一种安全钠硫电池制造技术

本实用新型专利技术涉及一种安全钠硫电池，属于储能电池技术领域。本实用新型专利技术中，所述固体电解质陶瓷管与所述负极集流体之间设置有安全保护材料层，所述安全保护材料层为填充沙层、张力片层和耐腐蚀片层中的一种或者几种。该实用新型专利技术的结构能够保护电池内部固体电解质陶瓷管，并提高固体电解质陶瓷管表面金属钠的润湿。

A safety sodium sulfur battery

The utility model relates to a safety sodium sulfur battery, belonging to the technical field of energy storage batteries. In the utility model, the solid electrolyte ceramic tube cathode and the current collector is arranged between the protective material layer, the safety protection material layer is filled with sand, tension layer and corrosion layers in one or several. The structure of the utility model can protect the solid electrolyte ceramic pipe in the battery and improve the wetting of the metal sodium on the surface of the solid electrolyte ceramic pipe.

【技术实现步骤摘要】
一种安全钠硫电池
本技术涉及一种钠硫电池，更具体地说，本专利技术涉及一种安全钠硫电池，属于储能电池

技术介绍
钠硫电池由于具有高能量密度、长使用寿命、原材料丰富等特点而被作为大规模电化学储能的技术之一，近年来钠硫电池的研发、中试、工程示范和商业推广受到了广泛关注。钠硫电池主要活性物质是金属钠和单质硫，采用能够传导钠离子的陶瓷材料既作为固体电解质，也充当将钠和硫分离开的固态隔膜。所采用的陶瓷材料通常是薄壁的陶瓷管件，陶瓷材料本身是一种脆性材料，并且薄壁陶瓷管件在生产过程中容易存在内部结构和强度均匀性偏差、尺寸精度不够高等缺陷，因此有必要从结构设计上考虑保护措施，允许陶瓷管本身存在一定的尺寸偏差，并能够防止电池在室温至300-350℃的工作温度之间热循环时金属材料的膨胀不会破坏陶瓷管。已公布的钠硫电池结构相关技术专利中（CN202423498U、CN202423500U、CN202423501U、CN202352789U、CN202534748U、CN202534703U、CN103500855A、CN103531856A、CN102610867B等），电池内陶瓷管内部都有用于存储金属钠的金属容器，金属容器与陶瓷管之间的间隙在电池到达工作温度后也会填充满金属钠。这是目前钠硫电池的主要结构设计，这种结构的钠硫电池在电池冷却后再升温至300-350℃的工作温度时，尤其是在室温至金属钠熔融温度阶段，储钠容器和金属钠的热膨胀对陶瓷管产生的应力有可能导致陶瓷管的破坏，这是钠硫电池在热循环过程中破坏的主要形式。另外，陶瓷管由于是电池中传导钠离子的电解质材料，金属钠在陶瓷管表面的润湿情况对充放电倍率、电池内阻、循环寿命都有较大影响，在考虑陶瓷管的保护性结构设计同时，需要兼顾陶瓷管表面金属钠的润湿问题，对保护层的选材和材料状态有特殊要求。国家专利局2013年5月公布了一项公布号为CN103117372A的专利技术，该专利提出一种钠硫电池负极界面的优化方法，采用不锈钢箔和不锈钢网，在电池内的储钠和β″-Al2O3陶瓷管内壁之间设置不锈钢箔和不锈钢网卷绕的复合层，利用毛细作用以提高β″-Al2O3陶瓷管表面金属钠的润湿高度。上述专利仅考虑了一种提高β″-Al2O3陶瓷管表面金属钠的润湿高度的方法，对陶瓷管的保护方法上述专利未涉及，也尚未见其他专利公布。
技术实现思路
本技术旨在解决现有技术中钠硫电池在热循环过程中的破坏问题，以及陶瓷管表面金属钠的润湿问题，提供一种安全钠硫电池，能够保护电池内部固体电解质陶瓷管，并提高固体电解质陶瓷管表面金属钠的润湿。为了实现上述目的，本技术具体的技术方案如下：一种安全钠硫电池，其特征在于：包括装有金属钠的储钠罐，所述储钠罐的底部连接设置有固体电解质陶瓷管，所述固体电解质陶瓷管密封置于电池金属壳体内部；在所述电池金属壳体与所述固体电解质陶瓷管之间为硫电极；所述固体电解质陶瓷管的内部设置有负极集流体；所述固体电解质陶瓷管与所述负极集流体之间设置有安全保护材料层，所述安全保护材料层为填充沙层、张力片层和耐腐蚀片层中的一种或者几种。本技术所述的安全保护材料层由内向外依次为填充沙层、张力片层和耐腐蚀片层。本技术所述的填充沙层靠近所述负极集流体，为不与熔融金属钠反应的无机材料。上述不与熔融金属钠反应的无机材料为氧化铝粉/沙、氧化锆粉/沙或者硅酸锆粉/沙。本技术所述的耐腐蚀片层靠近所述固体电解质陶瓷管的内壁，厚度0.05-4mm，卷绕而成。上述耐腐蚀片层为陶瓷纤维布或毡、碳纸、玻璃纤维布或毡。