專利名稱：高溫工作型模塊電池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及將鈉硫電池等高溫工作型電池模塊化的模塊電池。
背景技術(shù)：
近年來(lái)，鈉硫電池(以下稱為“NaS電池”)這樣的高溫工作型電池被實(shí)用化。將多個(gè)這樣的高溫工作型電池作為單電池而容納在絕熱容器內(nèi)的模塊電池中，為應(yīng)對(duì)單電池的破損、異常加熱、或活性物質(zhì)的泄漏這樣的情況，在絕熱容器內(nèi)放置的單電池和絕熱容器之間的間隙部，例如填充碳化硅、氧化鋁、硅砂的粒狀物、陶瓷顆粒(Scherben)(瓷絕緣子的粉碎物)等具有耐熱性、耐腐蝕性和電絕緣性的填充砂。但是，當(dāng)所述填充砂以能夠流動(dòng)的狀態(tài)填充時(shí)，由于移送模塊電池時(shí)的振動(dòng)等，單電池相互之間可能產(chǎn)生位置偏移，由于該位置偏移引起電連接部件斷路等問(wèn)題。于是，為防止這樣的單電池相互間的位置偏移，提出了將在所述填充砂中混合粘合劑而成的用于硬化 固化砂的技術(shù)。

實(shí)用新型內(nèi)容實(shí)用新型要解決的問(wèn)題但是，如果從絕熱容器底面到單電池上面附近的全部間隙部使用高價(jià)的固化砂，則存在模塊電池整體的制造成本上升的問(wèn)題。另外，在現(xiàn)有的模塊電池中，由于填充砂的體積密度不充分，模塊電池移送時(shí)的振動(dòng)等體積密度(bulk density)逐漸增高,與此同時(shí)充填高度變低，因而可能出現(xiàn)在單電池上部突出設(shè)置的連接端子或單電池本身露出于填充砂，填充砂的效果無(wú)法被充分發(fā)揮、另外連接端子的耐久性降低的情況。本實(shí)用新型是鑒于這樣的現(xiàn)有技術(shù)的問(wèn)題點(diǎn)而做出的，主要目的在于提供一種如下的模塊電池，該模塊電池能充分發(fā)揮填充砂的效果，并能在固定保持單電池的豎立設(shè)置狀態(tài)且可靠地防止單電池相互間產(chǎn)生位置偏移的可能性的同時(shí)，減少固化砂的使用量，大幅降低制造成本。解決問(wèn)題的手段為達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型的模塊電池，一種模塊電池，具備多個(gè)單電池，其通過(guò)高溫下的工作來(lái)進(jìn)行充放電；絕熱容器，其將這些單電池以豎立狀態(tài)容納；填充砂層，其配置于該絕熱容器內(nèi)部下側(cè)并由填充在該絕熱容器和所述單電池的間隙部的填充砂構(gòu)成；固化砂層，其配置于該絕熱容器內(nèi)部上側(cè)并通過(guò)對(duì)在所述填充砂中混合粘合劑而成的固化砂進(jìn)行硬化而形成。且在各單電池上部突出設(shè)置的連接端子被所述填充砂和/或所述固化砂完全覆蓋。所述模塊電池的特征在于，所述固化砂層高度方向的范圍，僅為從所述單電池上面到該單電池長(zhǎng)度的1/5-1/15下方的部分，或者僅為從所述單電池上面到該單電池長(zhǎng)度的1/5-1/15上方的部分，且所述填充砂層的體積密度P與理想體積密度Pi之間滿足下式(I)的關(guān)系，0.98Pi 彡 P... (I)。此處，優(yōu)選所述固化砂層水平面方向的范圍僅為接近所述絕熱容器側(cè)壁的外周部分。另外，優(yōu)選地，所述絕熱容器為矩形箱型，所述固化砂層形成為俯視包含一對(duì)長(zhǎng)邊和一對(duì)短邊的口字狀的框型，所述一對(duì)長(zhǎng)邊各自的框?qū)挒榕c一對(duì)長(zhǎng)邊平行的所述絕熱容器的一對(duì)側(cè)壁間隔的1/5-1/30，所述一對(duì)短邊各自的框?qū)挒榕c一對(duì)短邊平行的所述絕熱容器的一對(duì)側(cè)壁間隔的1/10-1/50。另外，優(yōu)選所述填充砂的平均粒徑為0. 2-1. 5mm。