本發(fā)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(fā)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(fā)生損壞，會導致大量的液態(tài)鈉在氣壓差的作用下從負極流向正極，與硫發(fā)生劇烈反應，易出現(xiàn)燃燒等安全隱患。

造成上述現(xiàn)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(huán)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(xiàn)較大差異性，不易控制。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是為了克服現(xiàn)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(xiàn)急劇升溫時防止液態(tài)鈉與液態(tài)硫磺發(fā)生劇烈反應。

實現(xiàn)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(tài)硫磺注入所述石墨碳氈，使所述石墨碳氈中充滿液態(tài)硫磺，待注入所述石墨碳氈的液態(tài)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(tài)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(tài)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(huán)，并得到水平截面形狀為半圓環(huán)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(huán)，所述絕緣陶瓷環(huán)的底面封接了豎直截面的形狀為L形正極密封環(huán)；在焊接步驟中，所述正極密封環(huán)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。

采用了本發(fā)明的一種鈉硫電池正極裝配方法的技術方案，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，使石墨碳氈中充滿液態(tài)硫磺，待注入石墨碳氈的液態(tài)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預制硫哈弗的徑向內側的固體電解質陶瓷管腔室中，固體電解質陶瓷管的外壁緊貼預制硫哈弗；焊接步驟：將真空箱抽真空至0.1Pa以下后，通過焊接，接固體電解質陶瓷管與金屬外殼徑向之間的正極室封閉，并在焊接過程中向正極室內注入惰性氣體，使正極室內的氣壓維持在0.024～0.039個標準大氣壓之間。其技術效果是：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,在鈉硫電池因固體電解質陶瓷管損壞而出現(xiàn)急劇升溫時，保證正極室內的氣壓高于負極室，防止液態(tài)鈉通過固體電解質陶瓷管破裂處進入正極室與液態(tài)硫磺發(fā)生劇烈反應，同時防止鈉硫電池使用過程中因為正極室內存在氧氣而發(fā)生副反應導致鈉硫電池性能下降。

附圖說明

圖1為鈉硫電池中預制硫哈弗與金屬外殼安裝示意圖。

圖2為本發(fā)明的一種鈉硫電池正極裝配方法中所采用的真空注硫裝置的結構示意圖。

具體實施方式

請參閱圖1，本發(fā)明的發(fā)明人為了能更好地對本發(fā)明的技術方案進行理解，下面通過具體地實施例，并結合附圖進行詳細地說明：

本發(fā)明的一種鈉硫電池正極裝配方法包括下列步驟：

真空注硫步驟：

先將用以制備預制硫哈弗的石墨碳氈內的空氣全部排除后，再向該石墨碳氈中注入液態(tài)硫磺，待注入該石墨碳氈的液態(tài)硫磺凝固成型后，得到預制硫哈弗21。

本實施例中，真空注硫步驟在一個真空注硫裝置內進行，真空注硫裝置包括一個密封箱11，一個位于密封箱11內的注硫模具12，注硫模具12包括內模121和外模122，內模121和外模121之間形成一個用于固定所述石墨碳氈的，豎直的石墨碳氈槽123，石墨碳氈槽123與石墨碳氈等高，密封箱11的外壁上設有一個用于對密封箱11抽真空的真空閥111。密封箱11的頂部開有連通石墨碳氈槽123與儲硫容器的小孔(圖中未顯示)。外模121和內模122對液態(tài)硫磺不浸潤。

將所述石墨碳氈置于石墨碳氈槽123中，石墨碳氈緊貼注硫模具12的內模121和外模122，在通過真空閥111對密封箱11抽真空后，以使石墨碳氈中空氣排除，通過密封箱11頂部的所述小孔，將所述儲硫容器中的液態(tài)硫磺注入所述石墨碳氈中，使液態(tài)硫磺充滿所述石墨碳氈。注入所述石墨碳氈的液態(tài)硫磺凝固后，得到預置硫哈弗21。

本實施例中，預制硫哈弗21水平截面的形狀為半圓環(huán)，因此要制做兩片預制硫哈弗21。

預制硫哈弗安裝步驟：

將兩塊預置硫哈弗21，相向裝入金屬外殼22，預置硫哈弗21的外半圓周壁緊貼金屬外殼22的內圓周壁。其中金屬外殼22是由3003鋁合金制成的。

固體電解質陶瓷管安裝步驟：將固體電解質陶瓷管(圖中未顯示)裝入由兩片預制硫哈弗21圍成的固體電解質陶瓷管腔室23中，所述固體電解質陶瓷管的外壁，緊貼兩片預制硫哈弗21，以降低鈉硫電池使用過程中的接觸電阻。

焊接步驟：該步驟是在室溫下進行的，由于裝入由兩片預制硫哈弗圍成的固體電解質陶瓷管腔室23中的固體電解質陶瓷管的頂面已經(jīng)與絕緣陶瓷環(huán)進行了玻璃封接，所述絕緣陶瓷環(huán)的底面熱壓封接了豎直截面的形狀為L形正極密封環(huán)。因此先對真空箱抽真空，使真空箱內的氣壓降至0.1Pa以下，焊接過程通過激光焊接將所述正極密封環(huán)的外圓周與金屬外殼22的內圓周固定，從而將所述固體電解質陶瓷管與所述金屬外殼22徑向之間的正極室封閉，焊接過程中向所述正極室內補充一定量的惰性氣體，比如氮氣或氬氣來控制整個正極室內的氣壓，使所述正極室內的惰性氣體的氣壓應保持在0.024～0.038個標準大氣壓之間。

當鈉硫電池升溫至超過300℃時，正極室內充滿惰性氣體，正極室的氣壓由負壓焊接步驟中補充的惰性氣體的分壓和硫磺蒸汽的分壓疊加而成。預制硫哈弗21內硫磺在300℃熔融后，硫磺蒸汽的分壓為0.2～0.25個標準大氣壓個標準大氣壓。在負壓焊接過程中需往正極部件內補充0.024～0.038個標準大氣壓的氮氣，在300℃下的分壓為0.3～0.45個標準大氣壓，因此在300℃時鈉硫電池的正極室內的氣壓穩(wěn)定在0.5～0.7個標準大氣壓之間。

鈉硫電池在升溫后，正極室內的氣體為惰性氣體，惰性氣體不會與硫磺發(fā)生化學反應?？梢允沟谜龢O室內部氣壓穩(wěn)定維持在0.5～0.7個標準大氣壓之間。

本發(fā)明的一種鈉硫電池正極裝配方法能夠最大程度精確控制正極室的氣壓，且極大的簡化了鈉硫電池正極的結構。鈉硫電池正常工作時，將鈉硫電池的正極室的氣壓控制在1個標準大氣壓以下，可有效保護鈉硫電池封接部位；當鈉硫電池因損壞而急劇升溫時，將正極室的氣壓控制在負極室的氣壓之上，可有效防止β”-Al₂O₃制成的固體電解質陶瓷管損壞而導致金屬鈉與硫直接劇烈反應，提高了電池的安全性。

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發(fā)明，而并非用作為對本發(fā)明的限定，只要在本發(fā)明的實質精神范圍內，對以上所述實施例的變化、變型都將落在本發(fā)明的權利要求書范圍內。