本技术所述的张力片层紧贴所述耐腐蚀片层，设置在所述填充沙层和所述耐腐蚀片层之间，厚度0.1-2mm，由金属箔卷绕而成。上述金属箔为镍箔、铜箔或者铝箔。本技术所述的张力片层和耐腐蚀片层均在电池内卷绕1-3周。本技术带来的有益技术效果：对比现有技术中的钠硫电池结构，本技术在钠硫电池内部的固体电解质陶瓷管和负极集流体之间设置安全保护材料层，这样的结构能够进一步保证电池安全。现有技术中钠硫电池的固体电解质陶瓷管和负极集流体的间隙中没有柔性材料，在电池从室温到工作温度（300-350℃）之间升降温时，负极集流体等金属结构件膨胀可能导致固体电解质陶瓷管破裂；另外现有技术中固体电解质陶瓷管和负极集流体之间没有耐腐蚀功能的片层，固体电解质陶瓷管破坏后，正极的硫或多硫化钠能够快速腐蚀负极集流体和储钠罐等结构件，一旦负极集流体和储钠罐等结构件遭严重腐蚀而快速释放更多的金属钠与硫反应，可能造成电池外壳破坏，甚至引起着火。本技术在固体电解质陶瓷管和负极集流体之间设置安全保护材料层，填充固体电解质陶瓷管和负极集流体之间的全部间隙空间；其中填充沙层是有一定孔隙和弹性，既能够保证固体电解质陶瓷管内仅有足够的金属钠维持电池正常充放电，又能够避免负极集流体受热膨胀引起固体电解质陶瓷管破裂，提高电池安全性；固体电解质陶瓷管破裂后，耐腐蚀片层能够防止硫或多硫化钠对负极集流体和储钠罐的腐蚀，避免金属钠的快速流出与硫反应，进一步提高电池安全性。张力片层是具有一定张力的金属箔卷绕层，耐高温性能较好，既能够保证耐腐蚀层片紧贴固体电解质陶瓷管的内壁，又能够对负极集流体提供一定的保护。附图说明图1为本技术安全钠硫电池的结构示意图；图2为本技术安全保护材料层区域的放大图（A）。附图标记：1为储钠罐、2为金属钠、3为电池金属壳体、4为硫电极、5为负极集流体、6为填充沙层、7为张力片层、8为耐腐蚀片层、9为固体电解质陶瓷管。具体实施方式实施例1一种安全钠硫电池，包括装有金属钠2的储钠罐1，所述储钠罐1的底部连接设置有固体电解质陶瓷管9，所述固体电解质陶瓷管9密封置于电池金属壳体3内部；在所述电池金属壳体3与所述固体电解质陶瓷管9之间为硫电极4；所述固体电解质陶瓷管9的内部设置有负极集流体5；所述固体电解质陶瓷管9与所述负极集流体5之间设置有安全保护材料层，所述安全保护材料层为填充沙层6、张力片层7和耐腐蚀片层8中的一种或者几种。实施例2一种安全钠硫电池，包括装有金属钠2的储钠罐1，所述储钠罐1的底部连接设置有固体电解质陶瓷管9，所述固体电解质陶瓷管9密封置于电池金属壳体3内部；在所述电池金属壳体3与所述固体电解质陶瓷管9之间为硫电极4；所述固体电解质陶瓷管9的内部设置有负极集流体5；所述固体电解质陶瓷管9与所述负极集流体5之间设置有安全保护材料层，所述安全保护材料层为填充沙层6、张力片层7和耐腐蚀片层8中的一种或者几种。所述的安全保护材料层由内向外依次为填充沙层6、张力片层7和耐腐蚀片层8。所述的填充沙层6靠近所述负极集流体5，为不与熔融金属钠反应的无机材料。所述不与熔融金属钠反应的无机材料为氧化铝粉/沙、氧化锆粉/沙或者硅酸锆粉/沙。实施例3一种安全钠硫电池，包括装有金属钠2的储钠罐1，所述储钠罐1的底部连接设置有固体电解质陶瓷管9，所述固体电解质陶瓷管9密封置于电池金属壳体3内部；在所述电池金属壳体3与所述固体电解质陶瓷管9之间为硫电极4；所述固体电解质陶瓷管9的内部设置有负极集流体5；所述固体电解质陶瓷管9与所述负极集流体5之间设置有安全保护材料层，所述安全保护材料层为填充沙层6、张力片层7和耐腐蚀本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种安全钠硫电池，其特征在于：包括装有金属钠（2）的储钠罐（1），所述储钠罐（1）的底部连接设置有固体电解质陶瓷管（9），所述固体电解质陶瓷管（9）密封置于电池金属壳体（3）内部；在所述电池金属壳体（3）与所述固体电解质陶瓷管（9）之间为硫电极（4）；所述固体电解质陶瓷管（9）的内部设置有负极集流体（5）；所述固体电解质陶瓷管（9）与所述负极集流体（5）之间设置有安全保护材料层，所述安全保护材料层为填充沙层（6）、张力片层（7）和耐腐蚀片层（8）中的一种或者几种。

【技术特征摘要】
1.一种安全钠硫电池，其特征在于：包括装有金属钠（2）的储钠罐（1），所述储钠罐（1）的底部连接设置有固体电解质陶瓷管（9），所述固体电解质陶瓷管（9）密封置于电池金属壳体（3）内部；在所述电池金属壳体（3）与所述固体电解质陶瓷管（9）之间为硫电极（4）；所述固体电解质陶瓷管（9）的内部设置有负极集流体（5）；所述固体电解质陶瓷管（9）与所述负极集流体（5）之间设置有安全保护材料层，所述安全保护材料层为填充沙层（6）、张力片层（7）和耐腐蚀片层（8）中的一种或者几种。2.根据权利要求1所述的一种安全钠硫电池，其特征在于：所述的安全保护材料层由内向外依次为填充沙层（6）、张力片层（7）和耐腐蚀片层（8）。3.根据权利要求2所述的一种安全钠硫电池，其特征在于：所述的填充沙层（6）靠近所述负极集流体（5），为不与熔融金属钠反应的无机材料。4.根据权利要求3所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：林久，唐光盛，朱睿，王晶，张文军，
申请(专利权)人：中国东方电气集团有限公司，
类型：新型
国别省市：四川,51