一種鈉硫電池的制作方法
【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，包括從外向內依次套接的外殼、固體電解質陶瓷管、儲鈉管,以及將所述儲鈉管頂部封閉的頂部密封蓋，所述外殼與所述固體電解質陶瓷管之間形成正極室，所述儲鈉管與所述固體電解質陶瓷管之間形成負極室，所述外殼的外圓周上固定有一根豎直方向的集流柱，所述集流柱的頂面上固定有正極極耳，所述正極極耳為一個塊狀導電體，其頂面上設有用于固定電池連接件的正極固定裝置，所述正極極耳與所述外殼的外圓周之間留有間隙，所述正極極耳和所述集流柱的電阻率均小于所述外殼的電阻率；所述頂部密封蓋頂面中心設有凸臺，所述凸臺頂面的中心設有可供電池連接件套接的負極極耳，以及位于所述負極極耳上，用于固定電池連接件的負極固定裝置。
【專利說明】—種鈉硫電池
【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。
【背景技術】
[0002]現有的鈉硫電池外殼采用不銹鋼或者鋁、鋁合金材料。外殼除作為活性物質硫以及多硫化鈉的儲存場所，兼做正極集流體。如采用不銹鋼作為鈉硫電池外殼材料，由于不銹鋼的電阻率較高，約是鋁的30倍，鈉硫電池通過大電流時，電池自上而下的電流密度分布極不均勻，不僅造成電池內阻增加，而且影響電池的循環壽命。
[0003]鈉硫電池負極集流體采用不銹鋼片作為負極極耳，負極極耳的水平截面的截面面積小，電阻大，電池長期工作時，負極極耳容易因發熱斷裂。
實用新型內容
[0004]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，其能夠有效降低鈉硫電池與電池連接件之間的接觸電阻，在有大電流通過時，其自上而下的電流密度均勻分布，從而有效降低其內阻，鈉硫電池過流能力強，使用壽命長。
[0005]實現上述目的的一種技術方案是:一種鈉硫電池，包括從外向內依次套接的外殼、固體電解質陶瓷管、儲鈉管，以及將所述儲鈉管頂部封閉的頂部密封蓋，所述外殼與所述固體電解質陶瓷管之間形成正極室，所述儲鈉管與所述固體電解質陶瓷管之間形成負極室，所述固體電解質陶瓷管的頂面上設有絕緣環，所述正極室通過位于所述絕緣環和所述外殼之間的正極密封環封閉，所述負極室通過連接所述絕緣環頂面和所述頂部密封蓋的負極密封環封閉；
[0006]所述外殼的外圓周上固定有一根豎直方向的集流柱，所述集流柱的頂面上固定有正極極耳，所述正極極耳為一個塊狀導電體，其頂面上設有用于固定電池連接件的正極固定裝置，所述正極極耳與所述外殼的外圓周之間留有間隙，所述正極極耳和所述集流柱的電阻率均小于所述外殼的電阻率；
[0007]所述頂部密封蓋頂面中心設有凸臺，所述凸臺頂面上的中心設有可供電池連接件套接的，與所述凸臺的頂面垂直的負極極耳，以及位于所述負極極耳上，用于固定電池連接件的負極固定裝置。
[0008]進一步的，所述集流柱是通過點焊焊接固定在所述外殼的外圓周上的。
[0009]再進一步的，所述集流柱與所述外殼外圓周之間，點焊焊接的工藝為氬弧焊或者激光焊。
[0010]進一步的，所述正極固定裝置由位于所述正極極耳頂面上的下沉式內螺紋，以及與所述下沉式內螺紋相配的螺栓組成。
[0011]進一步的，所述正極極耳與所述集流柱的頂面之間通過冷壓焊接固定。
