CN103168386A - 熔盐电池和熔盐电池连接体 - Google Patents

Abstract

这种熔盐电池设有电池容器，该电池容器用于容纳含有熔盐的发电元件。所述电池容器设有容器本体（1）和盖体（7）。开口部（1E）设置在容器本体（1）的上表面中。盖体（7）嵌合到容器本体（1）的开口部（1E）中并且被焊接至容器本体（1）。容器本体（1）的开口部（1E）沿着所述容器本体（1）的内周缘形成有台阶部（1G）。借助于台阶部（1G），盖体（7）的凸缘部（7A）相对于侧壁（1A、1B）的上角部被支承。激光从上方辐射至盖体（7）的凸缘部（7A）和与其邻接的侧壁（1A、1B）的上表面。用这种方法，盖体（7）的凸缘部（7A）被焊接至容器本体（1）。所述熔盐电池连接体由多个熔盐电池构成。在使相邻熔盐电池的容器本体（1）的外周面彼此对向的状态下，所述熔盐电池在水平方向上对齐并连接。

Description

熔盐电池和熔盐电池连接体

技术领域

本发明涉及熔盐电池，和包括这种熔盐电池的组合的熔盐电池模块。

背景技术

通过太阳能、风力和其它自然能源来发电，由于其不释放二氧化碳，最近已得到了推动。然而，通过自然能发电的量受制于自然条件例如气候和天气。此外，由于难以调节发电量以满足需求，因此需要电负载均衡。因此，经由充电和放电而均衡产生的电能需要高能量密度、高效率和高容量存储的电池。使用熔盐电解质以满足此类需求的熔盐电池已经引起关注。

熔盐电池包括发电元件，该发电元件由正极、负极和分隔件组成，该分隔件被布置在正极和负极之间。所述正极由含有钠化合物活性材料的集流体组成。所述负极由镀有金属，例如锡的集流体组成。所述分隔件浸渗有熔盐，该熔盐由碱金属阳离子，例如钠或钾和含氟阴离子所组成。该发电元件容纳于电池容器中。通常情况下，所述熔盐电池由多个电池的组合形成以实现较高的容量。

传统的电池容器包括盒状的容器本体和盖体。在该容器本体的上部形成开口部。通过该盖体封闭该容器本体的开口部。例如，专利文献1公开了一种熔盐电池，其包括容器本体和帽状盖体，容器本体的上部具有开口部，帽状盖体具有顶壁与外周壁。该盖体从上方与容器本体嵌合以便封闭该开口部。专利文献2虽然没有公开熔盐电池，但是公开了二次电池。该二次电池包括圆柱形帽状盖体和圆柱形容器本体。该盖体通过加压连接而与所述容器本体嵌合以便封闭该开口部。

关于如上所提及的这样的传统电池容器，例如，使用激光将盖体的凸缘部焊接到容器本体，并由此用盖体密封容器本体。在这种情况下，激光束从侧面被施加到容器本体的外周面。还存在如下的情况，多个容器本体横向排列以形成并使用多个电池的组合。在这种情况下，发电元件容纳在容器本体中，然后使盖体与多个容器本体中的每个嵌合。然而在这样的情况下，由于邻接容器本体的妨碍，因此难以将激光束从侧面施加到各容器本体的外周面。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：特开平07-22066号公报

专利文献2：特开平2009-93983号公报

发明内容

本发明要解决的技术问题

因此，本发明的目的是提供一种熔盐电池以及包括这种熔盐电池的组合的熔盐电池模块，通过熔盐电池的结构，能够从上方将激光束等施加至容器本体，以将盖体的凸缘部焊接至容器本体。

解决该问题的技术手段

为实现上述目的，并且根据本发明的第一方面，提供了一种熔盐电池，该电池包括电池容器，电池容器容纳含有熔盐的发电元件。该电池容器包括容器本体和盖体，容器本体的上部具有开口部，盖体具有凸缘部。所述盖体的凸缘部嵌合到所述开口部中，并被焊接至所述容器本体。

