[發(fā)明專利]一種鈉硫電池

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310485941.4
• 申請日: 2013-10-17
• 公開（公告）號: CN103500856A
• 公開（公告）日: 2014-01-08
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 龔明光;韓金鐸;祝銘;周日生;邵偲蔚
• 申請（專利權(quán)）人: 上海電氣鈉硫儲(chǔ)能技術(shù)有限公司
• 主分類號: H01M10/39
• 分類號: H01M10/39;H01M10/38
• 代理公司: 上海兆豐知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(有限合伙) 31241
• 代理人: 屠軼凡

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及化學(xué)儲(chǔ)能領(lǐng)域的一種鈉硫電池。

背景技術(shù)

鈉硫電池的關(guān)鍵材料是β”-Al₂O₃制成的電解質(zhì)陶瓷管，電池安全性能在很大程度上取決于電解質(zhì)陶瓷管的力學(xué)性能。一旦電解質(zhì)陶瓷管有微裂紋或者破裂，鈉和硫，直接接觸發(fā)生劇烈反應(yīng)，溫度最高可達(dá)2000℃。鈉硫電池的安全性主要有兩個(gè)方面，其中一個(gè)為電池升降溫安全性能，電池模塊不可避免的要進(jìn)行定期維護(hù)等工作，電池降溫時(shí)，尤其是溫度降至280℃之下時(shí)，鈉硫電池正極室內(nèi)的硫和多硫化鈉凝固，電解質(zhì)陶瓷管底部收到較大壓應(yīng)力，如果壓應(yīng)力得到不釋放，容易導(dǎo)致電解質(zhì)陶瓷管的管口部和底部損壞，造成鈉和硫磺直接發(fā)生反應(yīng)，危害性較大，出現(xiàn)上述情況的根本原因在于鈉硫電池的正極在設(shè)計(jì)上存在不合理之處。

如圖1所示，現(xiàn)有鈉硫電池，鈉硫電池的正極包括外殼1以及套接在外殼1內(nèi)側(cè)的電解質(zhì)陶瓷管4，電解質(zhì)陶瓷管4之間形成鈉硫電池的正極室100。外殼1兼做正極集流體以及儲(chǔ)存正極活性物質(zhì)。電解質(zhì)陶瓷管4的頂面上固定有一個(gè)徑向向外突出的陶瓷絕緣環(huán)3，陶瓷絕緣環(huán)3與電解質(zhì)陶瓷管4是通過熱壓焊固定的。陶瓷絕緣環(huán)3與鈉硫電池的外殼1的徑向之間設(shè)有正極密封環(huán)60，正極密封環(huán)60與陶瓷絕緣環(huán)3之間通過熱壓焊固定，正極密封環(huán)60與外殼1的內(nèi)側(cè)面之間通過焊接固定，從而將鈉硫電池的正極室100封閉，鈉硫電池的正極室100內(nèi)填充有對硫和多硫化鈉浸潤的多孔導(dǎo)電纖維氈2，多孔導(dǎo)電纖維氈2具有導(dǎo)電性。鈉硫電池的正極反應(yīng)材料硫填裝在多孔導(dǎo)電纖維氈2中。

這樣的設(shè)計(jì)，在鈉硫電池降溫過程中，電解質(zhì)陶瓷管4受到的壓應(yīng)力，傳遞給陶瓷絕緣環(huán)3上后，很難再通過正極密封環(huán)60分散，為了分散電解質(zhì)陶瓷管4受到的壓應(yīng)力，采用了波紋管的結(jié)構(gòu)鋁合金作為外殼1。鋁合金的缺點(diǎn)是耐熱性以及強(qiáng)度不高，而采用不銹鋼作為外殼1時(shí)，從成本及性能來說，波紋管結(jié)構(gòu)不適合。

