专利名称：热压接合结构和具备该热压接合结构的钠硫电池的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及钠硫电池(以下称为NaS电池)用构件的热压接合结构和具备该热压接合结构的钠硫电池，更具体地，涉及阳极金属件、阴极金属件和陶瓷制绝缘环等构件的热压接合结构和具备该热压接合结构的钠硫电池。
背景技术：
作为普通的NaS电池，例如具有如图3所示结构的NaS电池为人们所知。NaS电池101具有圆筒状的阳极容器102，用于容纳含浸于石墨毡等中的熔融硫磺；有底的圆筒状的固体电解质管103，位于阳极容器102内部，用于容纳熔融金属钠，并具有选择性透过钠离子的功能。 固体电解质管103通过a -氧化铝制绝缘环104和铝合金制阳极金属件105与阳极容器102结合。阳极金属件105具有圆筒部151和从圆筒部151下端向内部方向伸出的凸缘部152。绝缘环104被插入该阳极金属件105的圆筒部151内，且阳极金属件105的凸缘部152上面热压接合在该绝缘环104的下面。另外，铝合金制阴极金属件106具有圆筒部161和从圆筒部161外周向外部方向伸出的凸缘部162，阴极金属件106的凸缘部162的下面热压接合在绝缘环104的上面。阳极室是由固体电解质管103的外周面、绝缘环104的下面和阳极金属件105和阳极容器102的内周面区划出来的，阴极室是由固体电解质管103的内周面、绝缘环104的内周面、阴极金属件106和阴极盖(未图示)区划出来的。通过所述热压接合阳极室和阴极室在确保阳极-阴极间的绝缘性的状态下被密封。
实用新型内容实用新型要解决的问题但是，陶瓷制绝缘环104、金属制阳极金属件105和阴极金属件106的热膨胀系数差别较大(例如，a-氧化铝热膨胀系数为7-8X10_6/°C，与此相对，铝合金的热膨胀系数为25-26X 10_7°C )。因此，在现有的NaS电池101中，由于热压接合时的升温和降温、电池启动时的升温、伴随着电池运转时的充电和放电的升降温、以及定期检测修理时降温至室温和升温至作业温度等热循环，阴极金属件106和绝缘环104的接合部分、阳极金属件105和绝缘环104的接合部分出现由于这些构件的热膨胀系数差所产生的应力，NaS电池101长期运转的情况下，存在这些构件变形、破损或在接合界面出现局部剥离的可能性。本实用新型是鉴于这样的实际情况而做出的，其课题在于提供一种即使长期运转时也能防止构件变形、接合面出现局部剥离的NaS电池用构件的热压接合结构。解决问题的手段为达到上述目的，本实用新型的热压接合结构，是对在确保阳极-阴极间的绝缘性的同时将钠硫电池的阳极室和阴极室密封的构件进行热压接合的结构，其特征在于，所述结构具备陶瓷制的绝缘环；铝或铝合金制的阳极金属件，其配置于所述绝缘环下侧，具备第一圆筒部和从该第一圆筒部的下端向内部方向伸出的第一凸缘部，在所述绝缘环插入所述第一圆筒部内的状态下，所述第一凸缘部上面借助第一金属焊料与所述绝缘环下面热压接合；铝或铝合金制的阴极金属件，其配置于所述绝缘环上侧，具备第二圆筒部和从该第二圆筒部的外周向外部方向伸出的第二凸缘部，所述第二凸缘部下面借助第二金属焊料与所述绝缘环上面热压接合；陶瓷制的第一应力缓和构件，其借助第三金属焊料与所述阴极金属件的第二凸缘部上面热压接合，具有与所述绝缘环相同的热膨胀系数，用于缓和由所述阴极金属件和所述绝缘环的热膨胀系数差所产生的应力。此处，优选地，其具有不锈钢制的第二应力缓和构件，其与所述阳极金属件的第一凸缘部下面热压接合，具有所述阳极金属件和施压夹具之间的热膨胀系数，用于缓和由所述阳极金属件和所述施压夹具的热膨胀系数差所产生的应力。