一種鈉硫電池的正極容器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種鈉硫電池的正極容器，包括金屬制作的容器外殼，所述容器外殼的內(nèi)壁制備一層連續(xù)的鋁碳復(fù)合材料的內(nèi)襯，所述容器外殼為一端開口、另一端封閉的筒狀結(jié)構(gòu)，所述鋁碳復(fù)合材料包括金屬鋁粉和碳素材料，其中金屬鋁粉為30～90wt.%，其余為碳素材料。該鈉硫電池的正極容器的鋁碳復(fù)合材料的內(nèi)襯防腐蝕性和導(dǎo)電性能好，有利于提高鈉硫電池的安全性和使用壽命。
【專利說明】—種鈉硫電池的正極容器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及儲能【技術(shù)領(lǐng)域】，更具體地涉及一種鈉硫電池的正極容器。
【背景技術(shù)】
[0002]鈉硫電池是以鈉離子導(dǎo)體beta -氧化鋁為電解質(zhì)為固體電解質(zhì)，并分別以單質(zhì)鈉和硫為負極和正極的二次電池。鈉硫電池自1967年由美國福特公司發(fā)明以來，近幾十年來備受世界各國關(guān)注，被視為一種高能量密度的儲能電池。鈉硫電池在儲能【技術(shù)領(lǐng)域】具有廣闊的應(yīng)用前景和巨大的市場潛力。
[0003]鈉硫電池的正極材料中的液態(tài)硫和多硫化鈉(Na2Sr)具有強腐蝕性，會導(dǎo)致正極容器被腐蝕，是引起電池性能退化的主要原因。目前鈉硫電池的正極容器一般采用不銹鋼、金屬鋁或鋁合金材料。不銹鋼正極容器具有很好的高溫特性，但是其抗多硫化鈉的腐蝕性很差。金屬鋁抗硫及多硫化鈉的腐蝕性很強，但是其在表面易形成一層絕緣的Al2S3致密保護膜，因此電池內(nèi)阻的急劇上升，從而影響電池的使用性能。金屬鉻在硫和多硫化鈉的腐蝕速率較低，鍍鉻膜被認為是一種有效的防護方法，其制備方式有電鍍、氣相沉積和噴涂等方法，但是要獲得粘結(jié)力好的致密涂層很困難。日本專利[JP2005071902A]公布了一種通過在正極容器內(nèi)壁熱噴涂獲得致密含金屬鉻涂層的方法，但是該方法容器必須做成通管形式，這往往造成容器底(筒底)和容器壁(筒體)接合部成為防腐蝕的最為薄弱區(qū)域，從而給電池在使用過程中帶來安全隱患。
[0004]金屬鋁本身具有優(yōu)異的抗腐蝕性能，只不過是生成的Al2S3增加了電池內(nèi)阻。因此，若鈉硫電池正極容器既能利用金屬鋁優(yōu)異的抗腐蝕性特性，又能克服使用金屬鋁后電池內(nèi)阻增加的問題，還能形成連續(xù)的防護層對外殼金屬進行全面保護，則可大大提高鈉硫電池使用的安全系數(shù)，推動鈉硫電池應(yīng)用到更加廣闊的領(lǐng)域。本發(fā)明采用鋁碳復(fù)合材料防護內(nèi)襯來達到上述目的，相關(guān)技術(shù)未見報道。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本發(fā)明旨在提供一種防腐蝕性能優(yōu)異且導(dǎo)電性好的鈉硫電池的正極容器，以提高鈉硫電池使用的安全性。
[0006]為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:
一種鈉硫電池的正極容器，包括金屬制作的容器外殼，其特征在于:所述容器外殼的內(nèi)壁制備一層連續(xù)的鋁碳復(fù)合材料的內(nèi)襯。
[0007]所述容器外殼為一端開口、另一端封閉的筒狀結(jié)構(gòu)，所述容器外殼為鋁、鋁合金、低碳鋼和不銹鋼中的一種。
[0008]所述鋁碳復(fù)合材料包括金屬鋁粉和碳素材料，其中金屬鋁粉為30?90wt.%，其余為碳素材料。
[0009]所述碳素材料包括碳粉(石墨粉和炭黑中的至少一種)和結(jié)合劑碳(為結(jié)合劑碳化后的產(chǎn)物)，其中碳粉為碳素材料的50?IOOwt.%,其余為結(jié)合劑碳。[0010] 所述鋁碳復(fù)合材料的內(nèi)襯可通過常規(guī)工藝制備，即可采用等靜壓或噴涂成型，再經(jīng)過熱處理獲得成品，也可將原料混合后直接經(jīng)熱壓獲得成品。
