子和所述固體電解質(zhì)管之間的空間，所述氣體所形成的陰極側(cè)壓力始終低于所述氮?dú)馑纬傻年枠O側(cè)壓力。此處，優(yōu)選地，盒子具備筒狀胴部和安裝于該筒狀胴部的底蓋，這些筒狀胴部和底蓋具有通過壓入來使這些筒狀胴部和底蓋互相嵌合的嵌合部；將這些筒狀胴部和底蓋在嵌合的狀態(tài)下焊接的被焊接部。另外，優(yōu)選盒子由含有10重量％以上16. 5重量％以下的Cr的不銹鋼構(gòu)成。另外，本實(shí)用新型的鈉硫電池具備上述盒子。若采用本實(shí)用新型的鈉容納用盒子以及具備該盒子的NaS電池，就能有效防止由于作為陰極側(cè)壓力產(chǎn)生源的氣體從盒子泄漏所引起的放電停止和電阻增大的現(xiàn)象。另外，使用與用作為盒子材質(zhì)的不銹鋼等的接合性良好樹脂，所以能避免密封部分的泄漏、粘結(jié)加工的成品率的降低。

圖I是本實(shí)用新型的NaS電池的剖面圖。圖2是上述NaS電池的盒子的上部空間附近的剖面圖。圖3是上述NaS電池的盒子的上部空間附近的剖面圖。圖4是上述NaS電池的盒子的底蓋附近的剖面圖。附圖標(biāo)記說明I NaS 電池2 陽極金屬件3 固體電解質(zhì)管6 盒子61筒狀胴部62 底蓋63被焊接部64貫通孔71上部空間72下部空間73連通孔74、75樹脂制構(gòu)件
具體實(shí)施方式
以下，參照附圖，對本實(shí)用新型的鈉容納用盒子以及具備該盒子的NaS電池進(jìn)行說明。如圖I所示，就NaS電池I而言，在陽極容器2內(nèi)配置有有底圓筒狀的固體電解質(zhì)管3，在該固體電解質(zhì)管3的外側(cè)配置有作為陽極側(cè)壓力產(chǎn)生源的疊氮化鈉(sodium azide),其用于產(chǎn)生作為陽極活性物質(zhì)的硫磺4和氮?dú)?，而且，在固體電解質(zhì)管3的內(nèi)側(cè)配置有作為陰極活性物質(zhì)的鈉5。另外，鈉5容納于由金屬制成的盒子6中。陽極容器2具有圓筒狀的筒部21以及堵塞該筒部21下端部的底蓋22。在筒部21的上部外周面安裝有陽極端子11。另外，陽極容器2由鋁或鋁合金等軟金屬形成。固體電解質(zhì)管3由￠-氧化鋁形成，并通過由玻璃接合在其開口端的a-氧化鋁制絕緣環(huán)12和陽極金屬件13來與陽極容器2相結(jié)合。另外，在絕緣環(huán)12的上面熱壓接合有陰極金屬件14，在該陰極金屬件14上焊接固定有陰極蓋15。[0032]盒子6被隔壁7劃分為上部空間71和下部空間72。在上部空間71內(nèi)配置有作為陰極側(cè)壓力產(chǎn)生源的氣體，在下部空間72內(nèi)配置有鈉5。如圖2所示，在隔壁7上形成有用于連通上部空間71和下部空間72的連通孔73，并且使用樹脂制構(gòu)件74來密封該連通孔73，該樹脂制構(gòu)件74在230°C以上300°C以下熔融或開裂，而且不與鈉5發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。此夕卜，如圖3所示，也可以使用樹脂制構(gòu)件75從下部空間72 —側(cè)貼上金屬薄膜76，從而密封連通孔73。即，在本實(shí)用新型中，只要使用樹脂制構(gòu)件74、75來密封連通孔73就可，這些樹脂制構(gòu)件74、75至少在230°C以上300°C以下熔融或開裂，而且不與鈉5發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。此夕卜，關(guān)于樹脂制構(gòu)件74、75所使用的具體材料，稍后再敘述。另外，金屬薄膜76例如使用與 后述的盒子6的材質(zhì)同樣的材料(不銹鋼等)。另外，如圖I和圖4所不,盒子6具備筒狀胴部61和安裝于筒狀胴部61的底蓋62，這些筒狀胴部61和底蓋62具有通過壓入彼此嵌合的嵌合部61a、62a ;對這些筒狀胴部61和底蓋62在嵌合的狀態(tài)下進(jìn)行焊接的被焊接部63。