另外，优选地，所述第一应力缓和构件为环状，所述第一应力缓和构件的内周面整个区域接合于所述阴极金属件的第二圆筒部外周面。另外，本实用新型的钠硫电池具备上述热压接合结构而构成。实用新型效果若采用本实用新型的热压接合结构，由于将阴极金属件的第二凸缘部夹在绝缘环和与该绝缘环具有相同热膨胀系数的第一应力缓和构件之间，因此，作用于第二凸缘部的上面侧和下面侧的应力变得大致相等。因此，温度变化时，能防止由于没有第一应力缓和构件所产生的如下现象。即，能防止只有接合于绝缘环的第二凸缘部的下面侧被绝缘环拉拽从而第二凸缘部相对于第二圆筒部倾斜的现象。因此，能防止阴极金属件的变形以及绝缘环和阴极金属件的剥离。
图I是本实用新型的热压接合结构的剖视图。图2是用于说明上述热压接合结构的接合方法的剖视图。图3是具备现有例的热压接合结构的NaS电池的剖视图。附图标记说明4绝缘环5阳极金属件6阴极金属件7不锈钢环(第二应力缓和构件)8陶瓷环(第一应力缓和构件)10热压接合结构5I圆筒部(第一圆筒部)52凸缘部(第一凸缘部)61圆筒部(第二圆筒部)62凸缘部(第二凸缘部)
具体实施方式
以下参照附图对本实用新型的NaS电池用构件的热压接合结构以及具备该结构的NaS电池进行说明。此外，在下文中，对与现有例的NaS电池(参照图3)相同的结构，省略其说明。热压接合结构10是对在确保阳极-阴极间的绝缘性的同时将钠硫电池的阳极室和阴极室密封的构件进行热压接合的结构。这些构件包括绝缘环4、阳极金属件5、阴极金属件6、不锈钢环7和陶瓷环8。如图I所示，绝缘环4是剖面大致为矩形的环状构件，作为其材料，例如可以使用纯度99%以上的a-氧化招等。阳极金属件5是铝或铝合金制构件，配置于绝缘环4下侧。阳极金属件5具备圆筒部51 (相当于第一圆筒部)和从该圆筒部51的下端向内部方向伸出的凸缘部52 (相当于第一凸缘部)。另外，阳极金属件5在绝缘环4插入圆筒部51内的状态下，其凸缘部52上面借助金属焊料11与绝缘环4下面热压接合。阴极金属件6是铝或铝合金制构件，配置于绝缘环4上侧。阴极金属件6具备圆筒部61 (相当于第二圆筒部)和从该圆筒部61的外周向外部方向伸出的凸缘部62(第二 凸缘部)，凸缘部62下面借助金属焊料12与绝缘环4上面热压接合。这些阳极金属件5和阴极金属件6例如通过如下方法获得首先通过对金属材料进行冷锻来成形为金属件的大致形状，其后，通过切削加工等将其加工为规定的金属件形状。不锈钢环(相当于第二应力缓和构件)7与阳极金属件5的凸缘部52下面热压接合(热压接合时，在不锈钢环7和阳极金属件5的界面形成金属接合层13)。不锈钢环7具有阳极金属件5的热膨胀系数和施压夹具的热膨胀系数之间的热膨胀系数，用于缓和由阳极金属件4和施压夹具的热膨胀系数差所产生的应力的构件。作为本实用新型的第二应力缓和构件的材料，只要是具有阳极金属件5和施压夹具之间的热膨胀系数的材料，并无特别限定，但如果阳极金属件5为铝或铝合金制的情况下，可以使用奥氏体不锈钢(SUS304)或铁素体不锈钢(SUS430)等此外，由于不锈钢环7接合于阳极金属件5的下面，因此，阳极金属件5与阳极室的活性物质接触的面积减少，将抑制活性物质对阳极金属件5的腐蚀。陶瓷环(相当于第一应力缓和构件)8通过金属焊料14与阴极金属件6的凸缘部62上面热压接合。陶瓷环8具有与绝缘环4相同的热膨胀系数，是用于缓和由阴极金属件6和绝缘环4的热膨胀系数差所产生的应力的构件。作为本实用新型的第一应力缓和构件的材料，只要具有与绝缘环4相同的热膨胀系数，并无特别限定，但优选与绝缘环4相同的材料，例如，本实施方案中可以使用a-氧化铝。另外，如图I所示，在本实用新型的热压接合结构10中，优选陶瓷环8的内周面整个区域接合于阴极金属件6的圆筒部62的外周面。