另外，優(yōu)選所述固化砂和所述填充砂的重量比為I : 10-1 30。另外，優(yōu)選所述填充砂的體積密度P為I. 2-1. 6g/cm3。本實(shí)用新型的模塊電池，適合使用單電池為鈉硫電池的模塊電池。實(shí)用新型效果若采用本實(shí)用新型的模塊電池，通過(guò)將填充砂層的體積密度限制在上述規(guī)定范圍，不僅能防止移送時(shí)的振動(dòng)所導(dǎo)致的單電池的浮起、位置偏移、填充砂的填充高度的變化，避免由振動(dòng)所引起的連接端子、單電池從填充砂中露出的情況，還能通過(guò)限制由粘合劑硬化了的固化砂層的范圍，將粘合劑的使用量減少到現(xiàn)有的1/2-1/30左右，大幅降低模塊電池的成本。

圖I是本實(shí)用新型的第一實(shí)施方案的模塊電池的側(cè)面剖視圖。圖2是用于說(shuō)明上述模塊電池的間隙部的模塊電池的側(cè)面剖視圖。圖3是用于說(shuō)明上述模塊電池的間隙部的模塊電池的俯視圖。圖4是本實(shí)用新型的第二實(shí)施方案的模塊電池的側(cè)面剖視圖。圖5是說(shuō)明上述模塊電池的固化砂層的水平面方向的范圍的俯視圖。附圖標(biāo)記說(shuō)明I、11模塊電池2單電池3絕熱容器31容器主體32 蓋體40填充砂層41、42固化砂層
具體實(shí)施方式
以下對(duì)本實(shí)用新型的第一實(shí)施方案進(jìn)行說(shuō)明。如圖2所示，模塊電池I具備通過(guò)高溫下的工作來(lái)進(jìn)行充放電的多個(gè)單電池2和將這些單電池2以豎立狀態(tài)容納的絕熱容器
3。絕熱容器3具備上面開(kāi)口的矩形箱型容器主體31、堵塞該容器主體31的上面的蓋體32。此外，在圖I、下述的圖4和圖5中，省略了對(duì)蓋體32的顯示。另外，如圖I所示，模塊電池I具備填充砂層40，其配置于絕熱容器3的內(nèi)部下偵牝由填充在絕熱容器3和單電池2的間隙部的填充砂構(gòu)成；固化砂層41，其配置于絕熱容器3的內(nèi)部上側(cè)，通過(guò)將在填充砂中混合粘合劑而成的固化砂進(jìn)行硬化而形成。[0032]容器主體31的尺寸無(wú)特別限定，通常以縱1000-2000_X橫1500_2500_X高400-700mm左右的容器為對(duì)象。這里所說(shuō)的單電池2為NaS電池，通常使用外徑50-100mmq>、高度400-540mm左右的類圓筒形狀的NaS電池。單電池2豎立設(shè)置的方法無(wú)特別限定，優(yōu)選地，使類圓筒形狀的單電池2的側(cè)面互相接觸，以每單位面積上豎立設(shè)置的單電池2的數(shù)目最大的方式最密地填充。豎立設(shè)置的單電池2的數(shù)目因絕熱容器3和單電池2的尺寸、單電池2的排列方法等不同而有所不同，在所述普通尺寸的絕熱容器3內(nèi)同樣地將普通尺寸的單電池2以最密的方式填充的情況下，就能豎立設(shè)置45-432個(gè)左右的單電池2。此時(shí)最外側(cè)的單電池2和容器主體31的內(nèi)側(cè)面之間的間隙部，其寬度在0-15mm左右，蓋體32里面和單電池2上面之間的間隙部，其高度在10-20mm左右。此外，本實(shí)用新型的間隙部是指絕熱容器3內(nèi)容納單電池2的狀態(tài)下的間隙部，具體地，如圖2和圖3所示，包括間隙部51，其形成在容器主體31的內(nèi)側(cè)面和單電池2的側(cè)面之間；間隙部52，其僅由單電池2的側(cè)面形成；間隙部53等，其形成在蓋體32的里面和單電池2上面之間。如圖2所示，容器主體31的內(nèi)底面通過(guò)積層敷設(shè)緩沖材料61、電加熱器62、加強(qiáng) 板63、電絕緣用云母片64而構(gòu)造。另外，在蓋體32內(nèi)面也貼有電絕緣用云母片65。作為填充砂，優(yōu)選使用耐熱性、耐腐蝕性和電絕緣性優(yōu)異的碳化硅、氧化鋁、硅砂的粒狀物、陶瓷顆粒(瓷絕緣子的粉碎物)等粒狀物,優(yōu)選其平均粒徑為0. 