專利名稱：一種鈉硫電池的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及儲能領域的一種鈉硫電池。
背景技術：
鈉硫電池的核心關鍵部件是β "-Al2O3制成的陶瓷電解質(zhì)管，鈉硫電池循環(huán)壽命在很大程度上取決于陶瓷電解質(zhì)管的質(zhì)量。一旦陶瓷電解質(zhì)管有微裂紋或者破裂，液態(tài)鈉和液態(tài)硫?qū)⒅苯咏佑|并發(fā)生劇烈反應，溫度最高可達2000°C，瞬間熔化鈉硫電池內(nèi)的儲鈉管等金屬部件，造成液態(tài)鈉和液態(tài)硫的泄漏。現(xiàn)有鈉硫電池主要由金屬外殼，陶瓷電解質(zhì)管以及儲鈉管組成，另外液態(tài)鈉和液態(tài)硫充當活性物質(zhì)，金屬外殼作為電流收集體并儲存液態(tài)硫，儲鈉管是液態(tài)鈉的儲存容器，并且限制液態(tài)鈉的流速。現(xiàn)有鈉硫電池的安全結(jié)構(gòu)主要是利用陶瓷電解質(zhì)管和儲鈉管膨脹系數(shù)之間的差異，當鈉硫電池溫度升高時，儲鈉管的膨脹程度大于陶瓷電解質(zhì)管的膨脹程度，儲鈉管的外側(cè)壁與陶瓷電解質(zhì)管內(nèi)壁之間的間隙被封閉，儲鈉管內(nèi)的液態(tài)鈉不再流入至該間隙中，限制了液態(tài)鈉和液態(tài)硫的反應，但是一旦溫度降低，液態(tài)鈉和硫?qū)⒗^續(xù)反應，儲鈉管的疲勞強度降低?，F(xiàn)有的陶瓷電解質(zhì)管的底面和儲鈉管底面，都是半球形的，它們的圓度都存在一定公差，同時，陶瓷電解質(zhì)管的長度也存在一定的偏差，這樣，儲鈉管的外側(cè)壁與陶瓷電解質(zhì)管內(nèi)壁之間的間隙很難被有效地封閉，同時儲鈉管的底面還對陶瓷電解質(zhì)管內(nèi)壁的底面產(chǎn)生壓應力，一旦陶瓷電解質(zhì)管發(fā)生破裂，儲鈉管損壞，大量的液態(tài)鈉從儲鈉管底部的通孔直接流出，與液態(tài)硫發(fā)生劇烈反應。因此現(xiàn)有技術陶瓷電解質(zhì)管尺寸的尺寸精度要求很高，增加了鈉硫電池的制造成本。

實用新型內(nèi)容本實用新型的目的是為了克服現(xiàn)有技術的不足，提供一種鈉硫電池，其能在儲鈉管底面的通孔得到有效封閉的情況下，降低對陶瓷電解質(zhì)管尺寸的尺寸精度要求，降低鈉硫電池的制造成本。實現(xiàn)上述目的的一種技術方案是:一種鈉硫電池陶瓷電解質(zhì)管，包括陶瓷電解質(zhì)管和套接在所述陶瓷電解質(zhì)管內(nèi)的儲鈉管，所述儲鈉管的底面設有至少一個通孔，所述儲鈉管和所述陶瓷電解質(zhì)管之間形成鈉硫電池的陰極室，所述儲鈉管的底面是平的，所述儲鈉管的正下方，設有儲鈉管半球體，所述儲鈉管與所述儲鈉管半球體之間留有間隙，所述儲鈉管半球體與所述陶瓷電解質(zhì)管內(nèi)壁的底面之間設有纖維緩沖層，該纖維緩沖層對液態(tài)鈉不潤濕。進一步的，所述陰極室內(nèi)，設有緊貼在所述陶瓷電解質(zhì)管內(nèi)側(cè)壁上的金屬纖維布和緊貼在所述金屬纖維布表面的金屬箔，所述金屬纖維布與所述陶瓷電解質(zhì)管的內(nèi)側(cè)壁之間形成若干與所述陶瓷電解質(zhì)管軸向平行的毛細管間隙，所述金屬纖維布對液態(tài)鈉潤濕。進一步的，所述儲鈉管半球體和所述儲鈉管之間設有導向機構(gòu)，所述導向機構(gòu)包括一塊位于所述儲鈉管內(nèi)的隔板，以及連接所述隔板和所述儲鈉管半球體頂面的導向部件。進一步的，所述纖維緩沖層是由碳纖維制成的。再進一步的，所述金屬纖維布是由304不銹鋼或者316不銹鋼制成的，所述金屬箔是由奧氏體不銹鋼制成的，所述金屬纖維布與所述金屬箔通過激光點焊固定在一起。