由于使陶瓷环8的内周面整个区域接合于阴极金属件6的圆筒部62的外周面，因此，例如即使在热压接合时的温度变化下，也能防止陶瓷环8内周面产生局部的变形应力，并能有效防止变形应力所导致的陶瓷环8的破损。此外，作为金属焊料11、12、14，例如使用Al-Si-Mg系合金等。如图2所示，热压接合是在下侧接合夹具91上按照不锈钢环7、阳极金属件5、金属焊料11、绝缘环4、金属焊料12、阴极金属件6、金属焊料12和陶瓷环8的顺序将各构件重叠，加热至500-560°C左右，并用上侧接合夹具92施压而进行的。若采用本实施方案的热压接合结构10，由于将阴极金属件6的凸缘部62夹在绝缘环4和与该绝缘环4具有相同热膨胀系数的陶瓷环8之间，因此，作用于凸缘部62的上面侧和下面侧的应力变得大致相等。因此，温度变化时，能防止由于没有图3的现有例那样的陶瓷环所产生的如下现象。即，能防止只有接合于绝缘环104的凸缘部162下面侧被绝缘环104拉拽从而凸缘部162相对于圆筒部161倾斜的现象。因此，能防止阴极金属件6的变形以及绝缘环4和阴极金属件6的剥离。另外，具有阳极金属件5的热膨胀系数和施压夹具91的热膨胀系数之间的热膨胀系数的不锈钢环7配置于阳极金属件5的凸缘部51下面，因此，在热压接合时，能缓和由于阳极金属件5和施压夹具91的热膨胀收缩的差所产生 的施加于阳极金属件5的应力。因此，能防止阳极金属件5的变形。
权利要求1.一种热压接合结构，是对在确保阳扱-阴极间的绝缘性的同时将钠硫电池的阳极室和阴极室密封的构件进行热压接合的结构，其特征在于，所述结构具备 陶瓷制的绝缘环； 铝或铝合金制的阳极金属件，其配置于所述绝缘环下侧，具备第一圆筒部和从该第一圆筒部的下端向内部方向伸出的第一凸缘部，在所述绝缘环插入所述第一圆筒部内的状态下，所述第一凸缘部上面借助第一金属焊料与所述绝缘环下面热压接合； 铝或铝合金制的阴极金属件，其配置于所述绝缘环上侧，具备第二圆筒部和从该第二圆筒部的外周向外部方向伸出的第二凸缘部，所述第二凸缘部下面借助第二金属焊料与所述绝缘环上面热压接合； 陶瓷制的第一应カ缓和构件，其借助第三金属焊料与所述阴极金属件的第二凸缘部上面热压接合，具有与所述绝缘环相同的热膨胀系数，用于缓和由所述阴极金属件和所述绝缘环的热膨胀系数差所产生的应力。
2.根据权利要求I所述的热压接合结构，其特征在干， 具有不锈钢制的第二应カ缓和构件，其与所述阳极金属件的第一凸缘部下面热压接合，具有所述阳极金属件和施压夹具之间的热膨胀系数，用于缓和由所述阳极金属件和所述施压夹具的热膨胀系数差所产生的应力。
3.根据权利要求2所述的热压接合结构，其特征在于，所述第一应カ缓和构件为环状，所述第一应カ缓和构件的内周面整个区域接合于所述阴极金属件的第二圆筒部外周面。
4.ー种钠硫电池，其特征在于具备权利要求1-3任一项所述的热压接合结构。
专利摘要本实用新型的钠硫电池用构件的热压接合结构(10)，具备陶瓷制的绝缘环(4)；铝或铝合金制的阳极金属件(5)，其具有圆筒部(51)和凸缘部(52)，在绝缘环(4)插入圆筒部(51)内的状态下，凸缘部(52)上面借助金属焊料(11)与绝缘环(4)下面热压接合；铝或铝合金制的阴极金属件(6)，其具有圆筒部(61)和凸缘部(62)，凸缘部(62)下面借助金属焊料(12)与绝缘环(4)上面热压接合；陶瓷制的第一应力缓和构件(8)，借助金属焊料(14)与凸缘部(62)上面热压接合，具有与绝缘环(4)相同的热膨胀系数。
文档编号H01M2/02GK202423496SQ20112052697
公开日2012年9月5日 申请日期2011年12月16日 优先权日2011年12月16日
发明者庄村光广, 松永宪明, 辻雄希 申请人:日本碍子株式会社