(57)【要約】【課題】２分割体の成形を可能にするナトリウム−硫黄電池の陽極モールドの製造装置及び製造方法を提供する。【解決手段】陽極モールドの製造装置２０は、主表面２５に凹部２４が形成された下型（固定型）２２と、その固定型２２に接近して凹部２４とキャビティを形成する凸部２８を有する上型（可動型）２１と、固定型２２の主表面２５上で凹部２４へ接近・離間するスライド型２３とを備える。可動型２１とスライド型２３は、別個の駆動部を備え、可動型２１の上下方向への移動とスライド型２３の左右方向への移動とを独立に行う。凹部２４上の主表面２５に配置されたマットを両側からスライド型２３によって押圧しつつ、可動型２１の凸部２８によって凹部２４側へ押圧して湾曲させる。そして、凸部２８と凹部２４とによって形成されるキャビティ３０内にてマットを陽極モールドの形状とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
主表面に凹部が形成された固定型と、
その固定型に接近して前記凹部とキャビティを形成する凸部を有する可動型と、
前記固定型の前記主表面上で前記凹部へ接近・離間するスライド型と、を備え、
前記凹部上の前記主表面に、陽極モールドとされる導電材からなるマットをその外側面が前記主表面側となるように配置し、前記マットを両側から前記スライド型によって押圧しつつ、前記可動型の前記凸部によって前記凹部側へ内側面を押圧して湾曲させ、
前記凸部が後退することにより前記凸部による押圧を一旦停止した後に、さらに前記スライド型によって前記マットの幅方向を縮めて前記凹部の幅に近づけ、
再度、前記凸部によって前記マットを押圧して、前記凸部と前記凹部とによって形成される前記キャビティ内にて前記マットをさらに押圧することにより前記陽極モールドの形状を形成するナトリウム−硫黄電池の陽極モールドの製造装置。
【請求項２】
前記キャビティは、前記陽極モールドの形状とされる前記マットを、その高さ方向に垂直な断面において半円状とする形状を有する請求項１に記載のナトリウム−硫黄電池の陽極モールドの製造装置。
【請求項３】
前記可動型は、前記マットを押圧する先端部の幅方向の端部が前記マットの端面を押圧するために平端部として形成され、前記平端部よりも内側が前記凸部として形成された請求項１または２に記載のナトリウム−硫黄電池の陽極モールドの製造装置。
【請求項４】
前記可動型の前記平端部は、前記固定型の前記主表面と平行に形成され、前記マットを前記陽極モールドの２分割体として形成する請求項３に記載のナトリウム−硫黄電池の陽極モールドの製造装置。
【請求項５】
前記スライド型によって押圧しつつ、前記可動型の前記凸部によって前記凹部側へ押圧して湾曲させた後に、前記マットの前記外側面を、前記スライド型によって押圧する請求項１〜４のいずれかに記載のナトリウム−硫黄電池の陽極モールドの製造装置。
【請求項６】
前記凸部が後退することにより前記凸部による押圧を一旦停止した後に、さらに前記スライド型によって前記マットの幅方向を縮めて前記凹部の幅に近づけ、前記スライド型の移動が停止した後に、再度、前記凸部によって前記マットを押圧する請求項１〜５のいずれかに記載のナトリウム−硫黄電池の陽極モールドの製造装置。
【請求項７】
前記可動型と前記スライド型は、別個の駆動部を備える請求項１〜６のいずれかに記載のナトリウム−硫黄電池の陽極モールドの製造装置。
【請求項８】
凹部上に陽極モールドとされる導電材からなるマットを配置し、前記マットを両側から押圧しつつ、凸部によって前記凹部側へ押圧して湾曲させ、
前記凸部が後退することにより前記凸部による押圧を一旦停止した後に、さらに前記マットの幅方向を縮めて前記凹部の幅に近づけ、
再度、前記凸部によって前記マットを押圧して、前記凸部と前記凹部とによって形成されるキャビティ内にて前記マットをさらに押圧することにより前記陽極モールドの形状を形成するナトリウム−硫黄電池の陽極モールドの製造方法。
【請求項９】
前記凸部と前記凹部によって形成される前記キャビティ内にて、前記陽極モールドの形状とされる前記マットを、その高さ方向に垂直な断面において半円形状とする請求項８に記載のナトリウム−硫黄電池の陽極モールドの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ナトリウム−硫黄電池の陽極モールドの製造装置及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ナトリウム−硫黄電池は、一方に陰極活物質である溶融金属ナトリウム、他方には陽極活物質である溶融硫黄を配し、両者をナトリウムイオンに対して選択的な透過性を有するβ−アルミナ固体電解質で隔離し、３００〜３５０℃で作動させる高温二次電池である。