2-1. 5mm。如果填充砂的平均粒徑過(guò)小，填充砂容易侵入單電池2的底面?zhèn)?，從這一點(diǎn)來(lái)講不優(yōu)選，如果過(guò)大，流動(dòng)性變差，填充砂的填充變得困難，在這一點(diǎn)上不優(yōu)選。另外，如圖I所示，固化砂層41的高度方向的范圍僅為從單電池2上面到單電池2的長(zhǎng)度H的1/5-1/15下方的部分(圖I的高度hi的部分)。作為固化砂層41所使用的粘合劑，例如優(yōu)選無(wú)機(jī)粘合劑(硼酸-金屬氧化物-無(wú)水硼酸類)、聚酰亞胺類樹(shù)脂、硅類樹(shù)脂等熱硬化性樹(shù)脂、硅橡膠類樹(shù)脂、酚類樹(shù)脂、醇鹽類樹(shù)脂等室溫硬化性樹(shù)脂耐熱性、耐水性和耐腐蝕性優(yōu)異，因而優(yōu)選。根據(jù)本發(fā)明人的研究，可知，這樣如果僅在單電池2和絕熱容器3之間的間隙部?jī)?nèi)、單電池2上面附近的特定高度的位置附近具備固化砂層41，即使填充于其他間隙部的填充砂未被硬化且處于可以流動(dòng)的狀態(tài)，也能固定并保持單電池2的豎立設(shè)置狀態(tài)并能得到防止單電池2相互間的位置偏移所需要的強(qiáng)度。另外，通過(guò)僅將固化砂層41限定在所述特定部分，就能將混合了高價(jià)粘合劑的填充砂的使用量降低為現(xiàn)有的1/2-1/5左右，結(jié)果就能大幅降低模塊電池I的制造成本。另夕卜，發(fā)現(xiàn)降低粘合劑的使用量的結(jié)果、還具有耐熱容器3內(nèi)的水分發(fā)生率減少，且電絕緣性提聞的效果。此外，之所以將固化砂層41設(shè)置成使其從單電池2的上面到達(dá)至單電池2的下方的特定位置，是因?yàn)槿绻麑⒐袒皩?1設(shè)置成使其到達(dá)至比該特定位置更靠近絕熱容器3的底部的位置，會(huì)導(dǎo)致粘合劑硬化時(shí)的脫水變差，電絕緣性降低。另外，之所以將固化砂層41的高度hi設(shè)為單電池2的長(zhǎng)度H的1/5-1/15，是因?yàn)槿绻鹔i不足H的1/15，則難以得到對(duì)固定單電池2的足夠的強(qiáng)度，另一方面，如果hi超過(guò)H的1/5，則本實(shí)用新型的主要目的降低成本的效果和減少水分的效果減弱。此外，優(yōu)選固化砂和填充砂的重量比為I 10-1 30。如果重量比小于該范圍，則固化砂層41得不到足夠的強(qiáng)度，另外，如果重量比大于該范圍，則成本降低的效果和水分減少的效果變?nèi)?。[0039]另外，模塊電池I的填充砂層41的體積密度P與理想體積密度Pi之間需要滿足下式⑴的關(guān)系。0. 98Pi ^P... (I)事先，以即使對(duì)模塊電池I施加振動(dòng)，填充砂的體積密度也不會(huì)再變高的程度的體積密度來(lái)緊密地填充填充砂，由此防止振動(dòng)所引起的單電池2的浮起和位置偏移，以及填充砂的填充高度變化。在本說(shuō)明書(shū)中，理想體積密度Pi是指，在容納單電池2的箱形絕熱容器3內(nèi)的間隙部填充填充砂的狀態(tài)下，對(duì)絕熱容器3以水平方向施加0. 3G的加速度使其在水平方向上振動(dòng)時(shí)，達(dá)到飽和值的體積密度。從上述觀點(diǎn)出發(fā)，優(yōu)選以填充砂的體積密度P為理想體積密度Pi來(lái)填充，但
