一種鈉硫電池正極密封結構的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了化學儲能領域的一種鈉硫電池正極密封結構，包括電解質陶瓷管和外殼，電解質陶瓷管的頂面上固定有一個徑向向外突出的陶瓷絕緣環；其還包括L型金屬環、槽形金屬環和頂部金屬環；L型金屬環的水平段的頂面與陶瓷絕緣環的底面固定；L型金屬環的垂直段的內側面與陶瓷絕緣環的外側面固定，外側面與外殼的內側面分離，且頂面高于陶瓷絕緣環的頂面；槽形金屬環的內圈槽壁高于其外圈槽壁，外圈槽壁的外側面與L型金屬環的垂直段的內側面固定，頂面與L型金屬環的垂直段的頂面等高；頂部金屬環連接槽形金屬環的內圈槽壁的外側面和外殼的內側面，頂部金屬環的頂面上設有一個環形槽。其技術效果是：在鈉硫電池降溫過程中，有效分散了電解質陶瓷管所受到的應力。
【專利說明】—種鈉硫電池正極密封結構
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及化學儲能領域的一種鈉硫電池正極密封結構。
【背景技術】
[0002]鈉硫電池的關鍵材料是β ” -Al2O3制成的電解質陶瓷管，電池安全性能在很大程度上取決于電解質陶瓷管的力學性能。一旦電解質陶瓷管有微裂紋或者破裂，鈉和硫直接接觸發生劇烈反應，溫度最高可達2000°C。鈉硫電池的安全性主要有兩個方面，其中一個為電池升降溫安全性能，電池模塊不可避免的要進行定期維護等工作，電池降溫時，尤其是溫度降至280°C之下時，鈉硫電池正極室內的多硫化鈉凝固，電解質陶瓷管底部收到較大壓應力，如果壓應力得到不釋放，容易導致電解質陶瓷管的管口部和底部破裂，造成鈉和硫磺直接發生反應，危害性較大。
[0003]如圖1所示，現有的鈉硫電池中，電解質陶瓷管100的頂面上固定有一個徑向向外突出的陶瓷絕緣環1，陶瓷絕緣環I與電解質陶瓷管100是通過熱壓焊固定的。陶瓷絕緣環I的頂面與鈉硫電池的負極密封蓋300之間通過負極密封環5連接，負極密封環5的底部設有一個徑向向外突出的凸緣52，凸緣52的底面與陶瓷絕緣環I的頂面通過熱壓焊固定，從而將鈉硫電池的負極室310封閉。而陶瓷絕緣環I與鈉硫電池的外殼200的徑向之間設有正極密封環7，正極密封環7與陶瓷絕緣環I之間通過熱壓焊固定，正極密封環7與外殼200的內側面之間通過焊接固定，從而將鈉硫電池的正極室210封閉。
[0004]這樣的設計，在鈉硫電池降溫過程中，電解質陶瓷管100受到的應力，傳遞到陶瓷絕緣環I上后，很難再通過正極密封環7和負極密封環5分散。為了分散電解質陶瓷管100受到的應力，外殼200采用了波紋管的結構。采用具有高韌性的鋁合金材質時，加工出波紋管的結構是沒問題的，使用不銹鋼來生產鈉硫電池的外殼200時，很難加工出波紋管結構，另外一方面，這樣的設計也不能從根本上消除電解質陶瓷管100所受到的應力，電解質陶瓷管100的底部和管口仍舊會開裂，因此必須考慮其它方式來分散電解質陶瓷管100所受到的應力。
實用新型內容
[0005]本實用新型的目的是為了克服現有技術的不足，提供一種鈉硫電池正極密封結構，其能夠在鈉硫電池降溫過程中，從根本上消除電解質陶瓷管所受到的應力。
[0006]實現上述目的的一種技術方案是:一種鈉硫電池正極密封結構，包括電解質陶瓷管和外殼，所述電解質陶瓷管的頂面上固定有一個徑向向外突出的陶瓷絕緣環；其特征在于:
[0007]其還包括L形金屬環、槽形金屬環和頂部金屬環；
[0008]所述L形金屬環分為垂直段和水平段，所述水平段的頂面與所述陶瓷絕緣環的底面固定，所述垂直段的內側面與所述陶瓷絕緣環的外側面固定；所述垂直段的外側面與所述外殼的內側面分離，所述垂直段的頂面高于所述陶瓷絕緣環的頂面；[0009]所述槽形金屬環的底面高于所述陶瓷絕緣環的頂面，所述槽形金屬環上設有內圈槽壁和外圈槽壁，所述內圈槽壁高于所述外圈槽壁，所述外圈槽壁的外側面與所述L形金屬環的垂直段的內側面固定，且所述外圈槽壁的頂面與所述L形金屬環的垂直段的頂面等聞;
