[發明專利]一種多管式鈉硫電池

有效

• 申請號: 201710047929.3
• 申請日: 2017-01-20
• 公開（公告）號: CN106711464B
• 公開（公告）日: 2023-07-21
• 發明（設計）人: 江南山
• 申請（專利權）人: 江南山
• 主分類號: H01M4/66
• 分類號: H01M4/66;H01M4/76;H01M4/02;H01M10/38;H01M10/39
• 代理公司: 合肥天明專利事務所(普通合伙) 34115
• 代理人: 婁岳;奚華保

本發明提供一種多管式鈉硫電池，包括正極、正極外殼、負極和負極外殼，所述負極通過陣列排布的多個復合負極管延伸至正極中，多個復合負極管共負極布置，所述復合負極管包括內層的多孔金屬層及附著在外層的由多孔金屬層支撐的固體電解質層。本發明通過多孔金屬層的設計解決了管式鈉硫電池陶瓷管易破裂的現象，從而提升電池性能以及安全等級；通過在復合負極管多孔金屬層中吸附離子液體的方法降低電池工作溫度，從而降低制造成本、延長電池使用壽命；同時進一步改進了電池結構，采取用多個復合負極管陣列排布及正負極活性物質隔離措施，達到進一步提高電池功率密度和電池安全性的目的。

技術領域

本發明涉及電池技術領域，具體涉及一種多管式鈉硫電池。

背景技術

以金屬鈉為負極、單質硫為正極的一種電池是當今動力電池行業的一個重要發展方向，典型的鈉硫電池設計為管式結構，其管壁采用固體電解質陶瓷材料。鈉硫電池具有許多特色之處：與現有鋰離子電池相比，一是比能量高。其理論比能量為760Wh/Kg，實際產品已大于300Wh/Kg；二是可大電流充放電，其放電電流密度一般可達200-300mA/cm2，并瞬時間可放出其3倍的固有能量；再一個是充放電效率高。由于采用beta-氧化鋁玻璃陶瓷材料做固體電解質兼隔膜，所以沒有通常采用液體電解質和有機高分子多孔隔膜的二次電池那種自放電及“穿梭效應”，充放電電流效率幾乎100%。

但鈉硫電池也有嚴重不足之處，其陶瓷管易破裂，造成熔融態的負極金屬鈉與正負極活性物硫大量接觸，引起劇烈化學反應而燃燒。這種嚴重安全隱患制約著該種電池在電動車等移動設備上的應用。另外，其工作溫度在300-350℃，導致電池結構材料易老化?，制造成本亦較高。

發明內容

基于現有鈉硫電池技術存在的不足之處，本發明提供一種多管式鈉硫電池，通過使用復合負極管以解決傳統鈉硫電池陶瓷管易破裂的安全隱患問題，并通過在復合負極管多孔金屬層吸附離子液體的方法，改善熔融金屬鈉與固體電解質界面相容性，從而達到降低電池工作溫度的目的。

為解決上述技術問題，本發明采用如下技術方案：

一種多管式鈉硫電池，包括正極、正極外殼、負極和負極外殼，所述正極為含有活性硫的正極S/C復合活性物質，所述負極為含有鈉金屬負極活性物質，所述負極通過陣列排布的若干個復合負極管延伸至正極中，若干個復合負極管共負極布置，所述復合負極管包括內層的多孔金屬層及附著在外層的由多孔金屬層支撐的固體電解質層，該多孔金屬層與負極外殼相連，共同作為負極集電極，所述正極外殼與正極中的碳材料相接觸共同構成正極集電極。

所述正極與負極之間設置有絕緣環，該絕緣環與固體電解質層連接。

所述多孔金屬層中吸附有離子液體。

所述多孔金屬層的厚度為0.2～1.5mm。

所述多孔金屬層中多孔金屬平均孔徑為0.1～5um，孔隙率為50～80%。

所述固體電解質層的厚度為0.015～0.060mm。

由以上技術方案可知，本發明將復合負極管應用到鈉硫電池中以解決陶瓷管易破裂的安全隱患；通過在多孔金屬層中吸附離子液體的設計降低了管式鈉硫電池工作溫度，從而延長電池壽命和降低制造成本；同時進一步改進了電池結構，采取用多個復合負極管陣列排布及正負極活性物質空間隔離措施，達到提高電池功率密度和電池安全性的目的，并以此構成了鈉硫電池全新的技術路線和實用的技術方案。

附圖說明

圖1為本發明多管式鈉硫電池的縱向剖視圖，并示出了絕緣環所在區域的局部放大圖；

圖2為本發明中復合負極管的結構示意圖；

圖3為本發明固體電解質層出現破裂點時自動堵塞形成機理示意圖。