根据上述配置，盖体嵌合到在容器本体上部的开口部中。然后从上方向盖体的凸缘部和容器本体的与该凸缘部邻接的上部施加激光束。由此将所述盖体的凸缘部焊接至所述容器本体，从而将含有熔盐的发电元件密封在电池容器中。

在上述熔盐电池中，所述容器本体的开口部沿着所述容器本体的内周缘形成有台阶部，并且所述台阶部由所述盖体的凸缘部支承。

根据上述配置，所述盖体的凸缘部嵌合到所述容器本体的开口部中。在这种情况下，在容器本体开口部中形成的台阶部支承所述盖体。由此，该盖体能够稳定地嵌合到容器本体的开口部中。在这种情况下，然后可从上方施加激光束以将盖体的凸缘部焊接至容器本体。

在上述熔盐电池中，所述容器本体的开口部沿着所述容器本体的内周缘形成有凸出部，并且所述凸出部支承所述盖体的凸缘部。

根据以上的配置，所述盖体的凸缘部嵌合到所述容器本体的开口部中。在这种情况下，在容器本体的开口部中形成的凸出部支承所述盖体。该盖体因此能够稳定地嵌合到所述容器本体的开口部中。在这种状态下，然后可从上方施加激光束以将盖体的凸缘部焊接至容器本体。

为实现上述目的，并且根据本发明的第二方面，提供了一种熔盐电池，该熔盐电池包括电池容器，该电池容器容纳含有熔盐的发电元件。该电池容器包括容器本体和盖体，容器本体的上部具有开口部，盖体具有凸缘部，并且所述盖体的凸缘部放置于所述容器本体的开口边缘部上并被焊接至该容器本体。

根据以上的配置，所述盖体的凸缘部放置于所述容器本体的开口边缘部上。然后从上方将激光束施加至盖体的凸缘部和容器本体的与凸缘部邻接的开口边缘部。由此将盖体的凸缘部焊接至容器本体，从而将含有熔盐的发电元件密封在电池容器中。

在上述熔盐电池中，在所述盖体的凸缘部的下部中形成有台阶部，该台阶部与所述容器本体的开口边缘部的角部相接合。

根据以上的配置，所述盖体的凸缘部放置于所述容器本体的开口边缘部上。在这种情况下，在所述盖体上形成的台阶部与所述容器本体的开口边缘部的角部相接合。这允许固持所述盖体的凸缘部使得该盖体不与所述容器本体的开口边缘部分离。因此所述盖体的凸缘部能够稳定地放置于所述容器本体的开口边缘部上。在这种状态下，然后能够从上方施加激光束以将盖体的凸缘部焊接至容器本体。

在所述熔盐电池中，在所述盖体的凸缘部的底面上形成有凸出部，该凸出部与所述容器本体的开口边缘部的角部相接合。

根据以上的配置，所述盖体的凸缘部放置于所述容器本体的开口边缘部上。在这种情况下，在所述盖体上形成的凸出部与所述容器本体的开口边缘部的角部相接合。这允许固持所述盖体的凸缘部以使得该盖体不与所述容器本体的开口边缘部分离。因此所述盖体的凸缘部能够稳定地放置于所述容器本体的开口边缘部上。在这种状态下，然后能够从上方施加激光束等以将盖体的凸缘部焊接至容器本体。

在上述熔盐电池中，所述发电元件包括板状的正极和负极以及分隔件，分隔件配置在所述正极和所述负极之间并含有所述熔盐。另外，所述正极和负极以彼此对向的方式配置，且所述正极和负极的侧面垂直定向。

根据以上的配置，可从上方将所述发电元件容纳到容器本体中，并且之后通过将盖体焊接至容器本体能够封闭容器本体。

为了实现上述目的，并且根据本发明的第三方面，提供了一种熔盐电池模块，其包括多个上述熔盐电池。在相邻熔盐电池的容器本体的外周面彼此对向的情况下，所述熔盐电池被横向地配置并连接。

