專利名稱：一種用于鈉硫電池的安全結構的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及儲能領域的一種用于鈉硫電池的安全結構。
背景技術：
鈉硫電池的核心關鍵材料是β "-Al2O3制成的陶瓷電解質管，電池循環(huán)壽命在很大程度上取決于陶瓷電解質管的質量性能。一旦陶瓷電解質管有微裂紋或者破裂，液態(tài)鈉和液態(tài)硫直接接觸發(fā)生劇烈反應，溫度最高可達2000°C，瞬間熔化鈉硫電池中金屬組件，造成活性物質泄漏。因此必須在鈉硫電池中設計安全結構，避免上述情況的發(fā)生。如圖1所示，在申請日為2011年12月16日，申請?zhí)枮?01120528962.6，名稱為鈉硫電池的專利申請中公布了 一種技術方案，該方案中的鈉硫電池包括從外向內依次套接的陶瓷電解質管1、安全管100和儲鈉管2，儲鈉管2的底面上開有底部通孔21。鈉硫電池工作時，安全管100與陶瓷電解質管I之間形成鈉硫電池的陰極室Rl，陰極室的寬度為0.01
0.1mm。儲鈉管2中儲存的液態(tài)鈉，先從底部通孔21中流出，進入儲鈉管2與安全管100之間的安全間隙R3，并沿著安全間隙R3上升，然后，液態(tài)鈉從安全管100的頂部溢出，進入陰極室R1，并通過陶瓷電解質管I與陽極室R2內的液態(tài)硫發(fā)生反應，生成多硫化鈉。當陶瓷電解質管I破裂時，隨著電池溫度的升高，安全管100和陶瓷電解質管I膨脹，由于安全管100是由不銹鋼或鋁合金制成的，陶瓷電解質管是由β ”-Al2O3制成的，因此安全管100的膨脹程度遠大于陶瓷電解質管1，因此，陶瓷電解質管I和安全管100之間的陰極室Rl封閉，防止反應進一步進行。這樣設計的缺陷在于:安全管100的長度增加，增加了材料的消耗，另外一方面，陶瓷電解質管I加工精度有著嚴格的要求，比如陶瓷電解質管I底面的圓度偏差必須小于
0.04mm，增加了制造成本，更為關鍵的是，安全管100和陶瓷電解質管I之間的間隙無法永久封閉。

實用新型內容本實用新型的目的是為了克服現(xiàn)有技術的不足，提供一種用于鈉硫電池的安全結構，其能夠在陶瓷電解質管破裂或出現(xiàn)微裂紋時，防止液態(tài)鈉流入鈉硫電池的陰極室的同時，降低對陶瓷電解質管加工精度的要求。實現(xiàn)上述目的的一種技術方案是:一種用于鈉硫電池的安全結構，包括陶瓷電解質管和套接在所述陶瓷電解質管內的儲鈉管，所述陶瓷電解質管和儲鈉管之間形成陰極室;所述儲鈉管的底部連接一儲鈉管半球，所述儲鈉管和所述儲鈉管半球之間設有隔板，該隔板上開有至少一個第一通孔；所述儲鈉管半球底面的中心設有第二通孔，所述第二通孔的正上方，設有與所述隔板底面彈性連接，并能將所述第二通孔封閉的封堵部件。進一步的，所述封堵部件與所述隔板之間通過熔絲和彈簧連接，所述熔絲的熔點小于所述彈簧的熔點，且所述彈簧始終處于壓縮狀態(tài)。[0009]進一步的，所述隔板的底面上，圍繞所述封堵部件設有導向部件。再進一步的，所述隔板的底面上，圍繞所述封堵部件設有導向部件，所述導向部件與所述隔板連接處設有徑向小孔，所述熔絲通過該徑向小孔與所述隔板的底面固定。進一步的，所述陶瓷電解質管外壁的底面設有絕緣涂層。再進一步的，所述絕緣涂層是由α氧化鋁涂層。進一步的，所述封堵部件的形狀為截面面積上大下小的圓錐體。采用了本實用新型的一種用于鈉硫電池的安全結構的技術方案，即在鈉硫電池的儲鈉管的底部連接一儲鈉管半球，所述儲鈉管和所述儲鈉管半球之間設有隔板，該隔板上開有至少一個第一通孔；所述儲鈉管半球底面的中心設有第二通孔，所述第二通孔的正上方，設有與所述隔板底面彈性連接，并能將所述第二通孔封閉的封堵部件的技術方案。其技術效果是:其能夠在陶瓷電解質管破裂或出現(xiàn)微裂紋時，防止液態(tài)鈉流入鈉硫電池的陰極室的同時，并降低對陶瓷電解質管加工精度的要求。

圖1為現(xiàn)有技術鈉硫電池的結構示意圖。圖2為本實用新型的一種用于鈉硫電池的安全結構的示意圖。圖3為圖2中A部分的局部示意圖。圖4為圖2種A部分的工作狀態(tài)示意圖。
具體實施方式