此外，在圖4中示出了將筒狀胴部61壓入底蓋62內(nèi)的例子，但也可以將底蓋62壓入筒狀胴部61內(nèi)。這樣在通過壓入來使筒狀胴部61和底蓋62相接合的基礎(chǔ)上，還通過焊接來使筒狀胴部61和底蓋62相接合，所以能夠防止氣體從該接合部泄漏，因此能更有效地防止氣體向盒子6的外部泄漏。另外，在盒子6的底部(S卩，底蓋62)形成有貫通孔64，該貫通孔64用于利用氣體的壓力將熔融的鈉5從盒子6內(nèi)部向盒子6和固體電解質(zhì)管3之間的空間30供給。另外，空間30在初始狀態(tài)(電池使用前的狀態(tài))下保持真空。盒子6使用金屬，優(yōu)選使用含有10重量％以上16. 5重量％以下的Cr的不銹鋼。如果Cr的含有量超過16. 5重量％，則氮?dú)馕樟孔兇?，就無法維持用于將鈉5擠出至外部所需的壓力。另一方面，如果Cr含有量不足10重量％，會(huì)有損于耐腐蝕性，因而不可作為優(yōu)選例。此外，此處所謂不銹鋼是指添加了 12-32重量％的Cr的鐵基合金，鐵以外的元素的總量不超過50%。另外，在本實(shí)用新型中，作為填充于盒子6的上部空間71內(nèi)的氣體，需要使用不與鈉5及盒子6的材質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的氣體，優(yōu)選使用氬氣、氦氣等惰性氣體或氮?dú)?。另外，在本?shí)用新型中，調(diào)整氣體和疊氮化鈉的量，以使氣體所形成的陰極側(cè)壓力始終低于由陽極側(cè)疊氮化鈉產(chǎn)生的氮?dú)馑纬傻年枠O側(cè)壓力。這樣，陰極側(cè)壓力被調(diào)整為始終低于陽極側(cè)壓力，所以即使固體電解質(zhì)管3在升溫中破損，也能夠防止鈉5從固體電解質(zhì)管3急劇地流向陽極側(cè)，從而能夠提高電池的安全性。在本實(shí)用新型中，作為用作為于樹脂制構(gòu)件74、75的樹脂，可以使用在230°C以上、300°C以下熔融或開裂的樹脂。這是由于，在陽極側(cè)使用疊氮化鈉時(shí)，考慮其分解溫度(約280°C )和熱傳導(dǎo)傳遞，且為要使氣體所形成產(chǎn)生的陰極側(cè)壓力始終平時(shí)低于氮?dú)馑纬僧a(chǎn)生的陽極側(cè)壓力，則需要使樹脂的熔融或開裂溫度至少在230°C以上，另外，還需要在作為NaS電池I的工作溫度的300-350°C以下使樹脂熔融或者開裂。另外，為避免劇烈燃燒、發(fā)熱的危險(xiǎn)性，需要采用不與鈉5發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的樹脂。作為用于上述樹脂制構(gòu)件74、75的樹脂，具體地，優(yōu)選使用UV固化性改性丙烯酸樹脂、厭氧性改性丙烯酸樹脂、反應(yīng)型丙烯酸樹脂、室溫固化型硅橡膠、聚酰亞胺、尼龍、聚乙烯醇縮甲醛/酚、丁腈橡膠/酚、氯丁橡膠/酚、環(huán)氧/酚、乙烯縮醛/酚、環(huán)氧樹脂、尼龍/環(huán)氧、丁腈橡膠/環(huán)氧、環(huán)氧/聚酰胺、聚氨基甲酸乙酯等，但從用樹脂密封連通孔73時(shí)無需加熱的角度來看，更優(yōu)選采用UV固化性改性丙烯酸樹脂、厭氧性改性丙烯酸樹脂、反應(yīng)型丙烯酸樹脂、環(huán)氧/聚酰胺等。即，由于使用這些樹脂，所以無需設(shè)置加熱設(shè)備、冷卻設(shè)備。要防止盒子6內(nèi)的氣體泄漏至盒子6外，就需要在鈉5完全熔融后使氣體的壓力施加至鈉5。在本實(shí)用新型中，如果在電池工作中NaS電池I被加熱，則首先鈉5熔融，接著樹脂構(gòu)件74、75熔融或開裂，使上部空間71和下部空間72連通，熔融的鈉5借助作為陰極側(cè)壓力產(chǎn)生源的氣體的壓力來從貫通孔64流出。另外，例如以如下方式向盒子6填充惰性氣體和鈉5。