钠硫电池的制作方法
【专利摘要】本发明的钠硫电池具备用于贮存从单电池(4)流出的高温熔融物并使其凝固的贮存空间(100)，从而即使发生在壳体内部生成高温熔融物的事故，也能够使高温熔融物不会泄漏到壳体(1)的外部。贮存空间(100)可以形成在壳体(1)的外周，也可以形成在壳体(1)的内部。贮存空间(100)例如由包括刚性构件(11)、绝热材料(12)和耐热材料(13)的复合构件(15)构成。
【专利说明】钠硫电池
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种即使在发生事故时产生高温熔融物，也能够防止延烧至相邻的模块的钠硫电池。
【背景技术】
[0002]使用钠硫电池的蓄电系统是将在绝热容器内部容纳有达到数百个的多个单电池的模块电池，对应于蓄电容量组合必要数量而构成的。模块电池以上下多层储存在机架内，采用钠硫电池组件(package)方式设置。
[0003]钠硫电池模块以如下方式构成，S卩，将单电池的集合体容纳在作为绝热性模块容器的壳体的内部。单电池是如下一种结构:在一侧配置有作为负极活性物质的熔融金属钠，在另一侧配置有作为正极活性物质的熔融硫磺，两者由相对于钠离子具有选择渗透性的β-氧化铝固体电解质隔开，以模块为单位在300-350°C下进行热工管理。由于高温电池是在这种高温条件下进行工作的，因此，一直在研宄各种安全对策。
[0004]但是，存在如下的隐患:该单电池被破坏后高温熔融物流入到绝热容器的内部，并越过位于电池块(block)之间的砂层而到达相邻的电池块，由此在该电池块内的单电池之间发生短路，多个单电池被基于短路电流的发热破坏，从而延烧至模块整体。并且，当发生火灾事故时，还存在如下隐患:火灾不会停留在密封结构的壳体内部，而是延烧至在组件内的上下左右相邻的模块，扩大了火灾规模。
[0005]在专利文献I中提出了如下方案:在构成模块的、壳体的内部上表面容纳有碳布等耐热板，从而在火灾发生时使火焰不会蔓延到外部。但是，由于该耐热板的强度低，因此，在发生火灾时，容易因高温熔融物的压力发生变形。其结果，存在盖子被压力破坏而喷出高温熔融物，从而向上侧模块延烧的隐患。另外，还存在高温熔融物用其热量熔化并损坏盖子，且贯通盖子而与燃烧火焰一同喷出的隐患。
[0006]现有技术文献:
[0007]专利文献
[0008]专利文献1:专利第3253888号公报
【发明内容】
[0009]发明要解决的课题
[0010]因此，本发明的目的在于解决上述的课题，提供一种即使因某些原因发生了在作为模块容器的壳体的内部生成高温熔融物的事故，也能够防止高温熔融物延烧至相邻模块的安全性优异的钠硫电池。
[0011]解决课题的方法
[0012]为解决上述课题而作出的本发明，提出了一种钠硫电池，其在包括绝热层的壳体内容纳有多个单电池，所述壳体具有盖子，其特征在于，所述钠硫电池形成有用于贮存从所述单电池流出的高温熔融物并使其凝固的贮存空间。
[0013]在本发明的第二侧面中，贮存空间是由包括刚性构件、绝热材料、及耐热材料的复合构件构成的贮存容器形成的，该贮存容器铺设在所述壳体和用于支撑该壳体的壳体用托板(pallet)之间，并将贮存容器的侧壁以其与壳体的外壁面之间具有间隙的方式垂直设置。
[0014]在本发明的第三侧面中，贮存空间通过在所述壳体和用于支撑该壳体的壳体用托板之间铺设的包括刚性构件、绝热材料、及耐热材料的复合构件，和以与壳体的外壁面之间具有间隙的方式垂直设置的钢材形成。
[0015]在本发明的第四侧面中，贮存空间由包括绝热材料与耐热材料的复合构件构成的贮存容器来形成，并配置在容纳有壳体内的单电池的空间内。
[0016]在本发明的第五侧面中，贮存空间由包括绝热材料与耐热材料的复合构件构成的贮存容器形成，并配置在壳体内的绝热层内。
[0017]此外，如本发明的第六侧面所述，优选地，所述绝热材料由陶瓷纤维毯或云母材料构成，所述耐热材料由碳材料构成。
[0018]在本发明的第七侧面中，在所述壳体的盖子内表面的、壳体主体和盖子之间的间隙处设置耐热导板。
[0019]如本发明的第八侧面所述，该耐热导板可以由绝热材料和耐火材料构成，另外，如本发明的第九侧面所述，该耐热导板可以由云母板和碳材料构成。
[0020]发明的效果
