[發明專利]一種鈉硫電池的正極

無效

• 申請號: 201310485954.1
• 申請日: 2013-10-17
• 公開（公告）號: CN103490102A
• 公開（公告）日: 2014-01-01
• 發明（設計）人: 龔明光;韓金鐸;劉宇;茅雁;羅琳
• 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的正極。

背景技術

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

如圖1所示，現有鈉硫電池，鈉硫電池的正極包括外殼1以及套接在外殼1內側的電解質陶瓷管4，電解質陶瓷管4與外殼1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存正極活性物質。電解質陶瓷管4的頂面上固定有一個徑向向外突出的陶瓷絕緣環3，陶瓷絕緣環3與電解質陶瓷管4是通過熱壓焊固定的。陶瓷絕緣環4與鈉硫電池的外殼1的徑向之間設有正極密封環60，正極密封環60與陶瓷絕緣環3之間通過熱壓焊固定，正極密封環60與外殼1的內側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內填充有對硫和多硫化鈉浸潤的多孔導電纖維氈2，多孔導電纖維氈2具有導電性。鈉硫電池的正極反應材料硫填裝在多孔導電纖維氈2中。

這樣的設計，在鈉硫電池降溫過程中，電解質陶瓷管4受到的壓應力，傳遞給陶瓷絕緣環3上后，很難再通過正極密封環60分散，為了分散電解質陶瓷管4受到的壓應力，一般在電池正極部分增加應力緩沖結構，鈉硫電池外殼1可采用鋁合金或者不銹鋼材料，如采用鋁合金，在鋁合金外殼表面增加波紋管結構。而使用不銹鋼來生產鈉硫電池的外殼1時，很難加工出波紋管結構。

另外一方面，電解質陶瓷管4底面與外殼1之間也填裝有多孔導電纖維氈2，造成鈉硫電池的底部積聚了過多的硫及多硫化鈉，鈉硫電池冷卻后，積聚在鈉硫電池的固態硫或者多硫化鈉，加劇了電解質陶瓷管4所受到的壓應力，加速了電解質陶瓷管4的破裂速率。

這樣的設計也不能從根本上消除電解質陶瓷管所受到的壓應力，電解質陶瓷管4的底部仍舊會開裂，因此必須考慮其它方式來分散電解質陶瓷管所受到的壓應力。

發明內容

本發明的目的是為了克服現有技術的不足，提供一種鈉硫電池的正極，其能夠有效分散鈉硫電池降溫過程中，電解質陶瓷管所受到的壓應力，保證鈉硫電池不破裂或出現微裂紋，從而保證鈉硫電池的安全運行。

實現上述目的的一種技術方案是：一種鈉硫電池的正極，包括：外殼，以及套接在所述外殼內的電解質陶瓷管，所述電解質陶瓷管與所述外殼徑向之間形成鈉硫電池的正極室，所述電解質陶瓷管的頂面上固定有一個徑向向外突出的陶瓷絕緣環，

所述電解質陶瓷管外壁的底部設有緩沖層，所述緩沖層對硫和多硫化鈉不浸潤；

所述陶瓷絕緣環的外側面與所述外殼的內側面之間通過L形金屬環、槽形金屬環和頂部金屬環連接；

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與所述陶瓷絕緣環的頂面分離，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。

進一步的，沿所述陶瓷絕緣環底面的外緣設有倒臺階結構，所述L形金屬環的水平段的頂面與所述倒臺階結構的底面固定。

進一步的，所述外殼的內側面的頂部設有限位臺階結構，所述頂部金屬環的底面以及外側面與該限位臺階結構固定。

進一步的，所述L形金屬環與所述陶瓷絕緣環之間通過熱壓焊固定，所述L形金屬環與所述槽形金屬環之間，所述槽形金屬環與所述頂部金屬環之間，以及所述頂部金屬環與所述外殼之間均通過焊接固定。