[0012]進一步的，所述正極極耳的底面分為位于靠近所述外殼一側的水平的焊接面和遠離所述外殼一側的，向上傾斜的坡面，所述焊接面與所述集流柱的頂面通過冷壓焊接固定，所述坡面與焊接面之間呈鈍角。
[0013]進一步的,所述集流柱為直徑Imm的鎳棒或者鎳合金棒。
[0014]進一步的，所述負極極耳與所述凸臺是一體的，所述凸臺通過焊接固定在所述頂部密封蓋的頂面上。
[0015]進一步的，所述負極極耳為圓柱體，所述負極固定裝置由位于所述負極極耳外圓周底部的外螺紋，以及與所述外螺紋相匹配的螺帽組成。
[0016]再進一步的，所述外螺紋的直徑為10mm。
[0017]采用了本實用新型的一種鈉硫電池的技術方案，即在外殼的外圓周上固定有一根與豎直方向平行的集流柱，所述集流柱的頂面上固定正極極耳，所述正極極耳為一個塊狀導電體，頂面上設有用于固定電池連接件的正極固定裝置，所述正極極耳與所述外殼的外圓周之間留有間隙，所述正極極耳和所述集流柱的電阻率均小于所述外殼的電阻率，頂部密封蓋頂面中心設有凸臺，所述凸臺頂面上的中心設有可供電池連接件套接的，與所述凸臺頂面垂直的負極極耳，所述負極極耳上設有用于固定電池連接件的負極固定裝置的鈉硫電池的技術方案。其技術效果是:鈉硫電池的正極極耳以及負極極耳與電池連接件之間的接觸面積大，接觸電阻低，在有大電流通過時，鈉硫電池自上而下的電流密度均勻分布，使鈉硫電池的內阻降低，過流能力增強，使用壽命得以延長。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0018]圖1為本實用新型的一種鈉硫電池的結構示意圖。
[0019]圖2為本實用新型的一種鈉硫電池的正極集流體的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0020]請參閱圖1和圖2，本實用新型的發明人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1,鈉硫電池包括從外依次向內套接的外殼1、固體電解質陶瓷管4和儲鈉管5，以及正極密封環13、負極密封環14和位于固體電解質陶瓷管4頂面上的絕緣環12。其中，外殼I的底部設有底部密封蓋U。外殼1、固體電解質陶瓷管4和底部密封蓋11之間形成正極室a，正極密封環13在外殼I和絕緣環12徑向之間將正極室a封閉。正極室a內裝有石墨氈(圖1中未顯示)，鈉硫電池的正極反應材料，硫或多硫化鈉一般填充在位于外殼I和固體電解質陶瓷管4之間的石墨氈中。負極密封環14位于絕緣環12的頂面上，儲鈉管5、固體電解質陶瓷管4、絕緣環12和負極密封環14圍成鈉硫電池的負極室b。負極室b內始終充滿液態金屬鈉，液態金屬鈉是鈉硫電池的負極反應物。儲鈉管5存儲液態金屬鈉，并向負極室b輸送液態金屬鈉。儲鈉管5的頂部設有頂部密封蓋6，將儲鈉管4的頂部封閉，頂部密封蓋6的外圓周與負極密封環14焊接固定，從而將負極室b和儲鈉管5的頂部封閉。負極室b內始終充滿液態金屬鈉,從而使頂部密封蓋6的底面始終與負極室b內的液態金屬鈉的液面接觸。上述都是鈉硫電池的慣常設計。
[0022]鈉硫電池上一般設有正極集流體和負極集流體。任意一個鈉硫電池的正極集流體均可通過電池連接件9，比如導線、連接排等，連接相鄰鈉硫電池的負極集流體，從而將若干個鈉硫電池連接成為鈉硫電池組。