[0011 ] 所述鋁碳復(fù)合材料的內(nèi)襯中的金屬鋁顆粒構(gòu)成復(fù)合材料的主體骨架，所述碳素材料形成相互連通的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)。
[0012]本發(fā)明具有以下優(yōu)點:
1、本發(fā)明采用鋁碳復(fù)合材料作為內(nèi)襯，既具備金屬鋁的優(yōu)異的抗液態(tài)硫和多硫化鈉腐蝕性能，又具備良好的導(dǎo)電性(利用碳材料形成連續(xù)導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò))，能夠有效避免金屬鋁表面生成Al2S3帶來電池內(nèi)阻增加的問題。該鈉硫電池的正極容器的鋁碳復(fù)合材料內(nèi)襯同時兼?zhèn)浜芎玫姆栏g性能和導(dǎo)電性能，有利于提高鈉硫電池安全性和使用壽命。
[0013]2、本發(fā)明容器外殼為一端開口、另一端封閉的筒狀結(jié)構(gòu)，在容器內(nèi)壁形成連續(xù)、無縫隙的鋁碳復(fù)合材料內(nèi)襯，避免了現(xiàn)有技術(shù)存在的容器底和容器壁結(jié)合部防護性能差的問題。
[0014]3、本發(fā)明中鋁碳復(fù)合材料組成為金屬鋁粉和碳素材料，其原料來源豐富、價格低，另外其制備方法可采用常規(guī)工藝實現(xiàn)，避免了現(xiàn)有技術(shù)所采用的高投入和高成本的熱噴涂工藝。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1為本發(fā)明鈉硫電池正極容器的剖面示意圖。
[0016]圖2為本發(fā)明鋁碳復(fù)合材料內(nèi)襯的顯微結(jié)構(gòu)示意圖。
[0017]圖中標記:1容器外殼，2內(nèi)襯，3金屬鋁顆粒，4導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)。
[0018]
【具體實施方式】
[0019]下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明作進一步闡述，但本發(fā)明并不限于以下實施例，所述方法如無特別說明均為常規(guī)方法，所述材料如無特別說明均能從公開商業(yè)途徑而得。
[0020]實施例1
如圖1所不，一種鈉硫電池的正極容器，包括金屬制作的容器外殼1，外殼I為招合金制作，在容器外殼的內(nèi)壁制備一層連續(xù)、均勻和無縫隙的鋁碳復(fù)合材料的內(nèi)襯2，該鋁碳復(fù)合材料含68wt.%的金屬招粉、32wt.%的碳素材料,其中石墨粉(即碳粉)30wt.%以及2wt.%的結(jié)合劑碳。其制備方法是:取一個端開口、一端閉口的鋁合金筒(具體尺寸根據(jù)電池容量大小而定)，鋁合金筒內(nèi)壁先經(jīng)過清洗及噴砂處理，將金屬鋁粉、石墨粉和結(jié)合劑混合均勻后加入筒內(nèi)的橡膠模具工裝，再通過等靜壓內(nèi)壓法將粉體在筒內(nèi)壁壓制成型，壓制完成后將樣品于200°C烘烤4小時，最后在惰性或真空氣氛中于500°C熱處理2小時獲得制品。所制備的鋁碳復(fù)合材料中的金屬鋁顆粒3構(gòu)成復(fù)合材料的主體骨架；該復(fù)合材料中的碳素材料形成相互連通的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)4 (如圖2所示)。該鋁碳復(fù)合材料具有優(yōu)異的抗液態(tài)硫和多硫化鈉腐蝕的性能，并且在材料內(nèi)部形成相互連通的石墨導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，同時具有很好的導(dǎo)電性。
[0021]實施例2
