耐腐蚀密封绝缘装置、中高温储能电池及装配方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种耐腐蚀密封绝缘装置、中高温储能电池及装配方法。耐腐蚀密封绝缘装置，包括用于引出电流的金属杆，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带孔的碗托，金属杆穿过碗托上的孔，该碗托将绝缘陶瓷件盖住，在碗托与绝缘陶瓷件之间围成一封闭腔，该封闭腔内装有液封用盐，液封用盐的熔点低于电池稳定工作时的温度。本发明专利技术在正极和负极间巧妙地实现双重密封，具有优良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，同时兼具绝缘和小型化的特点。

Corrosion resistant sealed insulation device, medium high temperature energy storage battery and assembling method

The invention relates to a corrosion resistant sealed insulation device, a medium high temperature energy storage battery and a method for assembling the same. The corrosion resistance sealing insulating device, includes a metal rod beam current, metal rod insulation ceramic pieces assembled in the battery cover on the inside of the battery ceramic parts with holes are arranged below the insulation bowl tray, metal rod through the hole on the bowl bracket, the bracket will cover the insulation ceramic bowl, a bowl holder and in between insulating ceramic pieces in a closed cavity, the closed cavity is provided with a liquid seal with salt, liquid sealed with salt melting point lower than the battery stable working temperature. The present invention in between the anode and the cathode of realizing double sealing, has excellent air tightness and corrosion resistance, high temperature protection of the battery at 150 DEG ~700 DEG between the service life, simultaneously has the characteristics of miniaturization and insulation.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于储能电池
，具体涉及一种用于中高温储能电池的耐腐蚀密封绝缘装置及装配方法。
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。应用于电池正负极之间的密封装置，需同时具有密封（防止锂、钠、镁及其合金等电池内部有效成分泄露）、防腐（装置自身需具有防腐效果，避免其被电池内锂、钠、镁及其合金等腐蚀，导致有效活性成分含量减少或者被腐蚀区电绝缘性下降）和绝缘（在使用温度区间内，采用的绝缘材料在电池正负极间的体积电导率应大于106Ω/cm）功能。另外，密封防腐绝缘装置需要小型化，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
本专利技术的目的是提供一种用于中高温储能电池的耐腐蚀密封绝缘装置及其装配方法，实现优异的耐腐蚀、密封和绝缘性能。本专利技术的技术方案为：一种用于中高温储能电池的耐腐蚀密封绝缘装置，包括用于引出电流的金属杆，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带孔的碗托，金属杆穿过碗托上的孔，该碗托将绝缘陶瓷件盖住，在碗托与绝缘陶瓷件之间围成一封闭腔，该封闭腔内装有液封用盐，液封用盐的熔点低于电池稳定工作时的温度。在一个具体实施方式中，所述绝缘陶瓷件为绝缘陶瓷环，绝缘陶瓷环套在金属杆上，在电池壳体和绝缘陶瓷环之间还设置金属外环，金属外环套在绝缘陶瓷环外。在一个具体实施方式中，金属杆、绝缘陶瓷环和金属外环三者通过过盈配合的方式装配成整体件。碗托焊接在金属杆上。金属杆、金属外环和碗托采用与绝缘陶瓷环热膨胀系数相近或基本一致的金属材料。在一个具体实施方式中，碗托为圆形，沿轴向截面呈镜像对称的双L形。在一个具体实施方式中，碗托与金属外环间设置环形陶瓷垫片，陶瓷垫片上表面与金属外环下表面接触，陶瓷垫片下表面被碗托侧壁上沿顶住，碗托与绝缘陶瓷环和陶瓷垫片之间围成一封闭腔。在一个具体实施方式中，在金属外环下表面上、沿其内孔设置一圈凸起部，陶瓷垫片套在凸起部的外侧，凸起部伸入到液封用盐中。在一个具体实施方式中，液封用盐熔点在150℃~700℃之间。在一个具体实施方式中，液封用盐为氟化钠（NaF）、氟化钾（KF）、氟化锂（LiF）、氟化镁（MgF2）、氯化钠（NaCl）、氯化镁（MgCl2）、氯化钾（KCl)、溴化锂（LiBr）和锂酸铝（AlLiO2）中的一种或多种混合物。本专利技术还提供一种采用所述耐腐蚀密封绝缘装置的中高温储能电池，所述电池为钠硫电池或液态金属电池。上述耐腐蚀密封绝缘装置的装配方法，包括：将金属杆的外表面、绝缘陶瓷环的内外壁和金属外环的内壁加工成镜面；将绝缘陶瓷环的内径加工至小于金属杆外径，加热绝缘陶瓷环至120℃~1200℃，或将金属杆冷冻至零下20℃~零下273℃，利用热胀冷缩原理使绝缘陶瓷环套装在金属杆上实现紧密配合，由此制得金属杆-绝缘陶瓷环装配件；将金属外环内径加工至小于绝缘陶瓷环外径，加热金属外环至120℃~1200℃，或将金属杆-绝缘陶瓷环装配件冷冻至零下20℃~零下273℃，利用热胀冷缩原理使金属杆-绝缘陶瓷环装配件穿过金属外环实现紧密配合；在碗托中填充液封用盐，并套装在金属杆上，使碗托上沿紧贴住陶瓷垫片，将碗托和金属杆焊接在一起。首先，本专利技术利用液封的原理实现第一道密封、防腐和绝缘功能，即在装配件下端加装有碗托和液封用盐构成的液封装置。液封介质选用导离子但不导电子的液封用盐，将盐置于碗托中，当电池在中高温（150℃~700℃）下工作时，碗托中的盐发生固液相转变熔化成液态，从而起到液封作用。阻止电池内部电极材料、电解质等活性物质的泄露以及电池外部氧气、水分等进入到电池内部。陶瓷垫片兼具防止液封用盐溢出的功能。金属杆和碗托可以直接和电池罐体中的金属或金属蒸气（300~700℃下负极金属气化形成，负极可以为锂、钠、镁及其合金）接触，实现密封并耐锂、钠、镁及其合金腐蚀。进一步的，本专利技术利用装配的原理实现第二道密封、防腐和绝缘的功能，即由内向外依次为金属杆-绝缘陶瓷环-金属外环的层状套管结构。该层状套管结构由金属与陶瓷过盈配合实现，陶瓷兼具密封、绝缘和防腐的功能，金属兼具导电、防腐和辅助密封的特性；金属件可采用焊接的方式与其他金属件如电池壳体实现连接和密封。更进一步的，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，再利用过盈配合的物理密封原理来实现电池的装配密封。综上，本专利技术在机械装配的基础上，采用装配密封+液封的原理，装配结构件、陶瓷垫片和液封结构件的一体化设计，在正极和负极间巧妙地实现双重密封，具有优良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，同时兼具绝缘和小型化的特点。本专利技术在保证机械强度的前提下极大地减小了电池体积，弥补了目前仅采用配合方式实现密封的简易密封绝缘防腐装置无法缩小电池单体体积的不足，同时简化了结构，降低了成本。附图说明图1为本专利技术一个具体实施例耐腐蚀密封绝缘装置的纵剖视图。图2为本专利技术装置接装在中高温电池外壳上端的纵剖视图。图3为本专利技术装置应用在液态金属电池的的纵剖视图。附图中，1-金属杆，2-绝缘陶瓷环，3-金属外环，3.1-凸起部，4-陶瓷垫片，5-液封用盐，6-碗托， 7-负极材料，8-电解质，9-正极材料，10-金属盖板，11-电池壳体，12-气态的锂、钠、镁或锂钠镁合金。具体实施方式以下结合附图及实施例，对本专利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专利技术。本专利技术中，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”、“下”是按本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于中高温储能电池的耐腐蚀密封绝缘装置，包括用于引出电流的金属杆，金属杆通过绝缘陶瓷件装配在电池盖板上，其特征在于在绝缘陶瓷件下方的电池内侧设置带孔的碗托，金属杆穿过碗托上的孔，该碗托将绝缘陶瓷件盖住，在碗托与绝缘陶瓷件之间围成一封闭腔，该封闭腔内装有液封用盐，液封用盐的熔点低于电池稳定工作时的温度。

