[發(fā)明專利]一種封閉式結構的鈉硫電池

有效

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• 申請日: 2011-01-20
• 公開（公告）號: CN102610867A
• 公開（公告）日: 2012-07-25
• 發(fā)明（設計）人: 韓金鐸;溫兆銀;曹佳弟;俞國勤;楊建華
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海硅酸鹽研究所;上海市電力公司
• 主分類號: H01M10/39
• 分類號: H01M10/39;H01M10/42;H01M4/133
• 代理公司: 上海專利商標事務所有限公司 31100
• 代理人: 施浩

技術領域

本發(fā)明涉及一種化學電源技術，尤其涉及一種采用以封閉式結構作為安全理念的鈉硫電池。

背景技術

鈉硫電池是以β(β″)-Al₂O₃陶瓷為電解質和隔膜，硫及金屬鈉為正負極，室溫下呈全固態(tài)的二次電池。正常工作溫度在300～350℃之間，鈉和硫處于熔融狀態(tài)，其理論比能量高達760Wh/kg，且無自放電現(xiàn)象，庫倫效率幾乎可達100％。

在80年代末和90年代初開始，國外重點發(fā)展鈉硫電池作為固定場合下(如電站儲能)應用，并越來越顯示其優(yōu)越性，如日本東京電力公司(TEPCO)和NGK公司合作開發(fā)鈉硫電池作為儲能電池，其應用目標瞄準電站負荷調平(即起削峰平谷作用，將夜晚多余的電存儲在電池里，到白天用電高峰時再從電池中釋放出來)、UPS應急電源及瞬間補償電源等，并于2002年開始進入商品化實施階段，已建成世界上最大規(guī)模(34MW)的儲能鈉硫電池裝置，截止2005年10月統(tǒng)計，年產鈉硫電池電池量已超過100MW，同時開始向海外輸出。

目前大容量鈉硫電池裝配制備過程中，鈉大多直接儲存在電解質管內，或采用無安全閘口設計的內芯內，陶瓷管內側活性物質鈉存量較多，萬一陶瓷管破裂，正負極快速反應，放出大量能量，導致電池泄漏甚至爆炸等安全事故的發(fā)生。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的在于解決上述問題，提供了一種封閉式結構的鈉硫電池，結構簡單、易于裝配、經濟實用，提高了電池的安全性、可靠性，而且提高了電池充放電電流密度及電池使用壽命，極具實用價值。

本發(fā)明的技術方案為：本發(fā)明揭示了一種封閉式結構的鈉硫電池，包括電池殼體、正極層、電解質管、過渡層、安全閘口、安全內芯、負極區(qū)，其中電解質管位于正極層和負極區(qū)之間，安全閘口位于安全內芯的兩側，過渡層穿過安全閘口并置于安全內芯外壁，以覆蓋安全閘口以下的安全內芯的外側。

根據(jù)本發(fā)明的封閉式結構的鈉硫電池的一實施例，電解質管用以隔離正負極反應物。

根據(jù)本發(fā)明的封閉式結構的鈉硫電池的一實施例，電解質管是β(β″)-Al₂O₃固體電解質管。

根據(jù)本發(fā)明的封閉式結構的鈉硫電池的一實施例，電池殼體是金屬材質，包括不銹鋼材質、鋁合金材質。

根據(jù)本發(fā)明的封閉式結構的鈉硫電池的一實施例，正極層以硫為主體，以碳氈或者石墨氈為輔助。

根據(jù)本發(fā)明的封閉式結構的鈉硫電池的一實施例，過渡層的間隙是0.1～2mm。

根據(jù)本發(fā)明的封閉式結構的鈉硫電池的一實施例，安全閘口距離安全內芯底部為0～0.8L處，其中L是電池殼體的高度。

根據(jù)本發(fā)明的封閉式結構的鈉硫電池的一實施例，安全內芯是金屬材質，包括不銹鋼材質、鋁合金材質，其高度和電池殼體的高度相同。

根據(jù)本發(fā)明的封閉式結構的鈉硫電池的一實施例，負極區(qū)內包含活性物質，活性物質是金屬鈉。

根據(jù)本發(fā)明的封閉式結構的鈉硫電池的一實施例，電池殼體的高度為10～700mm。

本發(fā)明對比現(xiàn)有技術有如下的有益效果：本發(fā)明的鈉硫電池包括電池殼體、正極、電解質管，以及包含過渡層、安全閘口、安全內芯、鈉極區(qū)的鈉芯安全結構設計。陶瓷管內側活性物質鈉通過限流作用至安全閘口，然后至芯管內，以減少陶瓷管內壁與安全內芯外壁之間的存鈉量，從而抑制因陶瓷管破裂引起的液態(tài)鈉硫之間的劇烈反應。本發(fā)明的電池殼體與安全內芯的材質為不銹鋼、鋁合金或其他金屬材質，安全閘口位于安全內芯兩側，距離安全內芯底部0L～0.8L(L是電池殼體的高度)。正極采用碳氈或者石墨氈提高導電性。電解質管是β(β″)-Al₂O₃固態(tài)離子導電材料，只導通鈉離子。

本發(fā)明采用的鈉芯安全結構設計優(yōu)點在于：提高電池的安全性及可靠性，并且結構簡單、易于裝配、經濟實用，不僅提高了電池的安全性、可靠性，而且提高了電池充放電電流密度及電池使用壽命，極具實用價值。

附圖說明

圖1示例性的示出了本發(fā)明的封閉式結構的鈉硫電池的剖面結構示意圖。

圖2示出了本發(fā)明的封閉式結構的鈉硫電池的內部短路電池溫度變化情況的示意圖。

圖3示出了本發(fā)明的封閉式結構的鈉硫電池在不同充放電電流密度下放電深度與放電電壓變化情況的示意圖。

圖4示出了本發(fā)明的封閉式結構的鈉硫電池的循環(huán)壽命測試情況的示意圖。

具體實施方式

下面結合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步的描述。