一種帶有安全結(jié)構(gòu)的鈉硫電池的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種鈉硫電池，更具體地說，本實(shí)用新型涉及一種帶有安全結(jié)構(gòu)的鈉硫電池，屬于鈉硫電池技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]鈉硫電池是一種高能量密度的二次電池，已經(jīng)成功應(yīng)用于消峰填谷、可再生能源調(diào)節(jié)、應(yīng)急電源等方面。鈉硫電池是以金屬鈉作為負(fù)極、beta-Al203陶瓷作為電解質(zhì)和隔膜、硫或多硫化鈉作為正極活性物質(zhì)。鈉硫電池的工作溫度為300_400°C，在此工作溫度下負(fù)極的金屬鈉、正極的硫或多硫化鈉是熔融態(tài)，具有很強(qiáng)的反應(yīng)活性。正負(fù)極活性物質(zhì)如果直接大量接觸，將發(fā)生快速的自發(fā)反應(yīng)并釋放大量熱量，如不對這一情況進(jìn)行預(yù)防和控制，將可能引起著火。鈉硫電池的安全性設(shè)計(jì)是關(guān)系到這種電池技術(shù)大規(guī)模應(yīng)用的重要技術(shù)問題。
[0003]目前在鈉硫電池安全性設(shè)計(jì)中，通常采用不銹鋼或鋁合金，或者兩者嵌套的圓柱形空心罐，用于在電池內(nèi)部存儲金屬鈉，在空心罐底部開至少一個限流孔，供電池正常工作過程中熔融金屬鈉的流通，在電池內(nèi)部鈉和硫快速反應(yīng)導(dǎo)致溫度異常時，限流孔抑制金屬鈉從空心罐中流出的速度從而防止大量金屬鈉與硫快速反應(yīng)。國家知識產(chǎn)權(quán)局于2013.5.29公開一件公開號為0~1031239864，名稱為“一種用于鈉硫電池的安全結(jié)構(gòu)”的實(shí)用新型專利，該專利涉及一種在上述帶限流孔的空心罐基礎(chǔ)上增加限流孔封堵部件的安全性設(shè)計(jì)，其特點(diǎn)是，在空心罐內(nèi)部采用一個隔板和封堵部件，隔板和封堵部件之間通過熔絲和彈簧連接，熔絲的熔點(diǎn)小于所述彈簧的熔點(diǎn)，電池正常工作溫度下，彈簧始終處于壓縮狀態(tài)，熔絲在400°C條件下拉力小于彈簧的彈力甚至熔絲發(fā)生斷裂，封堵部件下落將限流孔封閉，阻止金屬鈉從空心罐中流出。
[0004]上述專利涉及的金屬鈉封堵方式能夠在電池內(nèi)部出現(xiàn)溫度異常，并導(dǎo)致熔絲達(dá)到400°C以上后阻止金屬鈉與硫的反應(yīng)，降低電池出現(xiàn)更高溫度甚至著火的可能性。但這種方式有滯后性，如果出現(xiàn)陶瓷隔膜破裂，金屬鈉和硫反應(yīng)至一定程度，使得溫度傳遞到熔絲并使熔絲達(dá)到400°C以上才能夠封堵金屬鈉，與熔絲相連的封堵部件和壓縮狀態(tài)的彈簧有可能提前失效。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0005]本實(shí)用新型旨在解決現(xiàn)有技術(shù)中的鈉硫電池安全結(jié)構(gòu)存在滯后性，安全性不高的問題，提供一種帶有安全結(jié)構(gòu)的鈉硫電池，其結(jié)構(gòu)簡單，裝配容易，實(shí)用性強(qiáng)，且不會出現(xiàn)滯后的情況，安全性大大提尚。
[0006]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型的具體技術(shù)方案如下:
[0007]—種帶有安全結(jié)構(gòu)的鈉硫電池，包括鈉硫電池殼體、儲鈉罐、陶瓷電解質(zhì)隔膜管，其特征在于:所述的陶瓷電解質(zhì)膈膜管套接在所述的儲鈉罐外，所述的陶瓷電解質(zhì)隔膜管與所述的儲鈉罐之間為陰極室，所述的儲鈉罐的底部開有限流孔;所述的陶瓷電解質(zhì)膈膜管的底部與所述的鈉硫電池殼體之間設(shè)置有處于壓縮狀態(tài)的碟簧；
[0008]所述的帶有安全結(jié)構(gòu)的鈉硫電池還包括:所述的陶瓷電解質(zhì)膈膜管的底部與所述的碟簧的頂部之間設(shè)置有用于托住陶瓷電解質(zhì)膈膜管底部的承托件；
[0009]和/或所述的碟簧的底部與所述的鈉硫電池殼體之間設(shè)置有墊板。
[0010]本實(shí)用新型所述的承托件為碗形承托件，與所述的陶瓷電解質(zhì)膈膜管底部相適配。
[0011]本實(shí)用新型所述的承托件為圓片。
[0012]上述承托件的厚度為0.1-5mm。
[0013]本實(shí)用新型所述的墊板為方形或圓形。
[0014]上述墊板的厚度為0.l_4mm。
