專利名稱：熱壓接合結構和具備該熱壓接合結構的鈉硫電池的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及鈉硫電池(以下稱為NaS電池)用構件的熱壓接合結構和具備該熱壓接合結構的鈉硫電池，更具體地，涉及陽極金屬件、陰極金屬件和陶瓷制絕緣環(huán)等構件的熱壓接合結構和具備該熱壓接合結構的鈉硫電池。
背景技術：
作為普通的NaS電池，例如具有如圖3所示結構的NaS電池為人們所知。NaS電池101具有圓筒狀的陽極容器102，用于容納含浸于石墨氈等中的熔融硫磺；有底的圓筒狀的固體電解質管103，位于陽極容器102內部，用于容納熔融金屬鈉，并具有選擇性透過鈉離子的功能。 固體電解質管103通過a -氧化鋁制絕緣環(huán)104和鋁合金制陽極金屬件105與陽極容器102結合。陽極金屬件105具有圓筒部151和從圓筒部151下端向內部方向伸出的凸緣部152。絕緣環(huán)104被插入該陽極金屬件105的圓筒部151內，且陽極金屬件105的凸緣部152上面熱壓接合在該絕緣環(huán)104的下面。另外，鋁合金制陰極金屬件106具有圓筒部161和從圓筒部161外周向外部方向伸出的凸緣部162，陰極金屬件106的凸緣部162的下面熱壓接合在絕緣環(huán)104的上面。陽極室是由固體電解質管103的外周面、絕緣環(huán)104的下面和陽極金屬件105和陽極容器102的內周面區(qū)劃出來的，陰極室是由固體電解質管103的內周面、絕緣環(huán)104的內周面、陰極金屬件106和陰極蓋(未圖示)區(qū)劃出來的。通過所述熱壓接合陽極室和陰極室在確保陽極-陰極間的絕緣性的狀態(tài)下被密封。

實用新型內容實用新型要解決的問題但是，陶瓷制絕緣環(huán)104、金屬制陽極金屬件105和陰極金屬件106的熱膨脹系數(shù)差別較大(例如，a-氧化鋁熱膨脹系數(shù)為7-8X10_6/°C，與此相對，鋁合金的熱膨脹系數(shù)為25-26X 10_7°C )。因此，在現(xiàn)有的NaS電池101中，由于熱壓接合時的升溫和降溫、電池啟動時的升溫、伴隨著電池運轉時的充電和放電的升降溫、以及定期檢測修理時降溫至室溫和升溫至作業(yè)溫度等熱循環(huán)，陰極金屬件106和絕緣環(huán)104的接合部分、陽極金屬件105和絕緣環(huán)104的接合部分出現(xiàn)由于這些構件的熱膨脹系數(shù)差所產生的應力，NaS電池101長期運轉的情況下，存在這些構件變形、破損或在接合界面出現(xiàn)局部剝離的可能性。本實用新型是鑒于這樣的實際情況而做出的，其課題在于提供一種即使長期運轉時也能防止構件變形、接合面出現(xiàn)局部剝離的NaS電池用構件的熱壓接合結構。解決問題的手段為達到上述目的，本實用新型的熱壓接合結構，是對在確保陽極-陰極間的絕緣性的同時將鈉硫電池的陽極室和陰極室密封的構件進行熱壓接合的結構，其特征在于，所述結構具備陶瓷制的絕緣環(huán)；鋁或鋁合金制的陽極金屬件，其配置于所述絕緣環(huán)下側，具備第一圓筒部和從該第一圓筒部的下端向內部方向伸出的第一凸緣部，在所述絕緣環(huán)插入所述第一圓筒部內的狀態(tài)下，所述第一凸緣部上面借助第一金屬焊料與所述絕緣環(huán)下面熱壓接合；鋁或鋁合金制的陰極金屬件，其配置于所述絕緣環(huán)上側，具備第二圓筒部和從該第二圓筒部的外周向外部方向伸出的第二凸緣部，所述第二凸緣部下面借助第二金屬焊料與所述絕緣環(huán)上面熱壓接合；陶瓷制的第一應力緩和構件，其借助第三金屬焊料與所述陰極金屬件的第二凸緣部上面熱壓接合，具有與所述絕緣環(huán)相同的熱膨脹系數(shù)，用于緩和由所述陰極金屬件和所述絕緣環(huán)的熱膨脹系數(shù)差所產生的應力。此處，優(yōu)選地，其具有不銹鋼制的第二應力緩和構件，其與所述陽極金屬件的第一凸緣部下面熱壓接合，具有所述陽極金屬件和施壓夾具之間的熱膨脹系數(shù)，用于緩和由所述陽極金屬件和所述施壓夾具的熱膨脹系數(shù)差所產生的應力。另外，優(yōu)選地，所述第一應力緩和構件為環(huán)狀，所述第一應力緩和構件的內周面整個區(qū)域接合于所述陰極金屬件的第二圓筒部外周面。