[0023]本實用新型中，對鈉硫電池的正極集流體和負極集流體進行了改進。
[0024]請參閱圖2，本實用新型的一種鈉硫電池中，正極集流體除了包括外殼1、還包括集流柱2和正極極耳3。其中外殼I采用耐腐蝕的奧氏體不銹鋼，以滿足鈉硫電池長期使用的需要。
[0025]集流柱2以點焊焊接的方式，沿著豎直方向，固定在外殼I的外圓周上。點焊焊接的焊接工藝可采用激光焊接、氬弧焊等焊接工藝，以保證集流柱2與外殼I之間的導電性。同時，集流柱2的電阻率小于外殼I的電阻率。當然，外殼I和集流柱2也可通過除點焊焊接以外的其它方式固定，但前提條件是必須保證外殼I與集流柱2之間的導電性。
[0026]正極極耳3為一塊狀導電體，固定在集流柱2的頂面上。本實施例中，正極極耳3與集流柱2之間通過過冷壓焊接固定。當然，正極極耳3與集流柱2也可以通過其它方式固定，但前提條件是必須保證正極極耳3與集流柱2之間的導電性，以及正極極耳3與外殼I之間的絕緣性，即正極極耳3與外殼I之間不能直接導電，而必須通過集流柱2實現導電。本實施例中，正極極耳3與外殼I之間的絕緣方法為:正極極耳3與外殼I之間是分離的，即正極極耳3與外殼I的外圓周之間留有間隙。正極極耳3與集流柱2之間通過過冷壓焊接固定的目的就在于保證正極極耳3只與集流柱2固定的同時，與外殼I之間產生足夠的間隙而絕緣。
[0027]通過在外殼I的外圓周上固定豎直方向的集流柱2，在集流柱2的頂面上固定正極極耳3，并使正極極耳3與外殼I之間絕緣。這樣，能夠在大電流通過鈉硫電池時，都必須通過集流柱2，而不是直接流經外殼I，因此正極集流體中，起到集流作用的是集流柱2而不是外殼I。因此大電流主要在集流柱2上。由于集流柱2的電阻率小于外殼I的電阻率，鈉硫電池的過流能力增強，因此可以保證鈉硫電池內部，自上而下的電流密度均勻分布，降低鈉硫電池的內阻,保證鈉硫電池的循環壽命。
[0028]正極極耳3的頂面上，設有用于將電池連接件9固定在正極極耳3頂面上的正極固定裝置。本實施例中，正極固定裝置由位于正極極耳3頂面上的下沉式內螺紋31，以及與下沉式內螺紋31相配的螺栓32組成。電池連接件9通過螺栓32和下沉式內螺紋31，固定在正極極耳3的頂面上，并與正極極耳3的頂面，以及螺栓32的外圓周相接觸，以使正極極耳3和電池連接件9之間能夠導電。下沉式內螺紋31的直徑優選直徑10mm，小于10mm，電池連接件9與正極極耳3之間的連接強度不夠，電池連接件9與正極極耳3，以及螺栓32之間的接觸面積小，接觸電阻大，直徑大于10mm，電池連接件9與正極極耳3之間的連接強度過大，影響單體鈉硫電池封接強度，比如正極極耳3與集流柱2之間的連接強度，以及集流柱2與外殼之間的連接強度。
[0029]本實施例中，為了防止鈉硫電池發生正負極短路，正極極耳3的頂面高于外殼I的頂面。
[0030]本實施例中,集流柱2采用的是直徑為Imm的鎳棒或者鎳合金棒,采用鎳棒或者鎳合金棒的原因一方面在于:鎳棒或者鎳合金棒的電阻率小于奧氏體不銹鋼的電阻率，便于集流柱2的集流。另外一方面，鎳棒或者鎳合金棒容易與奧氏體不銹鋼制成的外殼I焊接并固定。采用直徑為Imm的鎳棒或者鎳合金棒，原因在于:鎳棒或者鎳合金棒直徑過小，將造成鈉硫電池內阻的升高，鎳棒或者鎳合金棒直徑過大，造成制造成本上升以及浪費。當然，鎳棒或者鎳合金棒的截面形狀也可以是其他形狀，比如矩形等。