[0010]所述頂部金屬環連接所述槽形金屬環的內圈槽壁的外側面和所述外殼的內側面，所述頂部金屬環的頂面與所述槽形金屬環內圈槽壁的頂面以及所述外殼的頂面等高；所述頂部金屬環的頂面上設有一個環形槽。
[0011]進一步的，沿所述陶瓷絕緣環底面的外緣設有倒臺階結構，所述L形金屬環的水平段的頂面與所述倒臺階結構的底面固定。
[0012]進一步的，所述外殼的內側面的頂部設有限位臺階結構，所述頂部金屬環的底面以及外側面與該限位臺階結構固定。
[0013]再進一步的，所述L形金屬環與所述陶瓷絕緣環之間通過熱壓焊固定，所述L形金屬環與所述槽形金屬環之間、所述槽形金屬環與所述頂部金屬環之間，以及所述頂部金屬環與所述外殼之間均通過焊接固定。
[0014]更進一步的，所述L形金屬環與所述陶瓷絕緣環之間通過熱壓焊固定，所述L形金屬環與所述槽形金屬環之間、所述槽形金屬環與所述頂部金屬環之間，以及所述頂部金屬環與所述外殼之間均通過焊接固定。
[0015]更進一步的，所述L形金屬環的厚度d為0.3?1mm，且所述L形金屬環的垂直段的頂面高于所述陶瓷絕緣環的頂面的高度hi為4-10_。
[0016]還要進一步的，所述槽形金屬環的外圈槽壁的高度h2為1.5?2.5mm。
[0017]采用了本實用新型的一種鈉硫電池正極密封結構的技術方案，即通過在陶瓷絕緣環與外殼之間設置鏈式連接的L形金屬環、槽形金屬環和頂部金屬環來封閉鈉硫電池的正極室，并且L形金屬環的垂直段的外側面與外殼的內側面分離的技術方案。其技術效果是:通過L形金屬環、槽形金屬環和頂部金屬環的形變，可以有效吸收電解質陶瓷管所受到的應力，從而在鈉硫電池降溫維護的過程中，防止電解質陶瓷管底部和頂部的開裂，保護鈉硫電池的安全運行。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0018]圖1為現有技術的鈉硫電池正極密封結構的結構示意圖。
[0019]圖2為本實用新型的一種鈉硫電池正極密封結構的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0020]請參閱圖2，本實用新型的發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，并結合附圖進行詳細地說明:
[0021]請參閱圖2，本實用新型的一種鈉硫電池正極密封結構，包括電解質陶瓷管100和外殼200，電解質陶瓷管100的頂面上固定有一個徑向向外突出的陶瓷絕緣環I ;本實用新型的一種鈉硫電池正極密封結構還包括L形金屬環2、槽形金屬環3和頂部金屬環4。L形金屬環2、槽形金屬環3和頂部金屬環4通過鏈式連接將電解質陶瓷管100的外側面和外殼200的內側面連接，以將位于電解質陶瓷管100和外殼200之間的正極室210封閉。[0022]其中，陶瓷絕緣環I的底面，圍繞陶瓷絕緣環I的外緣設有倒臺階結構11。
[0023]L形金屬環2分為垂直段21和水平段22，水平段22的頂面與陶瓷絕緣環I的底面固定，或者說水平段22的頂面與陶瓷絕緣環I的倒臺階結構11的底面固定。垂直段21的內側面與陶瓷絕緣環I的外側面固定；垂直段21的外側面與外殼200的內側面分離，垂直段21的頂面高于陶瓷絕緣環I的頂面。
[0024]電解質陶瓷管100與陶瓷絕緣環I之間，陶瓷絕緣環I與L形金屬環2之間均通過熱壓焊固定，由于熱壓焊所選用的焊料是純鋁，因此L形金屬環2優選材料為純鋁或者鋁合金。這是目前陶瓷與陶瓷之間，陶瓷與金屬之間常用的固定方式。槽形金屬環3和頂部金屬環4的優選材料也為純鋁或鋁合金。