[0015]本實(shí)用新型所述的碟簧為耐高溫碟簧，其材質(zhì)為表面鍍鉻或鎳鉻涂層的高溫合金鋼。該耐高溫碟簧在500°C以下具有良好的彈性，材質(zhì)例如GH4145、GH4169、因科鎳等，在鈉硫電池中的裝配狀態(tài)為壓縮狀態(tài)，壓力10-500N。
[0016]本實(shí)用新型所述的承托件和墊板的材質(zhì)為耐腐蝕鋼、防銹鋁合金或者陶瓷。例如表面鍍鉻的不銹鋼、5052鋁合金、氧化鋁陶瓷或者氧化鋯陶瓷。
[0017]本實(shí)用新型帶來的有益技術(shù)效果:
[0018]1、本實(shí)用新型解決了現(xiàn)有技術(shù)中的鈉硫電池安全結(jié)構(gòu)存在滯后性，安全性不高的問題。本實(shí)用新型帶有安全結(jié)構(gòu)的鈉硫電池在陶瓷電解質(zhì)膈膜管的底部與所述的鈉硫電池殼體之間設(shè)置有處于壓縮狀態(tài)的碟簧，能夠在鈉硫電池內(nèi)部陶瓷電解質(zhì)膈膜管出現(xiàn)破裂后，立即使陶瓷電解質(zhì)膈膜管內(nèi)底部與儲鈉罐底部貼合，將儲鈉罐底部的限流孔封堵，避免金屬鈉流出與硫快速反應(yīng)，不需要等到鈉和硫大量反應(yīng)導(dǎo)致溫度上升并傳遞到封堵組件，這樣的安全結(jié)構(gòu)沒有滯后性，發(fā)生安全事件能夠即時反應(yīng)，大大提高了安全性。
[0019]2、本實(shí)用新型的鈉硫電池中的安全結(jié)構(gòu)可以預(yù)先獨(dú)立制造，且結(jié)構(gòu)簡單，在裝配鈉硫電池過程中放入即可，方便簡單。
[0020]3、鈉硫電池中陶瓷電解質(zhì)膈膜管是一端開口，另一端密閉的結(jié)構(gòu)，開口端通過玻璃封接與強(qiáng)度高的陶瓷結(jié)構(gòu)件進(jìn)行密封，陶瓷結(jié)構(gòu)件與金屬零件進(jìn)行熱壓密封，本實(shí)用新型鈉硫電池的安全結(jié)構(gòu)能夠在鈉硫電池的玻璃封接、熱壓封接失效時任然保持陶瓷電解質(zhì)膈膜管不脫落，及時隔離金屬鈉和硫。
[0021]4、本實(shí)用新型當(dāng)?shù)?、承托件和墊板同時存在時，適合于陶瓷管底部形狀(圓底或平底)的電池，墊板的存在能夠更好確保碟簧零件的支撐，受電池底部硫電極的影響小。在陶瓷管底部破壞較嚴(yán)重情況下，例如快速破裂成碎片，由于安全結(jié)構(gòu)組合中存在承托件，碟簧直接不會與陶瓷管底部接觸，易將金屬鈉封堵于陶瓷管內(nèi)，非常安全。這種組合還適合于電池底部有較厚硫電極的電池。
[0022]5、本實(shí)用新型當(dāng)只存在碟簧和承托件時，適合于陶瓷管底部形狀(圓底或平底)的電池，不采用墊板可以適當(dāng)降低成本和電池重量。
[0023]6、本實(shí)用新型當(dāng)只存在碟簧和墊板時，可以適當(dāng)降低成本和電池重量，在陶瓷管底部破壞程度不大的情況下能夠較有效發(fā)揮安全功能。
[0024]7、本實(shí)用新型優(yōu)選的，所述的承托件為碗形承托件，與所述的陶瓷電解質(zhì)膈膜管底部相適配。上述結(jié)構(gòu)尤其適合于陶瓷管底部為圓形的電池，在陶瓷管破裂時碗形承托件更容易將金屬鈉封堵與陶瓷管內(nèi)。
[0025]8、本實(shí)用新型優(yōu)選的，所述的承托件為圓片。上述結(jié)構(gòu)適合于陶瓷管底部為平底的電池，在陶瓷管破裂時圓片承托件更容易將金屬鈉封堵與陶瓷管內(nèi)。
[0026]9、本實(shí)用新型優(yōu)選的，承托件的厚度為0.1-5mm;墊板的厚度為0.1-4mm。上述厚度范圍既具有一定強(qiáng)度，又避免過重，很適合加工。
【附圖說明】
[0027]圖1為本實(shí)用新型帶有安全結(jié)構(gòu)的鈉硫電池示意圖；
[0028]圖2為本實(shí)用新型碟簧和承托件組合的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0029]圖3為本實(shí)用新型碟簧和墊板組合的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0030]圖4為本實(shí)用新型承托件為圓片的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0031]附圖標(biāo)記:1為鈉硫電池殼體、2為儲鈉罐、3為陶瓷電解質(zhì)隔膜管、4為陰極室、5為限流孔、6為碟簧、7為承托件、8為墊板。
【具體實(shí)施方式】
[0032]實(shí)施例1
[0033 ] 一種帶有安全結(jié)構(gòu)的鈉硫電池，包括鈉硫電池殼體1、儲鈉罐2、陶瓷電解質(zhì)隔膜管3，所述的陶瓷電解質(zhì)膈膜管3套接在所述的儲鈉罐2外，所述的陶瓷電解質(zhì)隔膜管3與所述的儲鈉罐2之間為陰極室4，所述的儲鈉罐2的底部開有限流孔5;所述的陶瓷電解質(zhì)膈膜管3的底部