[0031]本實施例中，集流柱2與外殼I的外圓周之間，任意兩個相鄰的點焊焊接的焊接點之間的間距為10mm。這樣設計的目的在于:任意兩個相鄰的點焊焊接的焊接點之間的間距過大，集流柱2與外殼I之間的連接強度不夠，集流柱2易與正極極耳3分離；反之，可能造成焊接時熱影響區域增加。
[0032]正極極耳3采用鋁合金材質，尤其可選用硬度高，耐高溫的銅鋁合金，選用銅鋁合金的目的在于:銅鋁合金強度高，可以防止正極極耳3在使用過程中斷裂，同時，銅鋁合金的導電性好，可以保證大電流的過流，從而保證鈉硫電池內部，自上而下的電流密度均勻分布。
[0033]同時，正極極耳3的底面分為位于靠近外殼I 一側的水平的焊接面33和遠離外殼I 一側的向上傾斜的坡面34，焊接面33用于與集流柱2的頂面進行冷壓焊接，坡面34與焊接面33之間呈鈍角。這樣設計的目的在于:保證正極極耳3的底面與集流柱2的頂面焊接后，重心保持穩定，從而防止正極極耳3從集流柱2的頂面脫落。
[0034]負極集流體除了用于將鈉硫電池的負極室b和儲鈉管5封閉的頂部密封蓋6以夕卜，還包括凸臺7和負極極耳8，以及位于負極極耳8上，用于將電池連接件9固定的負極固定裝置。其中凸臺7位于頂部密封蓋6頂面的中心，負極極耳8位于凸臺7頂面的中心，并與凸臺7的頂面垂直。凸臺7的作用在于:鈉硫電池通過電池連接件9連接成為鈉硫電池組以后，防止單個鈉硫電池發生正負極的短路。本實施例中，凸臺7的高度為3?7_，如若凸臺7的高度大于7_，將造成鈉硫電池的內阻增加和成本的上升，高度小于3_，鈉硫電池通過電池連接件連接成為鈉硫電池組以后，防止單個鈉硫電池發生正負極的短路的效果將打折扣。同時凸臺7的頂面與正極極耳3的頂面是等高的。
[0035]本實施例中，負極極耳8與凸臺7是一體的，凸臺7通過焊接固定在頂部密封蓋6的頂面上，以保證負極集流體的導電性。為了便于凸臺7與頂部密封蓋6的焊接，負極極耳
8、凸臺7與頂部密封蓋6都是由不銹鋼制成的。
[0036]本實施例中，負極極耳8的形狀為圓柱體，以方便電池連接件9的套接，使電池連接件9與負極極耳8之間形成圓周接觸，以增加負極極耳8與電池連接件9之間的接觸面積，以減小負極極耳8與電池連接件9之間的接觸電阻。將負極極耳8的形狀設計為圓柱體的另外一個目底在于:相比于現有技術中采用在頂部密封蓋6的頂面上焊接不銹鋼片作為負極極耳8，負極極耳8的截面面積增大，負極極耳8的電阻減小，負極集流體的過流能力增強，鈉硫電池長期工作時，負極極耳8也不會因發熱而斷裂。
[0037]由于負極極耳8設計成為圓柱體，用于將電池連接件9固定的負極固定裝置可由位于負極極耳8底部的外螺紋81，以及與外螺紋81相匹配的螺帽82組成，通過外螺紋81與螺帽82的配合，電池連接件9固定在凸臺7的頂面上。由于電池連接件9的套接，與負極極耳8之間形成圓周接觸的同時，電池連接件9的頂面與螺帽82的底面形成面接觸，電池連接件9的底面與凸臺7的頂面形成面接觸，因此負極集流體與電池連接件9之間的接觸面積增加，減小了負極集流體與電池連接件9之間的接觸電阻，增加鈉硫電池的過流能力。