[0021 ] 本发明的钠硫电池，形成有用于贮存从单电池流出的高温熔融物并使其凝固的贮存空间，因此，即使假设在发生火灾时生成了高温熔融物的情况下，高温熔融物也会贮存在该贮存空间的内部。高温熔融物的温度有时会超过2000°C，但会在贮存在贮存空间内的期间内凝固，从而不会泄漏到贮存空间的外部。因此，能够确切地防止延烧至相邻的模块。此夕卜，对于贮存空间的位置或形状，能够采用如本发明的第二侧面至本发明的第五侧面所述的各种方案。
[0022]另外，如本发明的第七侧面所述，若在壳体的盖子内表面的壳体主体和盖子之间的间隙处设置耐热导板，则高温熔融物会沿着该耐热导板从壳体的侧方流入贮存空间内，因此，不会贯通盖子而向上方喷出。
【专利附图】
【附图说明】
[0023]图1是示出模块电池的整体结构的剖视图。
[0024]图2是示出本发明的第二侧面的实施方案的剖视图。
[0025]图3是示出本发明的第三侧面的实施方案的剖视图。
[0026]图4是示出本发明的第四侧面的实施方案的剖视图。
[0027]图5是示出本发明的第五侧面的实施方案的剖视图。
[0028]图6是示出本发明的第六侧面的实施方案的剖视图。
【具体实施方式】
[0029]下面，示出本发明的优选实施方案。
[0030]在图1中，I是包括壳体主体2和盖子3的具有绝热性的壳体(模块容器)，在壳体内部容纳有多个单电池4。壳体主体2和盖子3是在不锈钢制外皮的内部形成有绝热层的绝热结构体。壳体I被支撑于壳体用托板5上。壳体用托板5是还被称作滑动底座(slidebase)的钢铁结构物。
[0031]如上所述，单电池4是在一侧配置有作为负极活性物质的熔融金属钠，在另一侧配置有作为正极活性物质的熔融硫磺，并由相对于钠离子具有选择渗透性的β -氧化铝固体电解质隔开熔融金属钠和熔融硫磺的结构，通过钠离子在作为固体电解质的氧化铝管的壁面移动，进行充放电。
[0032]在单电池4的β -氧化铝管因某些原因被破坏的情况下，作为负极活性物质的熔融金属钠与作为正极活性物质的熔融硫磺发生反应，由此可能会生成超过2000°C的高温熔融物。若该高温熔融物在壳体I的内部扩散，则还会波及到相邻的单电池4，最坏的情况是高温熔融物与燃烧的火焰一同从壳体I向外部流出，从而可能会延烧到在上方或侧方相邻的壳体I。因此，在本发明中，形成有用于贮存从单电池4流出的高温熔融物并使其凝固的贮存空间100。下面，对贮存空间100的具体结构进行说明。
[0033]图2是示出本发明的第二侧面的实施方案的剖视图，10是由包括刚性构件11、绝热材料12、及耐热材料13的复合构件15构成的贮存容器。刚性构件11优选是钢板，以使其具有机械强度。绝热材料12是陶瓷纤维毯或云母材料，耐热材料13是用于承受与高温熔融物接触的碳材料如碳片。贮存容器10铺设在壳体主体2与用于支撑壳体主体2的壳体用托板5之间，将其侧壁14以壳体主体2的外壁面与贮存容器10的内壁面之间具有间隙的方式垂直设置，从而在壳体主体2的外侧形成了贮存空间100。
[0034]侧壁14的高度是5-lOcm左右，体积是能够贮存从壳体主体2的下部流出的高温熔融物的体积。该贮存空间100总是与外气接触，因此，所贮存的高温熔融物会迅速地凝固，从而不会泄漏到贮存空间100的外部。因此，若在壳体I的底部外周形成有高温熔融物的贮存空间100，则从壳体主体2的下部流出的高温熔融物不会到达相邻的壳体1，并且能够使火灾事故止步于单个模块电池内，因此，火灾事故不会扩大。
[0035]图3是示出本发明的第三侧面的实施方案的剖视图。在图2中示出的实施方案中，将贮存容器10的侧壁14以其与壳体主体2的外壁面之间具有间隙的方式垂直设置，并且在壳体I的外侧形成有贮存空间100 ;然而在图3的实施方案中，在壳体主体2和用于支撑该壳体I的壳体用托板5之间铺设包括刚性构件11、绝热材料12、及耐热材料13的复合构件15，并且在与壳体主体2的外壁面之间隔开间隙而垂直设置钢材16，从而形成了贮存空间100。该贮存空间100也发挥与图2的贮存空间100相同的功能。
[0036]图4是示出本发明的第四侧面的实施方案的剖视图。该实施方案中，在容纳了壳体I的内部的单电池4的空间内，设置有由包括绝热材料12和耐热材料13的复合构件17构成的贮存容器18，并在壳体主体2的内部形成有贮存空间100。若形成这种结构，则在发生事故时，高温熔融物将贮存在壳体主体2内部的贮存空间100内，因此，不会熔化并损坏壳体主体2的底部而流向外部。与上述实施方案不同，使用包括绝热材料12和耐热材料13的复合构件17是为了使壳体主体2的内壁发挥刚性构件11的功能。