[0025]槽形金屬環3的開口向上，且槽型金屬環3的底面高于陶瓷絕緣環I的頂面，即槽型金屬環3的底面與陶瓷絕緣環I的頂面分離。槽形金屬環3上設有內圈槽壁31和外圈槽壁32，而且內圈槽壁31高于外圈槽壁32。其中外圈槽壁32的外側面與L形金屬環2的垂直段21的內側面通過焊接固定，優選的焊接方式為激光焊或者惰性氣體鎢極保護焊，以防止正極室210內的物料被污染。外圈槽壁32的頂面與L形金屬環2的垂直段21的頂面是等高的，以方便槽型金屬環3的外圈槽壁32與L形金屬環2的垂直段21之間的焊接。
[0026]頂部金屬環4連接槽形金屬環3的內圈槽壁31外側面的頂部和外殼200內側面的頂部。頂部金屬環4的內側面與槽形金屬環3的內圈槽壁31的外側面通過焊接固定。外殼200內側面的頂部，設有限位臺階結構201，頂部金屬環4的外側面與底面與該限位臺階結構201通過焊接固定，從而將鈉硫電池的正極室210封閉。頂部金屬環4與槽形金屬環3的內圈槽壁31的外側面之間，以及與外殼200的內側面之間焊接固定，焊接的優選方式為激光焊或者惰性氣體鎢極保護焊，以防止正極室210內的物料被污染。
[0027]同時頂部金屬環4的頂面與槽形金屬環3內圈槽壁31的頂面以及外殼200的頂面是等高的，而且頂部金屬環4的頂面上設有一個環形槽41，以便于頂部金屬環4與槽型金屬環3，頂部金屬環4與外殼200之間的焊接。
[0028]通過在陶瓷絕緣環I與外殼200的內側面之間設置鏈式連接L形金屬環2、槽形金屬環3和頂部金屬環4，將位于電解質陶瓷管100與外殼200之間的正極室210封閉。這樣的設計可以在鈉硫電池降溫過程中，將電解質陶瓷管100所受到的應力，通過陶瓷絕緣環I傳遞給L形金屬環2、槽形金屬環3和頂部金屬環4，而L形金屬環2、槽形金屬環3和頂部金屬環4通過形變，吸收電解質陶瓷管100所受到的應力，從而防止電解質陶瓷管100底部和頂部的開裂或出現微裂紋，保護鈉硫電池的安全運行。
[0029]而陶瓷絕緣環I的底面設有倒臺階結構11的作用在于:防止由于陶瓷絕緣環I在承受陶瓷電解管100傳遞過來的應力時發生開裂，從而造成鈉硫電池失效。
[0030]外殼200的內側面的頂部設有限位臺階結構201的作用在于加強頂部金屬環4與外殼200之間的焊接強度。
[0031]為了進一步保證鈉硫電池的穩定運行，對于L形金屬環2、槽形金屬環3的尺寸也做出了具體的規定:
[0032]其中L形金屬環2的厚度d為0.3?1mm, L形金屬環2的厚度d低于0.3mm,則L形金屬環2加工困難,力學性能較差，。厚度大于1_，無法通過形變有效吸收電解質陶瓷管100所受到的應力，亦無法使槽形金屬環3和頂部金屬環4通過形變有效吸收電解質陶瓷管100所受到的應力造成陶瓷絕緣環I受到的殘余應力加大，導致陶瓷絕緣環I開裂，鈉硫電池失效。
[0033]L形金屬環2的垂直段21的頂面高于陶瓷絕緣環I的頂面的高度hi為4_10mm。若L形金屬環2的垂直段21的頂面高于陶瓷絕緣環I的頂面的高度hi小于4mm，鈉硫電池容易短路，L形金屬環2的垂直段21的頂面高于陶瓷絕緣環I的頂面的高度hi大于10mm，一會造成L形金屬環2制造過程中的材料浪費，二不利于鈉硫電池運行過程中的溫度場。
[0034]槽形金屬環3的外圈槽壁32的高度h2為1.5?2.5mm。槽形金屬環3的外圈槽壁32的高度h2小于1.5mm,則槽形金屬環3的外圈槽壁32與L形金屬環2的垂直段21之間的焊接強度降低，槽形金屬環3的外圈槽壁32的高度h2大于2.5_，槽形金屬環3的底面與陶瓷絕緣環I的頂面之間的距離減小，鈉硫電池容易短路。
[0035]同時，陶瓷絕緣環I的頂面與鈉硫電池的負極密封蓋300之間通過負極密封環5連接，負極密封環5頂部的內側面與負極密封蓋300的側壁通過激光焊固定，負極密封環5的底部設有一個凸緣52，凸緣52的底面與陶瓷絕緣環I的頂面通過熱壓焊固定。通陶瓷絕緣環1、L形金屬環2、槽形金屬環3和頂部金屬環4的鏈式連接結構，也有利于將電解質陶瓷管100所受到的應力傳遞到負極密封環5上，通過負極密封環5的形變來吸收部分電解質陶瓷管100受到的應力。