進一步的，所述儲鈉管的側(cè)壁設有波紋管結(jié)構(gòu)。采用了本實用新型的一種鈉硫電池的技術方案，即鈉硫電池的儲鈉管的底面是平的，并且設有若干通孔，儲鈉管的正下方儲鈉管半球體，儲鈉管的底面與儲鈉管半球體之間留有間隙，儲鈉管半球體與陶瓷電解質(zhì)管內(nèi)壁的底面之間設有對液態(tài)鈉不潤濕的纖維緩沖層的技術方案。其技術效果是:第一，在儲鈉管底面的通孔能得到有效封堵的情況下，降低對陶瓷電解質(zhì)管尺寸的尺寸精度要求，降低鈉硫電池的制造成本。第二，減少了儲鈉管對陶瓷電解質(zhì)管內(nèi)壁底面的壓應力，減少了陶瓷電解質(zhì)管破裂的概率，即使陶瓷電解管破裂，也可減小液態(tài)鈉的流速，控制液態(tài)鈉與液態(tài)硫的反應。

圖1為本實用新型的一種鈉硫電池的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為圖1中A部分的放大示意圖。
具體實施方式
請參閱圖1和圖2，本實用新型的發(fā)明人為了能更好地對本實用新型的技術方案進行理解，下面通過具體地實施例，并結(jié)合附圖進行詳細地說明:目前的鈉硫電池主要包括:負極極耳41、負極密封蓋42、上金屬環(huán)43、絕緣環(huán)44、下金屬環(huán)45,金屬圓筒46、正極密封蓋47、陶瓷電解質(zhì)管I和儲鈉管2。金屬圓筒46、陶瓷電解質(zhì)管I和儲鈉管2從外向內(nèi)依次套接，金屬圓筒46、陶瓷電解質(zhì)管I和正極密封蓋47之間形成鈉硫電池的陽極室R2，儲鈉管2和陶瓷電解質(zhì)管I之間形成鈉硫電池的陰極室R1，負極密封蓋42將儲鈉管2與陰極室Rl內(nèi)的負極活性物質(zhì)，即液態(tài)鈉密封，上金屬環(huán)43與負極密封蓋42底面的圓周固定。下金屬環(huán)45將鈉硫電池的陽極室R2密封,下金屬環(huán)45通過激光焊與金屬圓筒46固定。絕緣環(huán)44的頂面和底面通過熱壓焊與上金屬環(huán)43和下金屬環(huán)45分別固定，絕緣環(huán)44通過玻璃封接與陶瓷電解質(zhì)管I的外側(cè)壁和頂面固定，由此陶瓷電解質(zhì)管I與金屬圓筒46成為一體。設在負極密封蓋42頂面中心的負極極耳41用于收集電流以及進行鈉硫電池與鈉硫電池之間的連接。陽極室R2內(nèi)填充有多孔纖維氈，其作用儲存液態(tài)硫磺。本實用新型在目前的鈉硫電池的基礎上對儲鈉管2與陶瓷電解質(zhì)管I之間的安全結(jié)構(gòu)作了改進。實施例1本實用新型的一種鈉硫電池，包括陶瓷電解質(zhì)管I和套接在陶瓷電解質(zhì)管I內(nèi)的儲鈉管2，儲鈉管2和陶瓷電解質(zhì)管I之間形成環(huán)形的間隙，該間隙為鈉硫電池的陰極室Rl0儲鈉管2的底面是平的,儲鈉管2的底面上設有至少一個通孔21,儲鈉管2的正下方設有儲鈉管半球體3，儲鈉管半球體3與儲鈉管2的底面之間留有間隙，這樣儲鈉管2內(nèi)的液態(tài)鈉可沿著位于儲鈉管2底面的通孔21流出。儲鈉管半球體3的底面與陶瓷電解質(zhì)管I內(nèi)壁的底面之間設有纖維緩沖層11，該纖維緩沖層11對液態(tài)鈉不潤濕。當陶瓷電解質(zhì)管I失效時，鈉硫電池的溫度升高，因為陶瓷電解質(zhì)管I多是β 氧化鋁制成的，儲鈉管2多是不銹鋼制成的。因此儲鈉管2的線性膨脹系數(shù)遠大于陶瓷電解質(zhì)管I的線性膨脹系數(shù)，因此儲鈉管2和儲鈉管半球體3之間的間隙逐漸減小，直至儲鈉管半球體3的頂面將位于儲鈉管2底面的通孔21封閉，液態(tài)鈉不再流出。