中高温电池用密封结构及中高温电池制造技术

本实用新型专利技术涉及一种中高温电池用密封结构及中高温电池。密封结构，包括用于引出电流的金属件，在金属件装配在电池上的装配缝隙处的电池内侧设置一将所述装配缝隙处封闭的封闭腔，金属件穿过该封闭腔，该封闭腔内装有一层、两层、三层或三层以上的液封用盐层，各盐层由电池内部一侧到外部一侧排列熔点依次降低。本实用新型专利技术的密封结构具有极好的气密性和防腐蚀性能，保障了中高温电池在150~700℃间工作时的使用寿命，同时兼具绝缘特性，在保证机械强度的条件下极大地减小了电池密封所占用的体积，节省了空间。

【技术实现步骤摘要】

本技术属于储能电池
，具体涉及一种中高温电池用密封结构。
技术介绍
在现有的电化学储能技术中，中高温储能电池如钠硫电池、液态金属电池等储能技术具有无污染、高能量效率、灵活的功率和能量搭配输出等特征以及长寿命、低维护成本等优点，是应用前景非常好的储能技术。中高温电池的电极材料多采用锂、钠、镁等碱性金属中的一种或多种，电池在中高温环境下（150℃~700℃之间）工作时，电极材料或电解质材料存在熔融或汽化的可能。上述电极材料或电解质材料在室温时就极具活性，随着温度升高，其活性呈指数级增大。这将对电池密封装置的设计提出了极高要求。另外，密封装置需要小型化，使其应用于电池时达到提升电池体积能量密度的目的。在有关高温液态金属电池的密封设计中，多数采用装配的原理实现密封，如“一种液态金属电池装置”（申请号201420780918.8）、“半液态金属电极储能电池”（申请号201310131587.5）等专利中采用的绝缘陶瓷环绝缘为加装或者紧固的方式，密封性得不到保障，且上述专利的电池结构复杂，体积庞大。再比如，“一种液态金属电池装置及其装配方法”（申请号201410350077.1）等专利中提到了“采用密封绝缘陶瓷件将金属电流引出杆的顶端与电池壳体紧固”实现密封和绝缘，陶瓷仅紧固在金属电流引出杆上，故该密封方式不能满足液态金属电池在高温下苛刻的密封要求（常温紧固时可能实现密封，但在高温下因材料膨胀系数差异导致陶瓷紧固件与紧固基体的热胀冷缩量不同，从而不能达到有效密封）。还有从密封材料方面进行改进，例如“一种用于高温储能电池的密封材料及制备”（申请号201310702834.2）专利中提到了用CaAl2S4作为密封剂，用氧化铝等粉末+粘结剂构成一种高温储能电池的密封材料，需要用CaAl2S4作为密封剂，并混用粉末状物质高温热处理来实现密封，过程复杂。
技术实现思路
本技术的目的是提供一种用于中高温电池用密封结构，实现优异的密封性能。本技术的技术方案为：一种中高温电池用密封结构，包括用于引出电流的金属件，在金属件装配在电池上的装配缝隙处的电池内侧设置一将所述装配缝隙处封闭的封闭腔，金属件穿过该封闭腔，该封闭腔内装有一层、两层、三层或三层以上的液封用盐层，各盐层由电池内部一侧到外部一侧排列熔点依次降低。至少有一个盐层的熔点低于电池稳定工作时的温度。当液封用盐层为两层及以上时各盐层分别经加热熔融然后冷却形成。在本技术一个具体实施方式中，所述金属件为金属杆，金属杆通过绝缘陶瓷件装配在电池盖板上，在绝缘陶瓷件下方的电池内侧设置封闭腔，绝缘陶瓷件装配在电池上的装配缝隙处被其封闭。在本技术一个具体实施方式中，所述绝缘陶瓷件为陶瓷管，陶瓷管套在金属杆上，金属外环套在陶瓷管外，陶瓷管的整个内侧端面与封闭腔接触。在本技术一个具体实施方式中，金属杆、陶瓷管和金属外环三者通过过盈配合的方式装配成整体件，金属外环和金属杆采用与陶瓷管热膨胀系数相近或基本一致的金属材料。在本技术一个具体实施方式中，金属外环具有由外到内的第一环形部和第二环形部，第一环形部的外径大于第二环形部，第一环形部和第二环形部具有共轴且孔径相同的内孔，内孔中由外到内依次设置陶瓷管和盐层。在本技术一个具体实施方式中，在金属外环内侧端面上设置带孔的陶瓷托，金属杆穿过陶瓷托的孔，陶瓷托、陶瓷管内侧端面和金属外环内壁共同围成封闭腔。在本技术一个具体实施方式中，液封用盐层有三层，熔点分别为：大于800℃、300℃~800℃和小于300℃；选用两种或两种以上无机盐组成混盐，基于混盐熔点随其组分比例不同而发生变化，构成三种熔点不同的盐层；或者，选用三种熔点不同的无机盐或混盐构成三个盐层；或者，选用一种较高熔点和一种较低熔点的无机盐或混盐分别记作X和Z盐，根据相图查找熔点在300℃~800℃之间的X和Z的混盐记作Y盐，由此构成三种熔点不同的盐层。本技术还提供一种采用所述密封结构的中高温电池，所述电池为钠硫电池或液态金属电池。上述密封结构的装配方法，包括：将定位卡套套在金属杆上，并焊接在金属杆的指定位置处；将陶瓷托套在金属杆上，在外力作用下与定位卡套的上端面紧密贴合；将金属外环套在金属杆上，使其与陶瓷托的上端面紧贴，构成结构件A；将结构件A在惰性气氛的环境下，在陶瓷托的上部，金属杆和金属外环间填入一定厚度的无机盐，经加热使无机盐熔融均匀平铺在陶瓷托上，冷却后形成盐层；以同样的方法依次形成其之上的各盐层；通过热胀冷缩法将内径比金属杆小而外径比金属外环内径大的陶瓷管套在金属杆上，装入金属外环孔内。本技术的液封介质选用导离子而不导电子的无机熔盐。一方面，当电池在中高温（150℃~700℃）下工作时，中间填充的熔盐在发生固液相的转变形成液态，使熔盐填充层对电池内气态正负极材料或电解质起液封作用，阻止了上述材料由内向外的泄露，避免被电池内锂、钠、镁及其合金等腐蚀，同时避免外界氧气、水分等进入到电池中影响电池正常运行。另一方面，电池工作环境下，由于材料的热膨胀系数及导热系数差异，一般的陶瓷密封件可能形成微小裂纹，从而导致该密封件失效；而本技术通过在结构件间填充熔盐，使得电池工作环境下呈液态或半液态的盐填充并堵塞在结构件的缝隙处，从而避免密封失效。进一步的，本技术密封结构利用不同熔盐的熔点差异，采用至少两层熔点不同的熔盐，各类无机盐在不同温度下熔融，从而形成液态密封介质，密封性更好，使用温度范围更广。优选的，分别采用熔点在800℃以上的高温熔盐、熔点在300℃~800℃之间的中温熔盐以及熔点低于300℃的低温熔盐构成三层熔盐层，使熔盐不同程度地熔融填充在双层陶瓷间，保证熔盐有效填充不流失的前提下呈现更优异的液封性能。熔盐层的三层结构设计使本结构的密封性更佳，较单层的熔盐填充层而言，三层熔盐结构能够在更大的温度范围内实现液态密封，对温度变化的工作环境反应更灵敏，使用温度范围广。本技术采用“上下双层陶瓷，中间填充熔盐”的夹层结构，利用液封实现第一重密封，另外结合陶瓷和金属间的过盈配合（进一步的，选用在不同温度时具有相近膨胀系数的金属和陶瓷材料进行匹配）实现第二重密封，在装配原理基础上增加了液封环节，实现电池的双重密封。本技术采用熔盐液态密封层+陶瓷镶嵌结构件实现密封，该密封结构具有极好的气密性和防腐蚀性能，保障了中高温电池在150~700℃间工作时的使用寿命，同时兼具绝缘特性，结构简单，成本低廉，具有小型、微型的结构特征，在保证机械强度的条件下极大地减小了电池密封所占用的体积，节省了空间。附图说明图1为本技术一个具体实施例密封结构的纵剖视图。图2为本技术密封结构应用在液态金属电池的的纵剖视图。附图中，1-定位卡套、2-陶瓷托、3-高熔点盐层、4-中熔点盐层、5-低熔点盐层、6-金属外环、7-陶瓷管、8-金属杆、9-负极材料，10-电解质，11-正极材料，12-金属盖板，13-电池壳体。具体实施方式以下结合附图及实施例，对本技术作进一步详细说明。此处所描述的具体实施例仅用以解释本技术。本技术中，电池壳体所围成的装有电解质的封闭空间为电池“内”侧/部，与之相对的被电池壳体分隔开的敞开空间为“外”侧/部。“上”、“本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种中高温电池用密封结构，包括用于引出电流的金属件，其特征在于在金属件装配在电池上的装配缝隙处的电池内侧设置一将所述装配缝隙处封闭的封闭腔，金属件穿过该封闭腔，该封闭腔内装有一层、两层、三层或三层以上的液封用盐层，各盐层由电池内部一侧到外部一侧排列熔点依次降低。