另外，本實用新型的鈉硫電池具備上述熱壓接合結構而構成。實用新型效果若采用本實用新型的熱壓接合結構，由于將陰極金屬件的第二凸緣部夾在絕緣環(huán)和與該絕緣環(huán)具有相同熱膨脹系數(shù)的第一應力緩和構件之間，因此，作用于第二凸緣部的上面?zhèn)群拖旅鎮(zhèn)鹊膽ψ兊么笾孪嗟?。因此，溫度變化時，能防止由于沒有第一應力緩和構件所產生的如下現(xiàn)象。即，能防止只有接合于絕緣環(huán)的第二凸緣部的下面?zhèn)缺唤^緣環(huán)拉拽從而第二凸緣部相對于第二圓筒部傾斜的現(xiàn)象。因此，能防止陰極金屬件的變形以及絕緣環(huán)和陰極金屬件的剝離。

圖I是本實用新型的熱壓接合結構的剖視圖。圖2是用于說明上述熱壓接合結構的接合方法的剖視圖。圖3是具備現(xiàn)有例的熱壓接合結構的NaS電池的剖視圖。附圖標記說明4絕緣環(huán)5陽極金屬件6陰極金屬件7不銹鋼環(huán)(第二應力緩和構件)8陶瓷環(huán)(第一應力緩和構件)10熱壓接合結構5I圓筒部(第一圓筒部)52凸緣部(第一凸緣部)61圓筒部(第二圓筒部)62凸緣部(第二凸緣部)
具體實施方式
以下參照附圖對本實用新型的NaS電池用構件的熱壓接合結構以及具備該結構的NaS電池進行說明。此外，在下文中，對與現(xiàn)有例的NaS電池(參照圖3)相同的結構，省略其說明。熱壓接合結構10是對在確保陽極-陰極間的絕緣性的同時將鈉硫電池的陽極室和陰極室密封的構件進行熱壓接合的結構。這些構件包括絕緣環(huán)4、陽極金屬件5、陰極金屬件6、不銹鋼環(huán)7和陶瓷環(huán)8。如圖I所示，絕緣環(huán)4是剖面大致為矩形的環(huán)狀構件，作為其材料，例如可以使用純度99%以上的a-氧化招等。陽極金屬件5是鋁或鋁合金制構件，配置于絕緣環(huán)4下側。陽極金屬件5具備圓筒部51 (相當于第一圓筒部)和從該圓筒部51的下端向內部方向伸出的凸緣部52 (相當于第一凸緣部)。另外，陽極金屬件5在絕緣環(huán)4插入圓筒部51內的狀態(tài)下，其凸緣部52上面借助金屬焊料11與絕緣環(huán)4下面熱壓接合。陰極金屬件6是鋁或鋁合金制構件，配置于絕緣環(huán)4上側。陰極金屬件6具備圓筒部61 (相當于第二圓筒部)和從該圓筒部61的外周向外部方向伸出的凸緣部62(第二 凸緣部)，凸緣部62下面借助金屬焊料12與絕緣環(huán)4上面熱壓接合。這些陽極金屬件5和陰極金屬件6例如通過如下方法獲得首先通過對金屬材料進行冷鍛來成形為金屬件的大致形狀，其后，通過切削加工等將其加工為規(guī)定的金屬件形狀。不銹鋼環(huán)(相當于第二應力緩和構件)7與陽極金屬件5的凸緣部52下面熱壓接合(熱壓接合時，在不銹鋼環(huán)7和陽極金屬件5的界面形成金屬接合層13)。不銹鋼環(huán)7具有陽極金屬件5的熱膨脹系數(shù)和施壓夾具的熱膨脹系數(shù)之間的熱膨脹系數(shù)，用于緩和由陽極金屬件4和施壓夾具的熱膨脹系數(shù)差所產生的應力的構件。作為本實用新型的第二應力緩和構件的材料，只要是具有陽極金屬件5和施壓夾具之間的熱膨脹系數(shù)的材料，并無特別限定，但如果陽極金屬件5為鋁或鋁合金制的情況下，可以使用奧氏體不銹鋼(SUS304)或鐵素體不銹鋼(SUS430)等此外，由于不銹鋼環(huán)7接合于陽極金屬件5的下面，因此，陽極金屬件5與陽極室的活性物質接觸的面積減少，將抑制活性物質對陽極金屬件5的腐蝕。陶瓷環(huán)(相當于第一應力緩和構件)8通過金屬焊料14與陰極金屬件6的凸緣部62上面熱壓接合。陶瓷環(huán)8具有與絕緣環(huán)4相同的熱膨脹系數(shù)，是用于緩和由陰極金屬件6和絕緣環(huán)4的熱膨脹系數(shù)差所產生的應力的構件。作為本實用新型的第一應力緩和構件的材料，只要具有與絕緣環(huán)4相同的熱膨脹系數(shù)，并無特別限定，但優(yōu)選與絕緣環(huán)4相同的材料，例如，本實施方案中可以使用a-氧化鋁。另外，如圖I所示，在本實用新型的熱壓接合結構10中，優(yōu)選陶瓷環(huán)8的內周面整個區(qū)域接合于陰極金屬件6的圓筒部62的外周面。