【０００３】
ナトリウム−硫黄電池の陽極モールドとするマットを製造する方法として、幅方向に両側から心材（マット）を狭圧しながら湾曲させ、型内に入れ硫黄の注入により成形する方法が開示されている（特許文献１）。
【０００４】
図７〜図８を用いて、陽極モールドを３分割体として形成する場合について説明する。図７（ａ）に示すように、陽極モールドの製造装置５０の凹部５４の形成された下型（固定型）５２上にマット１２を配置する。図７（ｂ）に示すように、製造装置５０は、上型５１が下型５２に対し、上下移動すると、カム駆動により、上型５１に連動してスライド型５３が図の左右方向に移動するように構成されている。カム駆動の場合、スライド型５３のストロークがカム最大作用角で制限されるため、挟圧前に上型５１でそりを抑えると、スライド型５３の必要なストロークを確保できない。そのため、上型５１が接触する前に挟圧を開始せざるを得ない。すると、図７（ｃ）に示すように、上型５１の押し込み前に挟圧が開始されたため、この時点でマット１２はＭ字に変形してしまうことになる。このように、マット１２がＭ字型に変形しているため、図８（ａ）に示すように、マット１２の端部が無理に滑り込む形になる。そして、図８（ｂ）〜図８（ｃ）に示すように、上型５１と下型５２により、マットを最終形状に変形する。このような製造方法によれば、図９に示すように、陽極モールドを３分割体として形成することができる。
【０００５】
一方、陽極モールドとされるマットを一体成形する方法が開示されている（特許文献２）。
【０００６】
【特許文献１】特許第２９２８６９７号公報
【特許文献２】特許第３１６０１８３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
マットは、均一に圧縮し、マットの繊維方向が径方向にそろっている事が理想である。所定の性能を得るために、マットは径方向厚みで１．２〜１．８倍、周方向には１．１〜１．５倍に圧縮する。特許文献１の方法では、上型の下降にあわせ両側からマットを狭圧し上型の周方向端面部に圧縮した心材をすべり込ませる事になる。そのため、上型の端面部は滑り込みやすい角度を持っていなければならない。具体的には３分割成形体では、垂直面から３０°面にすべり込ませている。
【０００８】
つまり上記の陽極モールドを３分割体として製造する方法によれば、マット１２の端部を無理に滑り込ませるために、端部を滑り込ませる摩擦抵抗のため端部の圧縮率がより高くなってしまい、繊維方向も曲げながらすべり込ませるため、繊維方向が乱れるという問題点があった。そしてマットの端部の配向性は乱れた状態であることが製品の密度分布により確認されている。電池の部材として利用する場合には、陽極モールド全体が均一であることが望ましく、マットの縦繊維と横繊維の配向が非常に特性に影響する。また、上記の方法では、３分割体を製造できるが、両側からの単純な狭圧だけでは、工程がより簡略される２分割体の製造はできなかった。
【０００９】
陽極モールドとされるマットを一体成形する方法によれば、湾曲させて端部どうしをつなぎ合せるつなぎ目を均一となるように形成するのが難しかった。
【００１０】
本発明の課題は、２分割体の成形を可能にするナトリウム−硫黄電池の陽極モールドの製造装置及び製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明者らは、陽極モールドの製造装置に、金型の上下の動きとは別に動作する狭圧機構を設け、２段圧縮を可能にすることにより、上下金型で周方向も圧縮可能にし、２分割体の成形を可能にすることができることを見出した。本発明によれば、以下の陽極モールドの製造装置及び製造方法が提供される。
【００１２】