0.98Pi以上就可以得到同樣的效果，因而體積密度P在理想體積密度Pi以上也可以。這 是由于理想體積密度Pi終究不過(guò)是以0. 3G的加速度施加振動(dòng)時(shí)的飽和值，并不是真正的飽和體積密度，因此，施加超過(guò)0.3G的振動(dòng)時(shí)也會(huì)產(chǎn)生體積密度進(jìn)一步上升的情況。此夕卜，通常，填充砂的體積密度P在I. 2-1. 6g/cm3的范圍。另外，通常填充的填充砂的重量為600-1100kg。另外，在本實(shí)用新型的模塊電池I中，除了以上述體積密度填充填充砂層40之外，還需要用填充砂完全覆蓋突出設(shè)置于各單電池2上部的連接端子21。這是由于存在如下情況即使體積密度充分，如果連接端子21露出來(lái)，則填充砂層表面附近容易腐蝕，另外，由于電池工作中的熱循環(huán)而應(yīng)力施加于連接端子21，因而連接端子21的耐久性降低。作為得到這樣的填充砂的體積密度P的方法，可以采用以下振動(dòng)工序。在向容納單電池2的絕熱容器3內(nèi)的間隙部填充填充砂的工序中，對(duì)絕熱容器3施加水平方向的加速度，使絕熱容器3在水平方向上振動(dòng)的同時(shí)填充填充砂。通過(guò)對(duì)絕熱容器3施加水平方向的加速度，就能在抑制單電池2的浮起的同時(shí)緊密且均勻地填充填充砂。在制作模塊電池I時(shí)，將單電池2容納于絕熱容器3之后，首先，從絕熱容器3底部向間隙部填充填充砂，使絕熱容器3振動(dòng)，由此從單電池2的上面到單電池2的長(zhǎng)度H的1/5-1/15下方的位置形成填充砂層40。另外，在其上的間隙部填充混合了粘合劑的固化砂直到單電池2上面。其后，通過(guò)加熱等使粘合劑硬化從而形成固化砂層41，將單電池2以豎立設(shè)置狀態(tài)保持并固定。另外，在這樣硬化的固化砂層41上面，進(jìn)一步敷上還未硬化的填充砂，在容器主體31上安裝蓋體32并密封。接著。對(duì)本實(shí)用新型的第二實(shí)施方案進(jìn)行說(shuō)明。如圖4所示，本實(shí)施方案的模塊電池11與第一實(shí)施方案相比較，固化砂層42的位置不同，僅在從單電池2上面到單電池2長(zhǎng)度H的1/5-1/15上方的部分(圖4的高度h2的部分)具備固化砂層42。另外，如圖5所示，在本實(shí)施方案中，固化砂層42的水平面方向的范圍，僅為接近絕熱容器3側(cè)壁的外周部分。更具體地，固化砂層42形成為俯視包含一對(duì)長(zhǎng)邊和一對(duì)短邊的口字狀的框型，一對(duì)長(zhǎng)邊各自的框?qū)扽l為與一對(duì)長(zhǎng)邊平行的絕熱容器3的一對(duì)側(cè)壁間隔Xl的1/5-1/30，一對(duì)短邊各自的框?qū)扽2為與一對(duì)短邊平行的絕熱容器3的一對(duì)側(cè)壁間隔的1/10-1/50。這樣將固化砂層42形成俯視呈口字狀的形狀，能減少粘合劑的使用量，并使粘合劑硬化時(shí)的脫水變好。在制作本實(shí)施方案的模塊電池11時(shí)，將單電池2容納于絕熱容器3之后，首先，從絕熱容器3底部向間隙部填充填充砂，使絕熱容器3振動(dòng)，由此形成填充砂層40直到單電池2上面。另外，在單電池2上方的間隙部使用規(guī)定形狀的夾具以口字狀填充固定砂，使其達(dá)到單電池2長(zhǎng)度H的1/5-1/15的高度(厚度)h2。其后，通過(guò)加熱等使固化砂層42硬化，將單電池2以豎立設(shè)置狀態(tài)保持并固定。另外，在被固化砂層42包圍的區(qū)域敷上還未硬化的填充砂，在容器主體31上安裝蓋體32并密封。在本實(shí)施 方案的模塊電池11中，也能得到固定并保持單電池2的豎立設(shè)置狀態(tài)并防止單電池2相互間的位置偏移所需要的強(qiáng)度。另外，通過(guò)僅將固化砂層42限定在所述特定部分，就能將混合了高價(jià)粘合劑的填充砂的使用量降低為現(xiàn)有的1/2-1/30左右，結(jié)果就能大幅降低模塊電池11的制造成本。另外，發(fā)現(xiàn)降低粘合劑的使用量的結(jié)果，還具有耐熱容器3內(nèi)的水分發(fā)生率減少，且電絕緣性提高的效果。此外，之所以將固化砂層42的高度h2設(shè)為單電池2的長(zhǎng)度H的1/5-1/15的原因與第一實(shí)施方案相同，是因?yàn)?，如果h2不到H的1/15，則難以得到固定單電池2的足夠的強(qiáng)度，另一方面，如果h2超過(guò)H的1/5，則作為本實(shí)用新型的主要目的的降低成本的效果和減少水分的效果減弱。