【技术特征摘要】
1.一种中高温电池用密封结构，包括用于引出电流的金属件，其特征在于在金属件装配在电池上的装配缝隙处的电池内侧设置一将所述装配缝隙处封闭的封闭腔，金属件穿过该封闭腔，该封闭腔内装有一层、两层、三层或三层以上的液封用盐层，各盐层由电池内部一侧到外部一侧排列熔点依次降低。2.根据权利要求1所述的中高温电池用密封结构，其特征在于至少有一个盐层的熔点低于电池稳定工作时的温度；当液封用盐层为两层及以上时各盐层分别经加热熔融然后冷却形成。3.根据权利要求1或2所述的中高温电池用密封结构，其特征在于所述金属件为金属杆，金属杆通过绝缘陶瓷件装配在电池盖板上，在绝缘陶瓷件下方的电池内侧设置封闭腔，绝缘陶瓷件装配在电池上的装配缝隙处被其封闭。4.根据权利要求3所述的中高温电池用密封结构，其特征在于所述绝缘陶瓷件为陶瓷管，陶瓷管套在金属杆上，金属外环套在陶瓷管外，陶瓷管的整个内侧端面与封闭腔接触。5.根...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒋凯，黎朝晖，王康丽，张玘，胡林，徐振轩，李建颖，方瑛，何亚玲，
申请(专利权)人：威胜集团有限公司，
类型：新型
国别省市：湖南;43