【技术特征摘要】
1.一种用于中高温储能电池的耐腐蚀密封绝缘装置，包括用于引出电流的金属杆，金属杆通过绝缘陶瓷件装配在电池盖板上，其特征在于在绝缘陶瓷件下方的电池内侧设置带孔的碗托，金属杆穿过碗托上的孔，该碗托将绝缘陶瓷件盖住，在碗托与绝缘陶瓷件之间围成一封闭腔，该封闭腔内装有液封用盐，液封用盐的熔点低于电池稳定工作时的温度。2.根据权利要求1所述的用于中高温储能电池的耐腐蚀密封绝缘装置，其特征在于所述绝缘陶瓷件为绝缘陶瓷环，绝缘陶瓷环套在金属杆上，在电池壳体和绝缘陶瓷环之间还设置金属外环，金属外环套在绝缘陶瓷环外。3.根据权利要求2所述的用于中高温储能电池的耐腐蚀密封绝缘装置，其特征在于金属杆、绝缘陶瓷环和金属外环三者通过过盈配合的方式装配成整体件；碗托焊接在金属杆上；金属杆、金属外环和碗托采用与绝缘陶瓷环热膨胀系数相近或基本一致的金属材料。4.根据权利要求1或2所述的用于中高温储能电池的耐腐蚀密封绝缘装置，其特征在于碗托为圆形，沿轴向截面呈镜像对称的双L形。5.根据权利要求2或3所述的用于中高温储能电池的耐腐蚀密封绝缘装置，其特征在于碗托与金属外环间设置环形陶瓷垫片，陶瓷垫片上表面与金属外环下表面接触，陶瓷垫片下表面被碗托侧壁上沿顶住，碗托与绝缘陶瓷环和陶瓷垫片之间围成一封闭腔。6.根据权利要求5所述的用于中高温储能电池的耐腐蚀密封绝缘装置，其特征在于在金属外环下表面上、沿其内孔设置一圈...

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