同時，由于儲鈉管半球體3的底面與陶瓷電解質(zhì)管I內(nèi)壁的底面之間設有對液態(tài)鈉不潤濕的纖維緩沖層11，保證儲鈉管半球體3的底面不與陶瓷電解質(zhì)管I的底部剛性接觸，使得陶瓷電解質(zhì)管I的底部不參與反應，更為重要的是，通過儲鈉管2和儲鈉管半球體3之間的間隙，以及纖維緩沖層11，在封堵通孔21時，防止了陶瓷電解質(zhì)管I的底部因為受到來自儲鈉管半球體3的壓力而徹底破裂。保證了鈉硫電池的安全，即使陶瓷電解管I破裂，纖維緩沖層11也可減小液態(tài)鈉的流速，控制液態(tài)鈉與液態(tài)硫的反應。本實施例中纖維緩沖層11是由碳纖維制成的。實施例2請參閱圖1，實施例2是在實施例1基礎上的進一步改進，改進之處在于在陰極室Rl內(nèi)設有緊貼在陶瓷電解質(zhì)管I內(nèi)側(cè)壁上的金屬纖維布12，以及緊貼在金屬纖維布12表面的金屬箔13。金屬纖維布12對液態(tài)鈉是潤濕的。金屬箔13在300°C下仍具有較好的彈性。金屬纖維布12在300°C下和液態(tài)鈉具有較好的潤濕性，同時由于陶瓷電解質(zhì)管I內(nèi)側(cè)壁有一定的圓度公差，且表面不平，金屬纖維布12可以彌補陶瓷電解質(zhì)管I內(nèi)側(cè)壁的圓度公差和表面不平。再配合金屬箔13的彈性作用，金屬纖維布12與陶瓷電解質(zhì)管I內(nèi)側(cè)壁之間形成若干與陶瓷電解質(zhì)管I軸向平行的毛細管間隙(圖中未顯示)，憑借毛細管間隙的毛細作用，液態(tài)鈉在陰極室Rl內(nèi)的液面高度保持恒定，這樣即使在鈉硫電池的放電末期，也能保證陶瓷電解質(zhì)管I的反應面積，從而降低鈉硫電池的極化電阻；另一方面，毛細管間隙也能控制液態(tài)鈉的流速，陶瓷電解質(zhì)管I的側(cè)壁發(fā)生局部破損時，可阻止大量的液態(tài)鈉和液態(tài)硫瞬間發(fā)生反應；鈉硫電池的安全性得到進一步加強。本實施例中，金屬纖維布12與金屬箔13是通過超聲波點焊工藝固定在一起的，采用該工藝的目的在于方便金屬纖維布12緊貼在陶瓷電解質(zhì)管I內(nèi)側(cè)壁上。金屬纖維布12優(yōu)選的材料為304不銹鋼或者316不銹鋼，用于編制金屬纖維布12的金屬纖維，其直徑為
8-20微米，金屬纖維通過無紡紡織工藝編織成金屬纖維布12，并且金屬纖維布12的孔隙率控制在70%-90%，這樣的孔隙率有助于提高金屬纖維布12對液態(tài)鈉的潤濕性。350°C時，使用304不銹鋼或者316不銹鋼的金屬纖維布12，其與液態(tài)鈉的潤濕角約為20°。金屬箔13是由具有一定彈性的奧氏體不銹鋼冷拉而成的，金屬箔13的厚度0.05-0.1mm0鈉硫電池在工作溫度下，金屬箔13對金屬纖維布12的邊緣產(chǎn)生壓力，使金屬纖維布12緊貼陶瓷電解質(zhì)管I內(nèi)側(cè)壁上。實施例3實施例3是在實施例1或2上的進一步改進，實施例3中儲鈉管半球體3與儲鈉管2之間設有導向機構(gòu)5,導向機構(gòu)5包括一塊位于儲鈉管2內(nèi)的隔板51,以及連接隔板51和儲鈉管半球體3頂面的導向部件52，本實施例中，導向部件52為一個連接隔板51和儲鈉管半球體3頂面的圓環(huán)，儲鈉管2膨脹時，該圓環(huán)精確定位儲鈉管2底面下降的軌跡，使儲鈉管2底面沿著該圓環(huán)豎直下降，最終儲鈉管半球體3的頂面將儲鈉管2底面的通孔21封閉，液態(tài)鈉不再從儲鈉管2底面的通孔21內(nèi)流出。當然導向部件52還可以由若干連接隔板51和儲鈉管半球體3頂面的導向桿組成。由于導向機構(gòu)5的存在，在儲鈉管2底面的通孔21能得到有效封堵的情況下，對陶瓷電解質(zhì)管I尺寸的尺寸精度要求進一步降低。實施例4實施例4是在實施例1、實施例2或?qū)嵤├?上的進一步改進，實施例4中，儲鈉管2的側(cè)壁設有波紋管結(jié)構(gòu)，這樣儲鈉管2既有一定的機械強度，同時具有一定的形變能力，保證儲鈉管半球體3的底面能對儲鈉管2的底面的通孔21進行有效地封堵，降低對電解質(zhì)陶瓷電解質(zhì)管I垂直度的要求。本技術領域中的普通技術人員應當認識到，以上的實施例僅是用來說明本實用新型，而并非用作為對本實用新型的限定，只要在本實用新型的實質(zhì)精神范圍內(nèi)，對以上所述實施例的變化、變型都將落在本實用新型的權利要求書范圍內(nèi)。