請參閱圖2至圖4，本實用新型的發(fā)明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:實施例1請參閱圖2至圖4，本實用新型的一種用于鈉硫電池的安全結構包括陶瓷電解質管1，儲鈉管2，以及連接在儲鈉管2底部的儲鈉管半球3，儲鈉管半球3和儲鈉管2之間設有隔板4。隔板4上設有至少一個第一通孔41，供儲鈉管2內的液態(tài)鈉流入儲鈉管半球3。儲鈉管半球3的底面的中心設有第二通孔31，使得儲鈉管半球3內的液態(tài)鈉流入儲鈉管2和陶瓷電解質管I之間的陰極室R1，而陰極室Rl內的液態(tài)鈉通過陶瓷電解質管I對鈉離子的傳導作用，與存儲在陶瓷電解質管I和金屬殼體8之間陽極室R2內的液態(tài)硫發(fā)生反應。在第二通孔31的正上方，設有與隔板4底面彈性連接，并能將第二通孔31封閉的封堵部件5。當鈉硫電池的陶瓷電解質管I發(fā)生破裂，鈉硫電池的溫度升高時，該封堵部件5可在彈性力的作用下豎直下降，將第二通孔31封閉，防止液態(tài)鈉進入陰極室Rl，與液態(tài)硫的進一步反應，起到安全保護的作用，同時對于陶瓷電解質管I加工精度的要求下降，陶瓷電解質管I底面的圓度可以大于0.04mm,降低了鈉硫電池的制造成本。本實施例中，封堵部件5不能和液態(tài)鈉發(fā)生反應，因此其優(yōu)選的材質為不銹鋼。本實施例中，封堵部件5的優(yōu)選形狀為截面面積上大下小的圓錐體或者圓錐臺，采用圓錐體或者圓錐臺的好處在于:它們都有一個導向角Θ，導向角Θ可使封堵部件5準確地封閉第二通孔31。本實施例中儲鈉管2和隔板4均采用的是與液態(tài)鈉不發(fā)生反應的不銹鋼。[0025]實施例2請參閱圖2至圖4，實施例2是對實施例1的進一步細化，本實施例中，所述封堵部件5是通過熔絲61和彈簧62與隔板4底面連接的。本實施例中要求彈簧62的熔點要大于熔絲61的熔點，并且彈簧62要始終處于壓縮狀態(tài)。本實施例中要求彈簧62在高溫下仍具有彈力，同時彈簧62不能和液態(tài)鈉發(fā)生反應，因此本實用新型中有優(yōu)選包含鉻、鑰、鎳、鈦以及稀土元素的耐高溫不銹鋼來制作彈簧62，彈簧62的圈數(shù)六至十圈，以確保封堵部件5將第二通孔31封閉后，彈簧62依舊對封堵部件5保持壓力。本實施例中所選用的熔絲61也不能和液態(tài)鈉反應，因此優(yōu)選包含鋁錳鎂等元素的鋁合金絲，該鋁合金絲的熔點在580°C左右。由于本實施例中，封堵部件5的質量約為10g，因此本實用新型中熔絲61的優(yōu)選為的直徑為0.6-1.2mm，這是因為熔絲61的拉力隨著溫度的升高而下降，若熔絲直徑小于
0.6mm,在400°C條件下，熔絲61的拉力小于彈簧62的彈力甚至熔絲61發(fā)生斷裂，封堵部件5提前下落，將第二通孔31封閉，鈉硫電池無法工作。熔絲61的直徑大于1.2mm,電池溫度升至450°C時，彈簧62的彈力仍然小于熔絲61的拉力，封堵部件5無法落下，儲鈉管2對液態(tài)鈉的供給無法停止，起不到安全保護的作用。熔絲61的直徑為0.6-1.2mm，熔絲61的拉力和彈簧62的彈力相等的溫度在400 450°C之間。在本實用新型的一種用于鈉硫電池的安全結構尚未啟動時，在熔絲61的拉力的作用下，彈簧62處于壓縮狀態(tài)，因而彈簧62中存儲著能量，若鈉硫電池溫度持續(xù)升高，熔絲61的拉力和彈簧62的彈力相等時，彈簧62中存儲著能量會因為熔絲61拉力的下降而釋放，致使封堵部件5落下，封閉第二通孔31。同時，彈簧的熔點大于1200°C，并且在封堵部件5將第二通孔31封閉后，彈簧62依舊保持壓縮狀態(tài)，對封堵部件5保持壓力，這樣第二通孔31處于永久的封閉狀態(tài)，提高了鈉硫電池的安全性。實施例3實施例3是在實施例2上的進一步改進，本是實施例隔板4的底面上圍繞封堵部件5的圓周設有導向部件7，該導向部件7用以引導封堵部件5豎直下落，將第二通孔31封閉。本實施例中，導向部件7是圍繞封堵部件5圓周設置的空心圓筒。該空心圓筒通過焊接與隔板4的底面固定。該空心圓筒采用的是不銹鋼材質，優(yōu)選地選用含8%-20%鉻的奧氏體不銹鋼，這樣可以減小該空心圓筒內壁與封堵部件5之間的軸向摩擦力。該空心圓筒的底面與儲鈉管半球3之間留有間隙，以便在鈉硫電池工作時，讓液體鈉流過。