［１］主表面に凹部が形成された固定型と、その固定型に接近して前記凹部とキャビティを形成する凸部を有する可動型と、前記固定型の前記主表面上で前記凹部へ接近・離間するスライド型と、を備え、前記凹部上の前記主表面に、陽極モールドとされる導電材からなるマットをその外側面が前記主表面側となるように配置し、前記マットを両側から前記スライド型によって押圧しつつ、前記可動型の前記凸部によって前記凹部側へ内側面を押圧して湾曲させ、前記凸部が後退することにより前記凸部による押圧を一旦停止した後に、さらに前記スライド型によって前記マットの幅方向を縮めて前記凹部の幅に近づけ、再度、前記凸部によって前記マットを押圧して、前記凸部と前記凹部とによって形成される前記キャビティ内にて前記マットをさらに押圧することにより前記陽極モールドの形状を形成するナトリウム−硫黄電池の陽極モールドの製造装置。
【００１３】
［２］前記キャビティは、前記陽極モールドの形状とされる前記マットを、その高さ方向に垂直な断面において半円状とする形状を有する前記［１］に記載のナトリウム−硫黄電池の陽極モールドの製造装置。
【００１４】
［３］前記可動型は、前記マットを押圧する先端部の幅方向の端部が前記マットの端面を押圧するために平端部として形成され、前記平端部よりも内側が前記凸部として形成された前記［１］または［２］に記載のナトリウム−硫黄電池の陽極モールドの製造装置。
【００１５】
［４］前記可動型の前記平端部は、前記固定型の前記主表面と平行に形成され、前記マットを前記陽極モールドの２分割体として形成する前記［３］に記載のナトリウム−硫黄電池の陽極モールドの製造装置。
【００１６】
［５］前記スライド型によって押圧しつつ、前記可動型の前記凸部によって前記凹部側へ押圧して湾曲させた後に、前記マットの前記外側面を、前記スライド型によって押圧する前記［１］〜［４］のいずれかに記載のナトリウム−硫黄電池の陽極モールドの製造装置。
【００１７】
［６］前記凸部が後退することにより前記凸部による押圧を一旦停止した後に、さらに前記スライド型によって前記マットの幅方向を縮めて前記凹部の幅に近づけ、前記スライド型の移動が停止した後に、再度、前記凸部によって前記マットを押圧する前記［１］〜［５］のいずれかに記載のナトリウム−硫黄電池の陽極モールドの製造装置。
【００１８】
［７］前記可動型と前記スライド型は、別個の駆動部を備える前記［１］〜［６］のいずれかに記載のナトリウム−硫黄電池の陽極モールドの製造装置。
【００１９】
［８］凹部上に陽極モールドとされる導電材からなるマットを配置し、前記マットを両側から押圧しつつ、凸部によって前記凹部側へ押圧して湾曲させ、前記凸部が後退することにより前記凸部による押圧を一旦停止した後に、さらに前記マットの幅方向を縮めて前記凹部の幅に近づけ、再度、前記凸部によって前記マットを押圧して、前記凸部と前記凹部とによって形成されるキャビティ内にて前記マットをさらに押圧することにより前記陽極モールドの形状を形成するナトリウム−硫黄電池の陽極モールドの製造方法。
【００２０】
［９］前記凸部と前記凹部によって形成される前記キャビティ内にて、前記陽極モールドの形状とされる前記マットを、その高さ方向に垂直な断面において半円形状とする前記［８］に記載のナトリウム−硫黄電池の陽極モールドの製造方法。
【発明の効果】
【００２１】
本発明のナトリウム−硫黄電池の陽極モールドの製造装置は、主表面に凹部が形成された固定型と、その固定型に接近して前記凹部とキャビティを形成する凸部を有する可動型と、前記固定型の前記主表面上で前記凹部へ接近・離間するスライド型と、を備える構成とし、可動型とスライド型とが別個に駆動することにより、陽極モールドとされるマットを２分割体として、すなわち半円形状に形成することができる。これにより、マットを均一に、繊維方向が径方向にそろった形状に成形することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態について説明する。本発明は、以下の実施形態に限定されるものではなく、発明の範囲を逸脱しない限りにおいて、変更、修正、改良を加え得るものである。
【００２３】
図１及び図２に本発明のナトリウム−硫黄電池の陽極モールドの製造装置２０を示す。陽極モールドの製造装置２０は、主表面２５に凹部２４が形成された下型（固定型）２２と、その下型（固定型）２２に接近して凹部２４とキャビティを形成する凸部２８を有する上型（可動型）２１と、固定型２２の主表面２５上で凹部２４へ接近・離間するスライド型２３とを備える。
【００２４】