根据以上的配置，在相邻熔盐电池的容器本体的外周面彼此对向的情况下，配置多个熔盐电池。发电元件被容纳在如此配置的熔盐电池的每个容器本体中。然后，将邻接的熔盐电池连接在一起。然后从上方施加激光束以将盖体焊接至每个容器本体，从而将发电元件密封在每个电池容器中。

发明效果

根据本发明，提供了具有如下结构的熔盐电池，在该结构中，能够从上方将激光束等施加至容器本体以将盖体的凸缘部焊接至容器本体。在制造熔盐电池模块的传统方法中，横向配置了多个熔盐电池，这可能导致相邻熔盐电池的容器本体之间的狭窄空隙。与此相比，根据本发明，能够从上方将激光束等施加至每个熔盐电池，从而将盖体的凸缘部焊接至容器本体。这消除了过量安装空间的必要性。

附图说明

图1是根据本发明第一实施例的熔盐电池的透视图；

图2是发电元件的横断面图；

图3（a）是所述熔盐电池的顶视图；

图3（b）是所述熔盐电池的纵断面图；

图4（a）是盖体的平面图；

图4（b）是所述盖体的纵断面图；

图5（a）是示出由此将盖体嵌合至容器本体的结构的断面图；

图5（b）是示出根据对比例的盖体的嵌合结构的断面图；

图6是熔盐电池模块的纵断面图，该熔盐电池模块包括多个熔盐电池的组合；

图7是所述熔盐电池模块的连接的部分放大的断面图；

图8（a）是根据本发明第二实施例的熔盐电池的容器本体的平面图；

图8（b）是所述容器本体的部分纵断面图；

图9（a）是根据本发明第三实施例的熔盐电池的容器本体的平面图；

图9（b）是所述容器本体的部分纵断面图；

图10（a）是根据本发明第四实施例的熔盐电池的容器本体的平面图；

图10（b）是所述容器本体的部分纵断面图；

图11（a）是根据本发明第五实施例的熔盐电池的顶视图；

图11（b）是所述熔盐电池的纵断面图；

图12（a）所述熔盐电池的盖体的平面图；

图12（b）是所述盖体的纵断面图；

图13是熔盐电池模块的连接的部分放大的断面图；

图14（a）根据本发明第六实施例的熔盐电池的盖体的平面图；

图14（b）所述盖体的纵断面图；以及

图15是熔盐电池模块的连接的部分放大的断面图。

具体实施方式

（第一实施例）

下文将参照图1至7详细描述根据本发明第一实施例的熔盐电池和熔盐电池模块。

如图1和2中所示，所述熔盐电池包括六个矩形板状负极21和五个矩形板状正极41。每个正极41均容纳在袋状分隔件31中。在负极21和正极41的侧面垂直定向的情况下，配置负极21和正极41。负极21和正极41还以彼此对向的方式横向地并交替地配置。一个负极21、一个分隔件31和一个正极41构成一个发电元件。在第一实施例中，五个发电元件堆叠并容纳于电池容器10中。

如图3（a）至4（b）所示，电池容器10形成为长方体形状。电池容器10具有容器本体1和盖体7。在容器本体1的上部设置开口部1E。盖体7嵌合到容器本体1的开口部1E中，以封闭开口部1E。容器本体1包括侧壁1A、1B、1C和1D和底壁1F。在平面图中，侧壁1A和1B沿着容器本体1的各个短边配置，而侧壁1C和1D沿着容器本体1的各个长边配置。容器本体1由铝合金制成。在氟涂层的情况下，容器本体1的内表面是绝缘的。

用于集流的矩形突出物（导体）22的下端部分和每个负极21的上端部分接合。突出物22位于侧壁1A附近。突出物22的上端部分与矩形板状突出物引线23的底面接合。用于集流的矩形突出物42的下端部分和每个正极41的上端部分接合。突出物42位于侧壁1B附近。突出物42的上端部分与矩形板状突出物引线43的底面接合。所述五个发电元件如此平行地电连接以形成高容量熔盐电池。

