[發明專利]一種鈉硫電池

有效

• 申請號: 201310485385.0
• 申請日: 2013-10-17
• 公開（公告）號: CN103500855A
• 公開（公告）日: 2014-01-08
• 發明（設計）人: 劉宇;龔明光;茅雁;邵偲蔚;王國林
• 申請（專利權）人: 上海電氣鈉硫儲能技術有限公司
• 主分類號: H01M10/39
• 分類號: H01M10/39;H01M2/02
• 代理公司: 上海兆豐知識產權代理事務所(有限合伙) 31241
• 代理人: 屠軼凡

技術領域

本發明涉及化學儲能領域的一種鈉硫電池。

背景技術

如圖1所示，鈉硫電池包括外殼1以及套接在外殼1內的電解質陶瓷管4。外殼1與電解質陶瓷管4之間形成正極室100，正極室100內填充有多孔導電纖維氈2。電解質陶瓷管4的頂面上設有徑向向外突出的陶瓷絕緣環3，將正極室100封閉。電解質陶瓷管4內側形成負極室400。負極室400內設有儲鈉管9以及套接在儲鈉管9外側的安全管8。儲鈉管9的底部設有貫通孔91，儲鈉管9的頂部通過負極密封蓋11封閉。負極密封蓋11將負極室400和儲鈉管9封閉。

鈉硫電池的核心部件是電解質陶瓷管4，電解質陶瓷管4由β”-Al₂O₃制成，其傳導鈉離子，兼做隔膜。鈉硫電池循環壽命在很大程度上取決于電解質陶瓷管4的質量性能。一旦電解質陶瓷管4有微裂紋或者破裂，鈉和硫直接接觸發生劇烈反應，溫度最高可達2000℃，瞬間熔化鈉硫電池內的所有組件，造成活性物質泄漏。現有鈉硫電池安全防護結構主要采用在電解質陶瓷管4與儲鈉管9之間套接與電解質陶瓷管4膨脹系數相差較大的安全管8，安全管8通常由鋁或鋁合金制成，安全管8與電解質陶瓷管4內壁之間的徑向間隙401，徑向間隙401的寬度控制在100微米，當電解質陶瓷管4破損后，安全管8軸向膨脹緊貼電解質陶瓷管4的內壁，并且給予電解質陶瓷管4的底部的內壁以壓力，該壓力大于電解質陶瓷管4底部外壁所受到的壓力，安全管8與電解質陶瓷管4之間的徑向間隙401也隨著安全管8的徑向膨脹閉合，鈉和硫無法接觸。該防護方法對電解質陶瓷管4的垂直度，以及電解質陶瓷管4底部的圓度要求較高，因此加工電解質陶瓷管4費時費力，同時電解質陶瓷管4在使用過程中極易損壞。

發明內容

本發明的目的是為了克服現有技術的不足，提供一種鈉硫電池，其能夠可以防止電解質陶瓷管底部的液態鈉參與反應，保護電解質陶瓷管底部的同時，降低對于電解質陶瓷管垂直度和底部圓度的要求。

實現上述目的的一種技術方案是：一種鈉硫電池，包括外殼和套接在所述外殼內的電解質陶瓷管；所述外殼與所述電解質陶瓷管徑向之間形成正極室，所述電解質陶瓷管徑向內側形成負極室，所述正極室內填充有多孔導電纖維氈，所述電解質陶瓷管的頂面上設有徑向向外突出的陶瓷絕緣環，所述陶瓷絕緣環與所述外殼之間設有正極密封裝置，將所述正極室封閉，所述負極室內設有儲鈉管以及套接在所述儲鈉管外側的安全管，所述儲鈉管的頂部通過負極密封蓋封閉，所述陶瓷絕緣環與所述負極密封蓋之間設有負極密封環，將所述負極室封閉，：

所述安全管外壁的底部與所述電解質陶瓷管內壁的底部之間設有絕緣且對液態鈉不浸潤的緩沖層，所述電解質陶瓷管外壁的底部設有絕緣且對硫和多硫化鈉不浸潤的底部保護層。

進一步的，所述緩沖層是采用氧化鋯、氮化硅、氧化鋁粉或碳粉中的任意一種或多種，所述底部保護層采用硅酸鋁纖維制成。

進一步的，所述安全管與所述電解質陶瓷管之間的徑向間隙中設有間隙填充層，所述間隙填充層的由金屬纖維編成，且所述間隙填充層的孔隙率為～%。

進一步的，所述儲鈉管的底部設有貫通孔和過濾層，所述過濾層是由304不銹鋼或者316不銹鋼的纖維編織成的。

再進一步的，所述儲鈉管和所述安全管的底部均為矩形底。

進一步的，所述安全管的頂面高于所述電解質陶瓷管的頂面。

進一步的，所述儲鈉管以及所述正極室內均填充有保護氣體。

再進一步的，所述儲鈉管的上部空間，以及所述正極室的上部空間內的保護氣體均為氮氣。

更進一步的，所述正極室的上部空間內的氮氣是由疊氮化鈉不可逆分解形成的。

進一步的，所述正極密封裝置包括L形金屬環、槽形金屬環和頂部金屬環；

所述L形金屬環分為垂直段和水平段，所述水平段的頂面與所述陶瓷絕緣環的底面固定，所述垂直段的內側面與所述陶瓷絕緣環的外側面固定；所述垂直段的外側面與所述外殼的內側面分離，所述垂直段的頂面高于所述陶瓷絕緣環的頂面；

所述槽形金屬環的底面高于所述陶瓷絕緣環的頂面，所述槽形金屬環上設有內圈槽壁和外圈槽壁，所述內圈槽壁高于所述外圈槽壁，所述外圈槽壁的外側面與所述L形金屬環的垂直段的內側面固定，且所述外圈槽壁的頂面與所述L形金屬環的垂直段的頂面等高；

所述頂部金屬環連接所述槽形金屬環的內圈槽壁的外側面和所述外殼的內側面，所述頂部金屬環的頂面與所述槽形金屬環內圈槽壁的頂面以及所述外殼的頂面等高；所述頂部金屬環的頂面上外有一個環形槽。