可動型２１は、その先端部の幅方向の端部がマット１２の端面１２ｃを押圧するために平端部２９として形成され、平端部２９よりも内側が凸部２８として形成されている。可動型２１の平端部２９は、固定型の主表面２５と平行に形成されている。
【００２５】
固定型２２の凹部２４と可動型２１の凸部２８とによって形成されるキャビティ３０は、陽極モールドの形状とされるマット１２を、その高さ方向に垂直な断面において半円状とする形状を有する。
【００２６】
可動型２１とスライド型２３は、別個の駆動部を備え、可動型２１の上下方向への移動とスライド型２３の左右方向への移動とを独立に行う。つまり、可動型２１の上下機構と、スライド型２３の幅寄せ機構とが独立した構成とされている。２つのスライド型２３が、図２に示すように、長手方向の両端部においてピン３７によってねじ棒３６に取り付けられている。ねじ棒３６は、サーボモータ３５に接続され、サーボモータ３５によってねじ棒３６が回転する構成とされている。ねじ棒３６には、右ねじ部及び左ねじ部の異なるねじ部が長手方向の領域を２分して形成されており、２つのねじ棒３６がサーボモータ３５によって同期して駆動される。ねじ棒３６が一方向に回転することにより、間隔が狭くなる方向に２つのスライド型２３が移動し、ねじ棒３６が他方向に回転することにより、間隔が広くなる方向に２つのスライド型２３が移動する。
【００２７】
上記構成の陽極モールドの製造装置２０によって、凹部２４上の主表面２５に配置された陽極モールドとされる導電材からなるマット１２を両側からスライド型２３によって押圧しつつ、可動型２１の凸部２８によって凹部２４側へ押圧して湾曲させる。そして、凸部２８と凹部２４とによって形成されるキャビティ３０内にてマット１２を押圧することにより陽極モールドの形状を形成することができる。
【００２８】
次に図３及び図４を用いて、陽極モールドの製造装置２０によってマット１２を形成するプレス工程を説明する。プレス工程の前工程においてグラスマット打ち込みが行われた陽極モールドとされる導電材からなるマット１２を、その外側面１２ｂが主表面側となるように、図３（ａ）に示すように凹部２４上の主表面２５に載置する。このとき、前工程によりマット１２は、モールド形状に癖が付き反りが生じている（上に凸の状態とされている）。
【００２９】
次に図３（ｂ）に示すように、マット１２を両側からスライド型２３によって押圧しつつ、可動型２１の凸部２８によって凹部２４側へ内側面１２ａを押圧する。スライド型２３の幅寄せ機構がサーボモータ駆動であり、可動型２１の上下機構とは別個の駆動部により構成されている（スライド型２３と可動型２１は個別に駆動が可能）ため、挟圧前に可動型（上型）２１で反りを抑えることができる。さらに可動型２１の凸部２８によって凹部２４側へマット１２を押圧すると、図３（ｃ）に示すように、Ｍ字型に変形しないので、型に沿った形で変形が進む。
【００３０】
続いて図４（ａ）に示すように、可動型２１を上昇させて凸部２４による押圧を可動型２１を後退（本実施形態においては、上昇）させることにより一旦停止した後に、さらにスライド型２３によってマット１２の幅方向を縮めて凹部２４の幅に近づける。このとき、マット１２の外側面１２ｂを、スライド型２３によって押圧することになる。サーボモータ式であるため、一旦可動型２１を上昇・保持して、さらに狭圧することにより、図４（ｂ）に示すように、心材（マット）端部を可動型２１の端部である平端部２９に入れることができる。そして、マット１２のかみこみを生じないようにスライド型２３の側面を完全に可動型２１の側面に沿わせて、可動型２１を下げていく。つまり、凸部２８による押圧を一旦停止した後に、さらにスライド型２３によってマット１２の幅方向を縮めて凹部２４の幅に近づけ、スライド型２３の移動が停止した後に、再度、凸部２８によってマット１２を押圧する。このとき、マット１２の端面１２ｃを平端部２９によって押圧することができる。
【００３１】
図４（ｃ）に示すように、凸部２８によってマット１２を押圧して、凸部２８と凹部２４とによって形成されるキャビティ３０内にてマット１２を押圧することにより陽極モールドの２分割体としての形状を形成する。マット端部に無理なすべりが生じないので、マット端部の配向性が保たれたまま最終形状まで変形することができる。このようにしてマットを径方向厚みで１．２〜１．８倍、周方向には１．１〜１．５倍に圧縮することができる。そして、この状態でキャビティ３０内に溶融硫黄が注入されて、マット１２に硫黄が含浸される。