一種鈉硫電池的正極容器，包括金屬制作的容器外殼1，外殼I為低碳鋼制作，在容器外殼的內(nèi)壁制備一層連續(xù)、均勻和無縫隙的鋁碳復(fù)合材料的內(nèi)襯2，該鋁碳復(fù)合材料含70wt.%的金屬招粉、30wt.%的碳素材料,其中石墨粉(即碳粉)15wt.%以及15wt.%的結(jié)合劑碳。其制備方法是:取一個端開口、一端閉口的低碳鋼筒(具體尺寸根據(jù)電池容量大小而定)，低碳鋼筒內(nèi)壁先經(jīng)過清洗及噴砂處理，將金屬鋁粉、炭黑和結(jié)合劑混合均勻，并加入無水乙醇作為稀釋劑，將上述混合物噴涂于低碳鋼筒內(nèi)壁，噴涂完畢后將樣品于60°C烘干，再將樣品于200°C烘烤4小時，最后在惰性或真空氣氛中于500°C熱處理2小時獲得制品。所制備的鋁碳復(fù)合材料中的金屬鋁顆粒3構(gòu)成復(fù)合材料的主體骨架；該復(fù)合材料中的碳素材料形成相互連通的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)4 (如圖2所示)。該鋁碳復(fù)合材料具有優(yōu)異的抗液態(tài)硫和多硫化鈉腐蝕的性能，并且在材料內(nèi)部形成相互連通的石墨導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，同時具有很好的導(dǎo)電性。
[0022]實施例3
一種鈉硫電池的正極容器，包括金屬制作的容器外殼1，外殼I為不銹鋼制作，在容器外殼的內(nèi)壁制備一層連續(xù)、均勻和無縫隙的鋁碳復(fù)合材料的內(nèi)襯2，該鋁碳復(fù)合材料含80wt.%的金屬鋁粉和20%的炭黑(即碳粉)，其制備方法是:取一個端開口、一端閉口的不銹鋼筒(具體尺寸根據(jù)電池容量大小而定)，不銹鋼筒內(nèi)壁先經(jīng)過清洗及噴砂處理，將金屬鋁粉和炭黑混合均勻后加入筒內(nèi)的金屬模具工裝，然后在惰性氣氛中于溫度590°C、壓力30MPa下熱壓I小時獲得制品。所制備的鋁碳復(fù)合材料中的金屬鋁顆粒3構(gòu)成復(fù)合材料的主體骨架；該復(fù)合材料中的碳素材料形成相互連通的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)4 (如圖2所示)。該鋁碳復(fù)合材料具有優(yōu)異的抗液態(tài)硫和多硫化鈉腐蝕的性能，并且在材料內(nèi)部形成相互連通的石墨導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，同時具有很好的導(dǎo)電性。
【權(quán)利要求】
1.一種鈉硫電池的正極容器,包括金屬制作的容器外殼,其特征在于:所述容器外殼的內(nèi)壁制備一層連續(xù)的鋁碳復(fù)合材料的內(nèi)襯。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鈉硫電池的正極容器，其特征在于:所述容器外殼為一端開口、另一端封閉的筒狀結(jié)構(gòu)，所述容器外殼為鋁、鋁合金、低碳鋼和不銹鋼中的一種。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鈉硫電池的正極容器，其特征在于:所述鋁碳復(fù)合材料包括金屬招粉和碳素材料，其中金屬招粉為30?90wt.% ,其余為碳素材料。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種鈉硫電池的正極容器，其特征在于:所述碳素材料包括碳粉和結(jié)合劑碳，其中碳粉為碳素材料的50?IOOwt.%,其余為結(jié)合劑碳。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4所述的一種鈉硫電池的正極容器，其特征在于:所述鋁碳復(fù)合材料的內(nèi)襯中的金屬鋁顆粒構(gòu)成復(fù)合材料的主體骨架，所述碳素材料形成相互連通的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)。
【文檔編號】H01M10/38GK103746147SQ201310669116
【公開日】2014年4月23日 申請日期:2013年12月11日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月11日
【發(fā)明者】唐光盛, 林久, 劉虹邑, 方源 申請人:中國東方電氣集團有限公司