權(quán)利要求1.一種模塊電池，具備多個(gè)單電池，其通過(guò)高溫下的工作來(lái)進(jìn)行充放電；絕熱容器，其將這些單電池以豎立狀態(tài)容納；填充砂層，其配置于該絕熱容器內(nèi)部下側(cè)并由填充在該絕熱容器和所述單電池的間隙部的填充砂構(gòu)成；固化砂層，其配置于該絕熱容器內(nèi)部上側(cè)并通過(guò)對(duì)在所述填充砂中混合粘合劑而成的固化砂進(jìn)行硬化而形成，且在各單電池上部突出設(shè)置的連接端子被所述填充砂和/或所述固化砂完全覆蓋， 所述模塊電池的特征在于， 所述固化砂層的高度方向的范圍，僅為從所述單電池的上面到該單電池長(zhǎng)度的1/5-1/15下方的部分，或者僅為從所述單電池的上面到該單電池長(zhǎng)度的1/5-1/15上方的部分，且所述填充砂層的體積密度P與理想體積密度Pi之間滿足下式(I)的關(guān)系， 0. 98Pi ≤ P. (I)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的模塊電池，其特征在于，所述固化砂層水平面方向的范圍僅為接近所述絕熱容器側(cè)壁的外周部分。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的模塊電池，其特征在于，所述絕熱容器為矩形箱型，所述固化砂層形成為俯視包含一對(duì)長(zhǎng)邊和一對(duì)短邊的口字狀的框型，所述一對(duì)長(zhǎng)邊各自的框?qū)挒榕c一對(duì)長(zhǎng)邊平行的所述絕熱容器的一對(duì)側(cè)壁間隔的1/5-1/30，所述一對(duì)短邊各自的框?qū)挒榕c一對(duì)短邊平行的所述絕熱容器的一對(duì)側(cè)壁間隔的1/10-1/50。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的模塊電池，其特征在于，所述填充砂的平均粒徑為0.2-1. 5mm。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的模塊電池，其特征在于，所述固化砂和所述填充砂的重量比為 I : 10-1 30。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的模塊電池，其特征在于，所述填充砂的體積密度P為1.2-1. 6g/cm3。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的模塊電池，其特征在于，單電池為鈉硫電池。
專利摘要本實(shí)用新型的高溫工作型模塊電池，具備高溫工作型單電池(2)；絕熱容器(3)，其將這些單電池(2)以豎立狀態(tài)容納；填充砂層(40)，其由填充在絕熱容器(3)和單電池(2)的間隙部的填充砂構(gòu)成；固化砂層(41)，其通過(guò)對(duì)在填充砂中混合粘合劑而成的固化砂進(jìn)行硬化而形成。且在各單電池(2)的上部突出設(shè)置的連接端子被填充砂完全覆蓋。固化砂層(41)高度方向的范圍，僅為從單電池(2)上面到單電池(2)長(zhǎng)度的1/5-1/15下方的部分，或者僅為從單電池(2)上面到單電池(2)長(zhǎng)度的1/5-1/15上方的部分，且填充砂層(40)的體積密度P與理想體積密度Pi之間滿足下式(1)的關(guān)系，0.98Pi≤P...(1)。
文檔編號(hào)H01M2/10GK202503082SQ20112053066
公開(kāi)日2012年10月24日 申請(qǐng)日期2011年12月16日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月16日
發(fā)明者白井覺(jué) 申請(qǐng)人:日本礙子株式會(huì)社