【００３２】
図５に本発明の陽極モールドの製造装置２０によって製造される陽極モールド７を示す。陽極モールド７は、平板状の導電材を成形して径方向の断面が半円状とされたマット１２が２つ組み合わされて円筒状に形成されている。
【００３３】
このような陽極モールド７は、図６に示すようなナトリウム−硫黄電池の部材として利用される。ナトリウム−硫黄電池は、有底円筒状の固体電解質管４が陽極容器１内に配設されることにより、固体電解質管４の外側に陽極室Ｒ２が形成されている。陽極室Ｒ２には、陽極活物質である硫黄Ｓを含浸した円筒状の陽極モールド７が収容されている。また、陽極容器１の上端近傍部位には、当該容器の熱変化に伴う膨張・収縮を吸収緩和するためのくびれ９が形成されている。
【００３４】
一方、固体電解質管４の内側には、陰極室Ｒ１が形成され、陰極活物質として溶融金属ナトリウムＮａを収容したナトリウム容器５が配置されている。陽極容器１と固体電解質管４とは、絶縁リング２を介して結合されており、絶縁リング２の上端面には陰極蓋３が接合されている。ナトリウム容器５の上部空間には、不活性ガスＧが所定の圧力で封入され、この不活性ガスＧにより、ナトリウム容器５内のナトリウムＮａがナトリウム容器５底部に設けられた小孔６から流出する方向へ加圧される。
【００３５】
また、固体電解質管４とナトリウム容器５との間には、有底円筒状の隔壁（安全管）８が配置されている。隔壁８は、固体電解質管４及びナトリウム容器５と所定の間隙をもって配置されており、電池の放電時には、ナトリウム容器５底部の小孔６から流出したナトリウムＮａが、まずナトリウム容器５と隔壁８との間隙を上方に移動し、更に隔壁８の上端縁を乗り越えて、固体電解質管４と隔壁８との間隙を下方に移動して、この間隙に滞留する。
【００３６】
ここで、ナトリウムＮａは、電子を放出してナトリウムイオンとなり、固体電解質管４を透過して陽極室Ｒ２に移動し、陽極室Ｒ２の硫黄Ｓ及び外部回路を通ってきた電子と反応して多硫化ナトリウムを生成するとともに電圧を発生する。また、充電時には、放電時とは逆にナトリウムＮａ及び硫黄Ｓの生成反応が起こる。
【００３７】
また、隔壁８は、固体電解質管４が電池使用中に破損して陽極室Ｒ２の硫黄Ｓが陰極のナトリウムＮａに直接接触して反応が開始されたとき、その直接反応による発熱により熱膨張し、隔壁８と固体電解質管４との間隙を小さくすることによって、直接反応の量を減少させる役割を行う。これにより、直接反応による発熱が加速度的に電池を昇温し、陽極容器１を溶融させるなどの危険から故障電池を保護している。
【産業上の利用可能性】
【００３８】
この発明は、ナトリウム−硫黄電池の陽極モールドの製造装置として利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】ナトリウム−硫黄電池の陽極モールドの製造装置を示す模式図である。
【図２】ナトリウム−硫黄電池の陽極モールドの製造装置を示す平面模式図である。
【図３】マットのプレス工程を説明する説明図である。
【図４】図３に続くマットのプレス工程を説明する説明図である。
【図５】２分割体としての陽極モールドを示す斜視図である。
【図６】ナトリウム−硫黄電池の実施形態の一例を示す断面図である。
【図７】従来のマットのプレス工程を説明する説明図である。
【図８】図７に続くマットのプレス工程を説明する説明図である。
【図９】従来の３分割体としての陽極モールドを示す斜視図である。
【符号の説明】
【００４０】
１：陽極容器、２：絶縁リング、３：陰極蓋、４：固体電解質管、５：ナトリウム容器、６：小孔、７：陽極モールド、８：隔壁、９：くびれ、１２：マット、１２ａ：内側面、１２ｂ：外側面、１２ｃ：端面、２０：陽極モールドの製造装置、２１：上型（可動型）、２２：下型（固定型）、２３：スライド型、２４：凹部、２５：主表面、２８：凸部、２９：平端部、３０：キャビティ、３５：サーボモータ、３６：ねじ棒、３７：ピン、５０：陽極モールドの製造装置、５１：上型（可動型）、５２：下型（固定型）、５３：スライド型、５４：凹部、５５：主表面、５８：凸部、５９：端面形成部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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