[發明專利]一種鈉電池界面同相化封接方法

有效

• 申請號: 201210226300.2
• 申請日: 2012-07-02
• 公開（公告）號: CN103524041A
• 公開（公告）日: 2014-01-22
• 發明（設計）人: 溫兆銀;張高校;吳相偉;張敬超
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海硅酸鹽研究所
• 主分類號: C03C8/24
• 分類號: C03C8/24;C04B37/00
• 代理公司: 上海瀚橋專利代理事務所(普通合伙) 31261
• 代理人: 曹芳玲

技術領域

本發明涉及能源材料領域，具體涉及一類鈉電池界面同相化改性，提高被封接的兩種材料潤濕對稱性的一種鈉電池界面同相化封接方法。

背景技術

Na/S電池是以金屬鈉和硫作為電極，用Na-beta-Al₂O₃為電解質可用于儲能使用的高性能的電池，其優點在于高的比能量和比功率，工作溫度穩定，原材料來源豐富，價格低廉，易實現大規模生產。早在1965年美國福特公司發明了這種電池，隨后英國、法國、德國及日本及中國相繼研究。目前，Na/S電池在電網負荷平衡，應急電源以及不間斷電源等方面已有所應用。中國科學院上海硅酸鹽研究所對鈉硫電池及其應用開展了大量的研究工作。在Na/S電池中同時采用α-Al₂O₃和Na-beta-Al₂O₃材料，分別用做絕緣材料和電解質材料，兩種材料之間以玻璃進行封接。為了保證電池的安全性和性能穩定性，α-Al₂O₃和Na-beta-Al₂O₃之間的封接性能尤為重要，封接后的部件應具有良好的抗熱震性能，不漏氣，封接部位強度高。為了實現封接的高性能，要求被封接的兩個部件具有接近的熱膨脹系數，與封接材料間化學穩定。目前，用于封接的材料主要是玻璃材料，例如Shufeng?Song等（固態電化學“Journal?of?Solid?State?Electrochemistry”14（2010）1735-1740）提出了新的玻璃封接材料可以提高玻璃材料與α-Al₂O₃和Na-beta-Al₂O₃之間的熱膨脹系數匹配性，但是由于玻璃兩側材料結構不同，性質有差異，熱膨脹系數不同、對封接玻璃的潤濕性有差異，這些在很大程度上降低了材料的可封接性能。另一種鈉電池鈉/氯化物電池（也稱ZEBRA電池）則與鈉硫電池類似，Na-beta-Al₂O₃和α-Al₂O₃的封接也是關鍵的工序和技術，其封接性能直接影響電池的性能和安全可靠性。

如上所述，在Na/S和ZEBRA電池玻璃封接中由于玻璃兩側材料（α-Al₂O₃和Na-beta-Al₂O₃）結構不同，性質有差異，熱膨脹系數不同、對封接玻璃的潤濕性有差異，很大程度上降低了材料的可封接性能。如能對被封接的α-Al₂O₃表面進行改性，使其另一被封接部件Na-beta-Al₂O₃表面同相化，可以實現α-Al₂O₃與Na-beta-Al₂O₃之間界面同相化封接以提高被封接材料兩側的潤濕對稱性，達到提高封接性能的目的。

發明內容

本發明人是針對鈉電池中，同時采用α-Al₂O₃和Na-beta-Al₂O₃材料，分別用做絕緣材料和電解質材料，兩種材料之間以玻璃進行封接。由于玻璃兩側材料結構不同，性質有差異，熱膨脹系數不同、對封接玻璃的潤濕性有差異，這些在很大程度上降低了材料的可封接性能。本發明人發現，對被封接材料中alpha-Al₂O₃表面的改性使其生長出Na-beta-Al₂O₃膜以達到與另一被封接部件Na-beta-Al₂O₃陶瓷表面同相化，將可提高被封接材料兩側的潤濕對稱性，達到提高封接性能的目的。。

在此，本發明提供一種鈉電池界面同相化封接方法，所述方法在兩種被封接材料α-Al₂O₃和Na-beta-Al₂O₃之間以封接材料進行封接，其特征在于，在以所述封接材料進行所述封接之前，對其中一種被封接材料α-Al₂O₃表面進行改性使其生長出與另一種被封接材料Na-beta-Al₂O₃陶瓷同相的Na-beta-Al₂O₃膜。