[發明專利]一種鈉硫電池正極裝配方法

在審

• 申請號: 201611165959.6
• 申請日: 2016-12-14
• 公開（公告）號: CN106785103A
• 公開（公告）日: 2017-05-31
• 發明（設計）人: 徐中超;龔明光;鮑劍明;劉宇
• 申請（專利權）人: 上海電氣鈉硫儲能技術有限公司
• 主分類號: H01M10/38
• 分類號: H01M10/38
• 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

本發明涉及儲能領域的一種鈉硫電池正極裝配方法。

背景技術

鈉硫電池是一種以鈉離子導體β”-Al₂O₃為固體電解質，鈉和硫對應為負極和正極的新型高能蓄電池。鈉硫電池的工作溫度大約為300～350℃，鈉硫電池中金屬鈉和單質硫都是活性物質，高溫下會產生大量蒸氣，造成鈉硫電池內部氣壓升高。目前鈉硫電池正極部分氣壓分散性大，無法控制。當正極部分氣壓過高，容易導致密封不良，使硫逸出造成損失或氧化產生多硫化鈉，使鈉硫電池在放電過程中過早地生成多硫化鈉，引起放電電壓降低。正極部分氧化還可能導致Na₂SO₄、Na₂CO₃、H₂S、SO₃、NaOH等多種化合物的生成，從而促使鈉硫電池充電性能迅速惡化，鈉硫電池容量降低。此外，硫具有可燃性、腐蝕性，一旦發生泄漏事故，對鈉硫電池乃至整個電池模塊都將產生嚴重的影響。另一方面當正極部分氣壓過低時，例如正極氣壓低于負極氣壓時，若固體電解質陶瓷管發生損壞，會導致大量的液態鈉在氣壓差的作用下從負極流向正極，與硫發生劇烈反應，易出現燃燒等安全隱患。

造成上述現象的原因在于：鈉硫電池正極由金屬外殼和預制硫哈弗組成。預制硫哈弗是由硫磺通過浸漬成型的方式注入到石墨碳氈中,形成的一定厚度的水平截面的形狀為半圓環的組件，設置于金屬外殼徑向內側。石墨碳氈是一種多孔材料，由碳纖維編織而成，其孔隙率高達90％。正常預制硫哈弗成型會導致大量的空氣殘留在預制硫哈弗中，電池運行過程中，預制硫哈弗內空氣釋放，會與正極硫磺反應，導致正極內部氣壓出現較大差異性，不易控制。

發明內容

本發明的目的是為了克服現有技術的不足，提供一種鈉硫電池正極裝配方法,其能夠保證鈉硫電池正常工作時,使鈉硫電池正極室內的氣壓控制在一個標準大氣壓之下,保護鈉硫電池的封接部位,在鈉硫電池出現急劇升溫時防止液態鈉與液態硫磺發生劇烈反應。

實現上述目的的一種技術方案是：一種鈉硫電池正極裝配方法，包括下列步驟：

真空注硫步驟：將用于制備預制硫哈弗的石墨碳氈中的空氣全部排出后，將液態硫磺注入所述石墨碳氈，使所述石墨碳氈中充滿液態硫磺，待注入所述石墨碳氈的液態硫磺凝固后，得到預制硫哈弗；

預制硫哈弗安裝步驟：將預制硫哈弗裝入鈉硫電池的金屬外殼中，并緊貼所述金屬外殼的內圓周壁；

固體電解質陶瓷管安裝步驟：將用β”-Al₂O₃制成的固體電解質陶瓷管裝入位于所述預制硫哈弗的徑向內側的固體電解質陶瓷管腔室中，所述固體電解質陶瓷管的外壁緊貼所述預制硫哈弗；

焊接步驟：將真空箱抽真空至0.1Pa以下后,通過焊接，將所述固體電解質陶瓷管與所述金屬外殼徑向之間的正極室封閉，并在焊接過程中向所述正極室內注入惰性氣體，使所述正極室內的氣壓維持在0.024～0.039個標準大氣壓之間。

進一步的,所述惰性氣體為氮氣或氬氣。

進一步的，所述真空注硫步驟是在一個真空注硫裝置內進行性的，該真空注硫裝置是包括一個密封箱和一個注硫模具，包括下列步驟:

S1：將所述注硫模具裝入所述密封箱內；

S2：將所述石墨碳氈裝入所述注硫模具中一個與所述石墨碳氈等高的石墨碳氈槽中，所述石墨碳氈槽通過位于所述密封箱頂部的小孔與儲硫容器連通；

S3：通過所述密封箱上的真空閥對所述密封箱抽真空，將所述石墨碳氈中的空氣排除；

S4，所述儲硫容器內的液態硫磺通過所述小孔注入所述石墨碳氈；

S5：注入所述石墨碳氈的液態硫磺凝固，得到所述預制硫哈弗。

再進一步的，所述注硫模具是由與所述石墨碳氈等高的內內模和外模圍成的。

進一步的，真空注硫步驟中，所采用的石墨碳氈，其水平截面的形狀為半圓環，并得到水平截面形狀為半圓環的預制硫哈弗；

預制硫哈弗安裝步驟：將兩個所述預制硫哈弗相向裝入所述金屬外殼中，兩個所述預制硫哈弗的外半圓周壁緊貼所述金屬外殼的內圓周壁，兩個所述預制硫哈弗的內半圓周壁圍成所述固體電解質陶瓷管腔室。

進一步的，固體電解質陶瓷管安裝步驟中裝入的固體電解質陶瓷管，其頂部裝有絕緣陶瓷環，所述絕緣陶瓷環的底面封接了豎直截面的形狀為L形正極密封環；在焊接步驟中，所述正極密封環的外圓周與所述金屬外殼的內圓周壁通過激光焊接固定，將所述正極室封閉。