首先，在惰性氣體環(huán)境下，向安裝底蓋62之前的盒子6的上部空間71注入惰性氣體，并用樹脂構(gòu)件74來封閉連通孔73。接著，向下部空間72填充鈉5，并向筒狀胴部61壓入底蓋62并進(jìn)行焊接。其后，將該盒于6上下倒轉(zhuǎn)過來并以圖I所示的方式將其配置于固體電解質(zhì)管3內(nèi)。若采用本實(shí)用新型的鈉容納用盒子6和具備該盒子的NaS電池1，就能有效防止 由于作為陰極側(cè)壓力產(chǎn)生源的氣體從盒子6泄漏所引起的放電停止和電阻增大的現(xiàn)象。另夕卜，利用樹脂構(gòu)件74、75來密封連通孔73，因此，由于樹脂與用作為盒子6的材質(zhì)的不銹鋼等的接合性良好，所以能夠防止密封部分的泄漏、粘結(jié)加工的成品率的降低。
權(quán)利要求1.ー種盒子，在鈉硫電池中用于容納鈉且由金屬制成，所述鈉硫電池是指，在有底圓筒狀的固體電解質(zhì)管的外側(cè)配置有作為陽極側(cè)壓カ產(chǎn)生源的疊氮化鈉，所述疊氮化鈉用于產(chǎn)生作為陽極活性物質(zhì)的硫磺和氮?dú)猓⑶以谒龉腆w電解質(zhì)管的內(nèi)側(cè)配置有作為陰極活性物質(zhì)的所述鈉的鈉硫電池，其特征在干， 該盒子被隔壁劃分為上部空間和下部空間，在所述上部空間內(nèi)配置有作為陰極側(cè)壓カ產(chǎn)生源的氣體，在所述下部空間內(nèi)配置有所述鈉， 所述隔壁上形成有用于使上部空間和下部空間相連通的連通孔，并且該連通孔被樹脂制構(gòu)件密封，該樹脂制構(gòu)件在230°C以上300°C以下熔融或開裂，而且不與鈉發(fā)生化學(xué)反應(yīng)， 在該盒子底部形成有貫通孔，該貫通孔用于借助所述氣體的壓カ來將熔融的所述鈉從該盒子的內(nèi)部供給至盒子和所述固體電解質(zhì)管之間的空間， 所述氣體所形成的陰極側(cè)壓カ始終低于所述氮?dú)馑纬傻年枠O側(cè)壓力。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的盒子，其特征在干， 具備筒狀胴部和安裝于該筒狀胴部的底蓋， 這些筒狀胴部和底蓋具有 通過壓入來使這些筒狀胴部和底蓋互相嵌合的嵌合部； 將這些筒狀胴部和底蓋在嵌合的狀態(tài)下焊接的被焊接部。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的盒子，其特征在干，由含有10重量％以上16.5重量％以下的Cr的不銹鋼構(gòu)成。
4.ー種鈉硫電池，其特征在于，具備權(quán)利要求1-3中任ー項(xiàng)所述的盒子。
專利摘要本實(shí)用新型提供NaS電池(1)的由金屬制成的盒子(6)，該盒子配置于固體電解質(zhì)管(3)的內(nèi)側(cè)且用于容納鈉(5)，其特征在于，被隔壁(7)劃分為上部空間(71)和下部空間(72)，在上部空間(71)內(nèi)配置有作為陰極側(cè)壓力產(chǎn)生源的氣體，在下部空間(72)內(nèi)配置有鈉(5)，在隔壁(7)上形成有連通孔(73)，該連通孔被樹脂制構(gòu)件(74)密封，該樹脂制構(gòu)件在230℃以上300℃以下熔融或開裂且不與鈉(5)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，在該盒子(6)的底部形成有貫通孔(64)，氣體所形成的陰極側(cè)壓力始終低于氮?dú)馑纬傻年枠O側(cè)壓力。由此，能有效防止由于氣體從盒子(6)泄漏所引起的放電停止及電阻的增大。
文檔編號H01M4/02GK202423497SQ201120526978
公開日2012年9月5日 申請日期2011年12月16日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月16日
發(fā)明者尾藤章博 申請人:日本礙子株式會(huì)社