由于使陶瓷環(huán)8的內周面整個區(qū)域接合于陰極金屬件6的圓筒部62的外周面，因此，例如即使在熱壓接合時的溫度變化下，也能防止陶瓷環(huán)8內周面產生局部的變形應力，并能有效防止變形應力所導致的陶瓷環(huán)8的破損。此外，作為金屬焊料11、12、14，例如使用Al-Si-Mg系合金等。如圖2所示，熱壓接合是在下側接合夾具91上按照不銹鋼環(huán)7、陽極金屬件5、金屬焊料11、絕緣環(huán)4、金屬焊料12、陰極金屬件6、金屬焊料12和陶瓷環(huán)8的順序將各構件重疊，加熱至500-560°C左右，并用上側接合夾具92施壓而進行的。若采用本實施方案的熱壓接合結構10，由于將陰極金屬件6的凸緣部62夾在絕緣環(huán)4和與該絕緣環(huán)4具有相同熱膨脹系數(shù)的陶瓷環(huán)8之間，因此，作用于凸緣部62的上面?zhèn)群拖旅鎮(zhèn)鹊膽ψ兊么笾孪嗟?。因此，溫度變化時，能防止由于沒有圖3的現(xiàn)有例那樣的陶瓷環(huán)所產生的如下現(xiàn)象。即，能防止只有接合于絕緣環(huán)104的凸緣部162下面?zhèn)缺唤^緣環(huán)104拉拽從而凸緣部162相對于圓筒部161傾斜的現(xiàn)象。因此，能防止陰極金屬件6的變形以及絕緣環(huán)4和陰極金屬件6的剝離。另外，具有陽極金屬件5的熱膨脹系數(shù)和施壓夾具91的熱膨脹系數(shù)之間的熱膨脹系數(shù)的不銹鋼環(huán)7配置于陽極金屬件5的凸緣部51下面，因此，在熱壓接合時，能緩和由于陽極金屬件5和施壓夾具91的熱膨脹收縮的差所產生 的施加于陽極金屬件5的應力。因此，能防止陽極金屬件5的變形。
權利要求1.一種熱壓接合結構，是對在確保陽扱-陰極間的絕緣性的同時將鈉硫電池的陽極室和陰極室密封的構件進行熱壓接合的結構，其特征在于，所述結構具備 陶瓷制的絕緣環(huán)； 鋁或鋁合金制的陽極金屬件，其配置于所述絕緣環(huán)下側，具備第一圓筒部和從該第一圓筒部的下端向內部方向伸出的第一凸緣部，在所述絕緣環(huán)插入所述第一圓筒部內的狀態(tài)下，所述第一凸緣部上面借助第一金屬焊料與所述絕緣環(huán)下面熱壓接合； 鋁或鋁合金制的陰極金屬件，其配置于所述絕緣環(huán)上側，具備第二圓筒部和從該第二圓筒部的外周向外部方向伸出的第二凸緣部，所述第二凸緣部下面借助第二金屬焊料與所述絕緣環(huán)上面熱壓接合； 陶瓷制的第一應カ緩和構件，其借助第三金屬焊料與所述陰極金屬件的第二凸緣部上面熱壓接合，具有與所述絕緣環(huán)相同的熱膨脹系數(shù)，用于緩和由所述陰極金屬件和所述絕緣環(huán)的熱膨脹系數(shù)差所產生的應力。
2.根據(jù)權利要求I所述的熱壓接合結構，其特征在干， 具有不銹鋼制的第二應カ緩和構件，其與所述陽極金屬件的第一凸緣部下面熱壓接合，具有所述陽極金屬件和施壓夾具之間的熱膨脹系數(shù)，用于緩和由所述陽極金屬件和所述施壓夾具的熱膨脹系數(shù)差所產生的應力。
3.根據(jù)權利要求2所述的熱壓接合結構，其特征在于，所述第一應カ緩和構件為環(huán)狀，所述第一應カ緩和構件的內周面整個區(qū)域接合于所述陰極金屬件的第二圓筒部外周面。
4.ー種鈉硫電池，其特征在于具備權利要求1-3任一項所述的熱壓接合結構。
專利摘要本實用新型的鈉硫電池用構件的熱壓接合結構(10)，具備陶瓷制的絕緣環(huán)(4)；鋁或鋁合金制的陽極金屬件(5)，其具有圓筒部(51)和凸緣部(52)，在絕緣環(huán)(4)插入圓筒部(51)內的狀態(tài)下，凸緣部(52)上面借助金屬焊料(11)與絕緣環(huán)(4)下面熱壓接合；鋁或鋁合金制的陰極金屬件(6)，其具有圓筒部(61)和凸緣部(62)，凸緣部(62)下面借助金屬焊料(12)與絕緣環(huán)(4)上面熱壓接合；陶瓷制的第一應力緩和構件(8)，借助金屬焊料(14)與凸緣部(62)上面熱壓接合，具有與絕緣環(huán)(4)相同的熱膨脹系數(shù)。
文檔編號H01M2/02GK202423496SQ20112052697
公開日2012年9月5日 申請日期2011年12月16日 優(yōu)先權日2011年12月16日
發(fā)明者莊村光廣, 松永憲明, 辻雄希 申請人:日本礙子株式會社