權利要求1.一種鈉硫電池，包括陶瓷電解質(zhì)管(I)和套接在所述陶瓷電解質(zhì)管(I)內(nèi)的儲鈉管(2)，所述儲鈉管(2)的底面設有至少一個通孔(21)，所述儲鈉管(2)和所述陶瓷電解質(zhì)管(I)之間形成鈉硫電池的陰極室(Rl)，其特征在于: 所述儲鈉管(2)的底面是平的，所述儲鈉管(2)的正下方，設有儲鈉管半球體(3)，所述儲鈉管(2)與所述儲鈉管半球體(3)之間留有間隙，所述儲鈉管半球體(3)與所述陶瓷電解質(zhì)管(I)內(nèi)壁的底面之間設有纖維緩沖層(11)，該纖維緩沖層(11)對液態(tài)鈉不潤濕。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種鈉硫電池，其特征在于:所述陰極室(Rl)內(nèi)，設有緊貼在所述陶瓷電解質(zhì)管(I)內(nèi)側(cè)壁上的金屬纖維布(12)和緊貼在所述金屬纖維布(12)表面的金屬箔(13)，所述金屬纖維布(12)與所述陶瓷電解質(zhì)管(I)的內(nèi)側(cè)壁之間形成若干與所述陶瓷電解質(zhì)管(I)軸向平行的毛細管間隙，所述金屬纖維布(12)對液態(tài)鈉潤濕。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的一種鈉硫電池，其特征在于:所述儲鈉管半球體(3)和所述儲鈉管(2 )之間設有導向機構(gòu)(5 )，所述導向機構(gòu)(5 )包括一塊位于所述儲鈉管(2 )內(nèi)的隔板(51)，以及連接所述隔板(51)和所述儲鈉管半球體(3)頂面的導向部件(52)。
4.根據(jù)權利要求1或2所述的一種鈉硫電池，其特征在于:所述纖維緩沖層(11)是由碳纖維制成的。
5.根據(jù)權利要求2所述的一種鈉硫電池，其特征在于:所述金屬纖維布(12)是由304不銹鋼或者316不銹鋼制成的，所述金屬箔(13)是由奧氏體不銹鋼制成的，所述金屬纖維布(12)與所述金屬箔(13)通過激光點焊固定在一起。
6.根據(jù)權利要求1或2所述的一種鈉硫電池，其特征在于:所述儲鈉管(2)的側(cè)壁設有波紋管結(jié)構(gòu)。
專利摘要本實用新型公開了儲能領域的一種鈉硫電池，包括陶瓷電解質(zhì)管和套接在所述陶瓷電解質(zhì)管內(nèi)的儲鈉管，所述儲鈉管的底面設有至少一個通孔，所述儲鈉管和所述陶瓷電解質(zhì)管之間形成鈉硫電池的陰極室，所述儲鈉管的底面是平的，所述儲鈉管的正下方，設有儲鈉管半球體，所述儲鈉管與所述儲鈉管半球體之間留有間隙，所述儲鈉管半球體與所述陶瓷電解質(zhì)管內(nèi)壁的底面之間設有纖維緩沖層，該纖維緩沖層對液態(tài)鈉不潤濕。其技術效果是在儲鈉管底面通孔能得到有效封閉的情況下，降低對陶瓷電解質(zhì)管尺寸的尺寸精度要求，降低鈉硫電池的制造成本。
文檔編號H01M10/39GK202996994SQ20122068641
公開日2013年6月12日 申請日期2012年12月12日 優(yōu)先權日2012年12月12日
發(fā)明者龔明光, 劉宇, 茅雁, 祝銘, 周日生, 陸志清 申請人:上海電氣鈉硫儲能技術有限公司