一種帶有安全結構的鈉硫電池的制作方法
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種鈉硫電池,更具體地說,本實用新型涉及一種帶有安全結構的鈉硫電池,屬于鈉硫電池技術領域。
【背景技術】
[0002]鈉硫電池是一種高能量密度的二次電池,已經成功應用于消峰填谷、可再生能源調節、應急電源等方面。鈉硫電池是以金屬鈉作為負極、beta-Al203陶瓷作為電解質和隔膜、硫或多硫化鈉作為正極活性物質。鈉硫電池的工作溫度為300_400°C,在此工作溫度下負極的金屬鈉、正極的硫或多硫化鈉是熔融態,具有很強的反應活性。正負極活性物質如果直接大量接觸,將發生快速的自發反應并釋放大量熱量,如不對這一情況進行預防和控制,將可能引起著火。鈉硫電池的安全性設計是關系到這種電池技術大規模應用的重要技術問題。
[0003]目前在鈉硫電池安全性設計中,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,在電池內部鈉和硫快速反應導致溫度異常時,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。國家知識產權局于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構”的實用新型專利,該專利涉及一種在上述帶限流孔的空心罐基礎上增加限流孔封堵部件的安全性設計,其特點是,在空心罐內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,熔絲的熔點小于所述彈簧的熔點,電池正常工作溫度下,彈簧始終處于壓縮狀態,熔絲在400°C條件下拉力小于彈簧的彈力甚至熔絲發生斷裂,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部出現溫度異常,并導致熔絲達到400°C以上后阻止金屬鈉與硫的反應,降低電池出現更高溫度甚至著火的可能性。但這種方式有滯后性,如果出現陶瓷隔膜破裂,金屬鈉和硫反應至一定程度,使得溫度傳遞到熔絲并使熔絲達到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的彈簧有可能提前失效。
【實用新型內容】
[0005]本實用新型旨在解決現有技術中的鈉硫電池安全結構存在滯后性,安全性不高的問題,提供一種帶有安全結構的鈉硫電池,其結構簡單,裝配容易,實用性強,且不會出現滯后的情況,安全性大大提尚。
[0006]為了實現上述目的,本實用新型的具體技術方案如下:
[0007]—種帶有安全結構的鈉硫電池,包括鈉硫電池殼體、儲鈉罐、陶瓷電解質隔膜管,其特征在于:所述的陶瓷電解質膈膜管套接在所述的儲鈉罐外,所述的陶瓷電解質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;所述的陶瓷電解質膈膜管的底部與所述的鈉硫電池殼體之間設置有處于壓縮狀態的碟簧;
[0008]所述的帶有安全結構的鈉硫電池還包括:所述的陶瓷電解質膈膜管的底部與所述的碟簧的頂部之間設置有用于托住陶瓷電解質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置有墊板。
[0010]本實用新型所述的承托件為碗形承托件,與所述的陶瓷電解質膈膜管底部相適配。
[0011]本實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]本實用新型所述的碟簧為耐高溫碟簧,其材質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,材質例如GH4145、GH4169、因科鎳等,在鈉硫電池中的裝配狀態為壓縮狀態,壓力10-500N。
[0016]本實用新型所述的承托件和墊板的材質為耐腐蝕鋼、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]本實用新型帶來的有益技術效果:
[0018]1、本實用新型解決了現有技術中的鈉硫電池安全結構存在滯后性,安全性不高的問題。本實用新型帶有安全結構的鈉硫電池在陶瓷電解質膈膜管的底部與所述的鈉硫電池殼體之間設置有處于壓縮狀態的碟簧,能夠在鈉硫電池內部陶瓷電解質膈膜管出現破裂后,立即使陶瓷電解質膈膜管內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,不需要等到鈉和硫大量反應導致溫度上升并傳遞到封堵組件,這樣的安全結構沒有滯后性,發生安全事件能夠即時反應,大大提高了安全性。
[0019]2、本實用新型的鈉硫電池中的安全結構可以預先獨立制造,且結構簡單,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膈膜管是一端開口,另一端密閉的結構,開口端通過玻璃封接與強度高的陶瓷結構件進行密封,陶瓷結構件與金屬零件進行熱壓密封,本實用新型鈉硫電池的安全結構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膈膜管不脫落,及時隔離金屬鈉和硫。
[0021]4、本實用新型當碟簧、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重情況下,例如快速破裂成碎片,由于安全結構組合中存在承托件,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,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、本實用新型當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降低成本和電池重量。
[0023]6、本實用新型當只存在碟簧和墊板時,可以適當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揮安全功能。
[0024]7、本實用新型優選的,所述的承托件為碗形承托件,與所述的陶瓷電解質膈膜管底部相適配。上述結構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。
[0025]8、本實用新型優選的,所述的承托件為圓片。上述結構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。
[0026]9、本實用新型優選的,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度,又避免過重,很適合加工。
【附圖說明】
[0027]圖1為本實用新型帶有安全結構的鈉硫電池示意圖;
[0028]圖2為本實用新型碟簧和承托件組合的結構示意圖;
[0029]圖3為本實用新型碟簧和墊板組合的結構示意圖;
[0030]圖4為本實用新型承托件為圓片的結構示意圖。
[0031]附圖標記:1為鈉硫電池殼體、2為儲鈉罐、3為陶瓷電解質隔膜管、4為陰極室、5為限流孔、6為碟簧、7為承托件、8為墊板。
【具體實施方式】
[0032]實施例1
[0033 ] 一種帶有安全結構的鈉硫電池,包括鈉硫電池殼體1、儲鈉罐2、陶瓷電解質隔膜管3,所述的陶瓷電解質膈膜管3套接在所述的儲鈉罐2外,所述的陶瓷電解質隔膜管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;所述的陶瓷電解質膈膜管3的底部