[0037]图5是示出本发明的第五侧面的实施方案的剖视图。在图4的实施方案中，在容纳了壳体I的内部的单电池4的空间内形成了贮存空间100，但在图5的实施方案中，在壳体主体2内的绝热层内形成了贮存空间100。S卩，由包括绝热材料12和耐热材料13的复合构件17构成的贮存容器19配置在壳体主体2外皮的内表面，并且在绝热层内形成有贮存空间100。通过该实施方案的结构，也会使高温熔融物贮存在壳体I内部的贮存空间100内，因此，高温熔融物不会熔化并损坏壳体主体2的底部而流向外部。
[0038]图6是示出本发明的第六侧面的实施方案的剖视图。在该实施方案中，能够防止高温熔融物因其热量熔化并损坏盖子3，贯通壳体I的盖子3而与燃烧火焰一同喷出的事故，因此，在壳体I的盖子内表面的壳体主体2与盖子3的间隙处设置了耐热导板20。耐热导板20由绝热材料和耐火材料构成，具体是由云母板与碳材料构成的。在图6中，耐热导板20仅配置在角隅部，但也可以形成在盖体3的整个背面。此外，21是用于覆盖盖体3的背面的延烧防止板，延烧防止板是通过层叠云母板22、绝热材料23、耐火材料24、及云母板25而构成的。云母板22、25具有1400°C左右的耐热性。
[0039]若形成这种结构，则从单电池4向上方喷出的高温熔融物被延烧防止板21遮挡，并且沿着耐热导板20的内表面如箭头所示流向下方，并被引导至形成在壳体I外周的贮存空间100。因此，能够防止高温熔融物贯通盖子3而与燃烧火焰一同喷出的事故。
[0040]如上所述，根据本发明，即使发生在壳体I的内部生成高温熔融物的事故，高温熔融物也不会泄漏到壳体I的外部，因此是安全的。
[0041]附图标记说明
[0042]I 壳体
[0043]2 壳体主体
[0044]3 盖子
[0045]4 单电池
[0046]5 壳体用托板
[0047]10 贮存容器
[0048]11 刚性构件
[0049]12 绝热材料
[0050]13 耐热材料
[0051]14 侧壁
[0052]15 复合构件
[0053]16 钢材
[0054]17 复合构件
[0055]18 贮存容器
[0056]19 贮存容器
[0057]20 耐热导板
[0058]21 延烧防止板
[0059]22 云母板
[0060]23 绝热材料[0061 ] 24 耐火材料
[0062]25 云母板
[0063]100贮存空间
【权利要求】
1.一种钠硫电池，其在包括绝热层的壳体内容纳有多个单电池，所述壳体具有盖子，其特征在于， 所述钠硫电池形成有用于贮存从所述单电池流出的高温熔融物并使其凝固的贮存空间。
2.根据权利要求1所述的钠硫电池，其特征在于， 所述贮存空间是由包括刚性构件、绝热材料、及耐热材料的复合构件构成的贮存容器形成的，所述贮存容器铺设在所述壳体和用于支撑所述壳体的壳体用托板之间，并将贮存容器的侧壁以其与壳体的外壁面之间具有间隙的方式垂直设置。
3.根据权利要求1所述的钠硫电池，其特征在于， 所述贮存空间通过在所述壳体与用于支撑所述壳体的壳体用托板之间铺设的包括刚性构件、绝热材料、及耐热材料的复合构件，和以与壳体的外壁面之间具有间隙的方式垂直设置的钢材来形成。
4.根据权利要求1所述的钠硫电池，其特征在于， 所述贮存空间由包括绝热材料和耐热材料的复合构件构成的贮存容器形成，并配置在容纳有壳体内的单电池的空间内。
5.根据权利要求1所述的钠硫电池，其特征在于， 所述贮存空间由包括绝热材料和耐热材料的复合构件构成的贮存容器形成，并配置在壳体内的绝热层内。
6.根据权利要求2-5中任一项所述的钠硫电池，其特征在于， 所述绝热材料由陶瓷纤维毯或云母材料构成，所述耐热材料由碳材料构成。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的钠硫电池，其特征在于， 在所述壳体的盖子内表面的、壳体主体与盖子之间的间隙处设置有耐热导板。
8.根据权利要求7所述的钠硫电池，其特征在于， 所述耐热导板由绝热材料和耐火材料构成。
9.根据权利要求7所述的钠硫电池，其特征在于， 所述耐热导板由云母板和碳材料构成。
【文档编号】H01M10/39GK104508900SQ201380040404
【公开日】2015年4月8日 申请日期:2013年9月10日 优先权日:2012年9月12日
【发明者】辻雄希, 田原和幸, 村里真宽, 石原拓也, 冈崎一郎, 堀场康弘, 笠原美步 申请人:日本碍子株式会社