這樣的設(shè)計(jì)也不能從根本上消除電解質(zhì)陶瓷管所受到的壓應(yīng)力，電解質(zhì)陶瓷管4的底部及管口仍舊會(huì)開裂，因此必須考慮其它方式來分散電解質(zhì)陶瓷管所受到的壓應(yīng)力。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種鈉硫電池，其能夠有效解決在鈉硫電池冷卻過程中，電解質(zhì)陶瓷管因?yàn)閴簯?yīng)力的作用而破裂或者出現(xiàn)微裂紋的技術(shù)問題。

實(shí)現(xiàn)上述目的的一種技術(shù)方案是：一種鈉硫電池，包括從外向內(nèi)依次套接的外殼、電解質(zhì)陶瓷管和儲(chǔ)鈉管，所述外殼與電解質(zhì)陶瓷管徑向之間形成正極室，所述儲(chǔ)鈉管的頂部通過負(fù)極密封蓋封閉，所述電解質(zhì)陶瓷管的頂面上固定有徑向向外突出的陶瓷絕緣環(huán)，所述陶瓷絕緣環(huán)的頂面與負(fù)極密封蓋之間設(shè)有負(fù)極密封環(huán)；

所述正極室是通過L形金屬環(huán)、槽形金屬環(huán)和頂部金屬環(huán)封閉的；

所述L形金屬環(huán)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(huán)的底面固定，所述垂直段的內(nèi)側(cè)面與所述陶瓷絕緣環(huán)的外側(cè)面固定；所述垂直段的外側(cè)面與所述外殼的內(nèi)側(cè)面分離，所述垂直段的頂面高于所述陶瓷絕緣環(huán)的頂面；

所述槽形金屬環(huán)的底面與所述陶瓷絕緣環(huán)的頂面分離，所述槽形金屬環(huán)上設(shè)有內(nèi)圈槽壁和外圈槽壁，所述內(nèi)圈槽壁高于所述外圈槽壁，所述外圈槽壁的外側(cè)面與所述L形金屬環(huán)的垂直段的內(nèi)側(cè)面固定，且所述外圈槽壁的頂面與所述L形金屬環(huán)的垂直段的頂面等高；

所述頂部金屬環(huán)連接所述槽形金屬環(huán)的內(nèi)圈槽壁的外側(cè)面和所述外殼的內(nèi)側(cè)面，所述頂部金屬環(huán)的頂面與所述槽形金屬環(huán)內(nèi)圈槽壁的頂面以及所述外殼的頂面等高；所述頂部金屬環(huán)的頂面上外有一個(gè)環(huán)形槽。

進(jìn)一步的，沿所述陶瓷絕緣環(huán)底面的外緣設(shè)有倒臺(tái)階結(jié)構(gòu)，所述第一L形金屬環(huán)的水平段的頂面與所述倒臺(tái)階結(jié)構(gòu)的底面固定。

進(jìn)一步的，所述外殼的內(nèi)側(cè)面的頂部設(shè)有限位臺(tái)階結(jié)構(gòu)，所述頂部金屬環(huán)的底面以及外側(cè)面與該限位臺(tái)階結(jié)構(gòu)固定。

進(jìn)一步的，所述L形金屬環(huán)與所述陶瓷絕緣環(huán)之間通過熱壓焊固定，所述L形金屬環(huán)與所述槽形金屬環(huán)之間，所述槽形金屬環(huán)與所述頂部金屬環(huán)之間，以及所述槽型金屬環(huán)與所述外殼之間均通過焊接固定。

再進(jìn)一步的，所述L形金屬環(huán)與所述槽形金屬環(huán)之間，所述槽形金屬環(huán)與所述頂部金屬環(huán)之間，以及所述槽型金屬環(huán)與所述外殼之間均通過激光焊或者惰性氣體鎢極保護(hù)焊固定。

進(jìn)一步的，所述L形金屬環(huán)的厚度d為0.3～1mm，且所述L形金屬環(huán)的垂直段的頂面高于所述陶瓷絕緣環(huán)的頂面的高度h1為4-10mm。

再進(jìn)一步的，所述槽形金屬環(huán)的外圈槽壁的高度h2為1.5～2.5mm。