[0038]本實施例中，外螺紋81的直徑優選直徑10mm，外螺紋81的直徑小于10mm，電池連接件9與負極極耳8之間的連接強度不夠，接觸面積小，接觸電阻大。外螺紋81的直徑大于10_，電池連接件9與負極極耳8之間的連接強度過大，影響單體電池封接強度，尤其是頂部密封蓋6與負極密封環14之間的連接強度。
[0039]當然負極極耳8也可以是水平截面為其它形狀的柱狀體，比如棱柱體，橢圓柱體等，也能起到增加負極極耳8與電池連接件9之間的接觸面積，以減小負極極耳8與電池連接件9之間的接觸電阻，增大負極極耳8的水平截面的截面面積，減小負極極耳8的電阻，增強負極集流體的過流能力，防止負極極耳8因發熱而斷裂的技術效果。
[0040]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,包括從外向內依次套接的外殼、固體電解質陶瓷管、儲鈉管，以及將所述儲鈉管頂部封閉的頂部密封蓋，所述外殼與所述固體電解質陶瓷管之間形成正極室，所述儲鈉管與所述固體電解質陶瓷管之間形成負極室，所述固體電解質陶瓷管的頂面上設有絕緣環，所述正極室通過位于所述絕緣環和所述外殼之間的正極密封環封閉，所述負極室通過連接所述絕緣環頂面和所述頂部密封蓋的負極密封環封閉，其特征在于: 所述外殼的外圓周上固定有一根豎直方向的集流柱，所述集流柱的頂面上固定有正極極耳，所述正極極耳為一個塊狀導電體，其頂面上設有用于固定電池連接件的正極固定裝置，所述正極極耳與所述外殼的外圓周之間留有間隙，所述正極極耳和所述集流柱的電阻率均小于所述外殼的電阻率； 所述頂部密封蓋頂面中心設有凸臺，所述凸臺頂面上的中心設有可供電池連接件套接的，與所述凸臺的頂面垂直的負極極耳，以及位于所述負極極耳上，用于固定電池連接件的負極固定裝置。
2.根據權利要求1所述的一種鈉硫電池，其特征在于:所述集流柱是通過點焊焊接固定在所述外殼的外圓周上的。
3.根據權利要求2所述的一種鈉硫電池，其特征在于:所述集流柱與所述外殼外圓周之間，點焊焊接的工藝為氬弧焊或者激光焊。
4.根據權利要求1所述的一種鈉硫電池，其特征在于:所述正極固定裝置由位于所述正極極耳頂面上的下沉式內螺紋，以及與所述下沉式內螺紋相配的螺栓組成。
5.根據權利要求1所述的一種鈉硫電池，其特征在于:所述正極極耳與所述集流柱的頂面之間通過冷壓焊接固定。
6.根據權利要求1所述的一種鈉硫電池，其特征在于:所述正極極耳的底面分為位于靠近所述外殼一側的水平的焊接面和遠離所述外殼一側的，向上傾斜的坡面，所述焊接面與所述集流柱的頂面通過冷壓焊接固定，所述坡面與焊接面之間呈鈍角。
7.根據權利要求1所述的一種鈉硫電池，其特征在于:所述集流柱為直徑Imm的鎳棒或者鎳合金棒。
8.根據權利要求1所述的一種鈉硫電池，其特征在于:所述負極極耳與所述凸臺是一體的，所述凸臺通過焊接固定在所述頂部密封蓋的頂面上。
9.根據權利要求1所述的一種鈉硫電池，其特征在于:所述負極極耳為圓柱體，所述負極固定裝置由位于所述負極極耳外圓周底部的外螺紋，以及與所述外螺紋相匹配的螺母組成。
10.根據權利要求9所述的一種鈉硫電池，其特征在于:所述外螺紋的直徑為10mm。
【文檔編號】H01M10/39GK203932204SQ201420336853
【公開日】2014年11月5日 申請日期:2014年6月23日 優先權日:2014年6月23日
【發明者】茅雁, 龔明光, 樓曉東, 鮑劍明, 楊辰 申請人:上海電氣鈉硫儲能技術有限公司