該空心圓筒的上部，即該空心圓筒與隔板5的連接處設有徑向小孔71，該徑向小孔71的主要作用是固定熔絲61，該徑向小孔71的直徑約為1.5mm。同時該空心圓筒內壁的粗糙度Ra2與封堵部件5側壁的粗糙度Ral均小于0.2mm,以減小該空心圓筒與封堵部件5之間軸向摩擦力，保證封堵部件5迅速豎直下落，將第二通孔31封閉。實施例4實施例4是在實施例1、實施例2或實施例3上的改進。本實施例中對陶瓷電解質管I外壁的底面進行局部表面改性。即在陶瓷電解質管I外壁的底面上涂覆絕緣涂層11，該絕緣涂層11對鈉離子不具有傳導作用，該絕緣涂層11多由無機氧化物組成。本實施例中，絕緣涂層11優(yōu)選的材料為α氧化鋁，通過超音速等離子熱噴涂方法將粒度在-140目-+325目α氧化鋁粉末噴涂在陶瓷電解質管I外壁的底面，形成絕緣涂層11。該絕緣涂層11的孔隙率〈5%。為了壓縮成本，該絕緣涂層11只覆蓋了不超過75%的陶瓷電解質管I外壁的底面。為了減輕α氧化鋁粉末對陶瓷電解質管I的熱沖擊力，噴涂過程中，噴涂距離控制在50-90mm。當然，該絕緣涂層11還可以采用其它氧化物，如立方氧化鋯，氧化鋅，二氧化鈦等。通過在陶瓷電解質管I的底面涂覆絕緣涂層11，防止陶瓷電解質管I的底部參與硫和鈉的反應，保護陶瓷電解質管I底部破裂而造成液態(tài)硫和液態(tài)鈉發(fā)生劇烈反應。
權利要求1.一種用于鈉硫電池的安全結構，包括陶瓷電解質管(I)和套接在所述陶瓷電解質管(O內的儲鈉管(2)，所述陶瓷電解質管(I)和儲鈉管(2)之間形成陰極室(R1)，其特征在于: 所述儲鈉管(2)的底部連接一儲鈉管半球(3)，所述儲鈉管(2)和所述儲鈉管半球(3)之間設有隔板(4)，該隔板(4)上開有至少一個第一通孔(41);所述儲鈉管半球(3)底面的中心設有第二通孔(31)，所述第二通孔(31)的正上方，設有與所述隔板(4)底面彈性連接，并能將所述第二通孔(31)封閉的封堵部件(5)。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種用于鈉硫電池的安全結構，其特征在于:所述封堵部件(5)與所述隔板(4)之間通過熔絲(61)和彈簧(62)連接，所述熔絲(61)的熔點小于所述彈簧(62)的熔點，且所述彈簧(62)始終處于壓縮狀態(tài)。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的一種用于鈉硫電池的安全結構，其特征在于:所述隔板(4 )的底面上，圍繞所述封堵部件(5 )設有導向部件(7 )。
4.根據(jù)權利要求2所述的一種用于鈉硫電池的安全結構，其特征在于:所述隔板(4)的底面上，圍繞所述封堵部件(5)設有導向部件(7)，所述導向部件(7)與所述隔板(4)連接處設有徑向小孔(71)，所述熔絲(61)通過該徑向小孔(71)與所述隔板(4)的底面固定。
5.根據(jù)權利要求1或2或4任意一項所述的一種用于鈉硫電池的安全結構，其特征在于:所述陶瓷電解質管(I)外壁的底面設有絕緣涂層(11)。
6.根據(jù)權利要求5所述的一種用于鈉硫電池的安全結構，其特征在于:所述絕緣涂層(11)是由α氧化鋁涂層。
7.根據(jù)權利要求1或2或4中任意一項所述的一種用于鈉硫電池的安全結構，其特征在于:所述封堵部件(5)的形狀為截面面積上大下小的圓錐體。
專利摘要本實用新型公開了儲能領域一種用于鈉硫電池的安全結構，包括陶瓷電解質管和套接在所述陶瓷電解質管內的儲鈉管，所述陶瓷電解質管和儲鈉管之間形成陰極室；所述儲鈉管的底部連接一儲鈉管半球，所述儲鈉管和所述儲鈉管半球之間設有隔板，該隔板上開有至少一個第一通孔；所述儲鈉管半球底面的中心設有第二通孔，所述第二通孔的正上方，設有與所述隔板底面彈性連接，并能將所述第二通孔封閉的封堵部件。其技術效果是其能夠在陶瓷電解質管破裂或出現(xiàn)微裂紋時，防止液態(tài)鈉流入鈉硫電池的陰極室的同時，降低對陶瓷電解質管加工精度的要求。
文檔編號H01M10/38GK202996992SQ201220686398
公開日2013年6月12日 申請日期2012年12月12日 優(yōu)先權日2012年12月12日
發(fā)明者龔明光, 潘紅濤, 韓金鐸, 茅雁, 劉宇, 陸志清 申請人:上海電氣鈉硫儲能技術有限公司