[0036]為了防止陶瓷絕緣環I開裂，陶瓷絕緣環I的頂面上，沿陶瓷絕緣環I的頂面的內緣設有一個下凹臺階面12，負極密封環5的凸緣52的底面與該下凹臺階面12固定。
[0037]經檢測，采用了本實用新型的一種鈉硫電池正極密封結構的結構后，鈉硫電池在經歷二十次降溫和升溫后，其電解質陶瓷管100的底部和頂部仍舊保持完好而無任何破裂或微裂紋，確保鈉硫電池的使用壽命可達10年以上。
[0038]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精神范圍內，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。
【權利要求】
1.一種鈉硫電池正極密封結構，包括電解質陶瓷管(100)和外殼(200)，所述電解質陶瓷管(100)的頂面上固定有一個徑向向外突出的陶瓷絕緣環(I);其特征在于: 其還包括L形金屬環(2)、槽形金屬環(3)和頂部金屬環(4)； 所述L形金屬環(2)分為垂直段(21)和水平段(22)，所述水平段(22)的頂面與所述陶瓷絕緣環(I)的底面固定，所述垂直段(21)的內側面與所述陶瓷絕緣環(I)的外側面固定；所述垂直段(21)的外側面與所述外殼(200)的內側面分離，所述垂直段(21)的頂面高于所述陶瓷絕緣環(I)的頂面； 所述槽形金屬環(3 )的底面高于所述陶瓷絕緣環(I)的頂面，所述槽形金屬環(3 )上設有內圈槽壁(31)和外圈槽壁(32)，所述內圈槽壁(31)高于所述外圈槽壁(32)，所述外圈槽壁(32)的外側面與所述L形金屬環(2)的垂直段(21)的內側面固定，且所述外圈槽壁(32)的頂面與所述L形金屬環(2)的垂直段(21)的頂面等高； 所述頂部金屬環(4)連接所述槽形金屬環(3)的內圈槽壁(31)的外側面和所述外殼(200)的內側面，所述頂部金屬環(4)的頂面與所述槽形金屬環(3)內圈槽壁(31)的頂面以及所述外殼(200)的頂面等高；所述頂部金屬環(4)的頂面上設有一個環形槽(41)。
2.根據權利要求1所述的一種鈉硫電池正極密封結構，其特征在于:沿所述陶瓷絕緣環(I)底面的外緣設有倒臺階結構(11)，所述L形金屬環(2)的水平段(21)的頂面與所述倒臺階結構(11)的底面固定。
3.根據權利要求1所述的一種鈉硫電池正極密封結構，其特征在于:所述外殼(200)的內側面的頂部設有限位臺階結構(201)，所述頂部金屬環(4)的底面以及外側面與該限位臺階結構(201)固定。
4.根據權利要求1至3中任意一項所述的一種鈉硫電池正極密封結構，其特征在于:所述L形金屬環(2)與所述陶瓷絕緣環(I)之間通過熱壓焊固定，所述L形金屬環(2)與所述槽形金屬環(3)之間、所述槽形金屬環(3)與所述頂部金屬環(4)之間，以及所述頂部金屬環(4)與所述外殼(200)之間均通過焊接固定。
5.根據權利要求4所述的一種鈉硫電池正極密封結構，其特征在于:所述L形金屬環(2)與所述槽形金屬環(3)之間、所述槽形金屬環(3)與所述頂部金屬環(4)之間，以及所述頂部金屬環(4)與所述外殼(200)之間均通過激光焊或者惰性氣體鎢極保護焊固定。
6.根據權利要求4所述的一種鈉硫電池正極密封結構，其特征在于:所述L形金屬環(2 )的厚度d為0.3?1mm，且所述L形金屬環(2 )的垂直段(21)的頂面高于所述陶瓷絕緣環(I)的頂面的高度hi為4-10mm。
7.根據權利要求6所述的一種鈉硫電池正極密封結構，其特征在于:所述槽形金屬環(3)的外圈槽壁(32)的高度h2為1.5?2.5mm。
【文檔編號】H01M10/38GK203491352SQ201320640013
【公開日】2014年3月19日 申請日期:2013年10月17日 優先權日:2013年10月17日
【發明者】龔明光, 韓金鐸, 朱翔宇, 祝銘, 黃毓敏 申請人:上海電氣鈉硫儲能技術有限公司