每个负极21均由合金板组成，通过以用作负极活性材料的锡镀铝而形成该合金板。铝适合用于正极和负极集流体。铝对熔盐具有耐腐蚀性。含有活性材料的负极21的厚度为约0.14mm。负极21还具有100mm的高度和120mm的宽度。通过用粘结剂、导电剂和用作正极活性材料的NaCrO2的混合物填充铝合金多孔固体，而形成每个正极41。正极41的厚度为约1mm。负极21的高度和宽度是正极41的高度和宽度的约1.2倍。正极41的外缘经由分隔件31而对向负极21的外边缘部。负极21和正极41的比例因子不限于1.2倍。

每个分隔件31均由多孔材料组成并且形成为袋状的形状。具体地，分隔件31由氟树脂膜组成，该氟树脂膜在所述熔盐电池工作的温度下对熔盐6具有耐性。在电池容器10中的熔盐6中，分隔件31连同负极21和正极41浸入至液面下方约10mm的深度。这允许液面的些许下降。突出物引线23和43用作外电极，其提供所有堆叠发电元件和外电路之间的连接。突出物引线23和43位于熔盐6的液面上方。熔盐6由FSI（双氟磺酰亚胺）或TFSI（双三氟磺酰亚胺）阴离子和钠和/或钾阳离子组成，但并不限于此。

在侧壁1A、1B、1C和1D的上段部分的内侧上，在电池容器10开口部1E附近形成台阶部1G。台阶部1G的垂直尺度设定为等于盖体7的厚度。盖体7是长方体板。在平面图中，盖体7的外部尺度设定为基本等于或略小于台阶部1G的内部尺度。这导致盖体7放置于台阶部1G上，并且嵌合到容器本体1的开口部1E中，如图5（a）和5（b）中所示的。在这种状态下，从上方将激光束施加至盖体7的凸缘部7A和容器本体1的侧壁1A、1B、1C和1D的与凸缘部7A邻接的上端部分。由此将盖体7的凸缘部7A焊接至容器本体1。在这种情况下，优选点焊盖体7外周的不同部分以暂时接合，并且之后焊接剩余的部分。

此前已经详细描述的第一实施例呈现如下的优点。

（1）图5（b）示出如下的情况，其中盖体50放置于容器本体的侧壁51的整个上端上。在这种情况下，通过在盖体50的上表面上施加激光束以进行的焊接，需要热能达到侧壁51的上部区域。因此，除了较高的焊接能之外，由于熔化范围H扩张而有很大可能导致焊接不良。相比之下，根据第一实施例，盖体7嵌合到容器本体1的开口部1E中，如图5（a）所示的。然后从上方将激光束施加至盖体7的凸缘部7A和侧壁1A、1B、1C和1D的与凸缘部7A邻接的上端部分。在这种情况下，能够减小由激光熔化的范围H，由此即使在低能量的情况下也能够将盖体7可靠地焊接至容器本体1。此外，抑制了喷溅物，即焊接期间散射的金属粒子的产生，由此防止喷溅物混合如容器本体1中导致短路。

在上文的配置中，使用外部加热手段（未示出）将整个电池容器10加热至85℃至95℃允许熔盐6熔化用于充电和放电。

接着将参照图6和7描述熔盐电池模块（熔盐组装电池），其中多个熔盐电池串联以实现更高的电池电压。

如图6中所示，通过连接四个熔盐电池而形成所述熔盐电池模块。在安装盖体7之前，配置四个容器本体1使得邻接容器本体1的侧壁1A和1B恰当地彼此邻接放置。熔盐6和发电元件即负极21、分隔件31和正极41被容纳在每个容器本体1中。

如图7中所示，横向延伸的通孔30A和30B设置于恰当地彼此邻接放置的侧壁1A和1B的上端部分中。由Teflon（注册商标）制成的绝缘套管（承力筒）8从侧壁1A嵌合到通孔30A和30B中。另一方面，由Teflon制成的另一套管9从侧壁1B嵌合到通孔30A和30B中。套管9的外径基本上等于套筒8的内径。铝合金螺栓11从侧壁1A经由金属垫片12插入通过套管9。螺栓11的外径基本上等于套管9的内径。螺栓11的前端从侧壁1B伸出到容器本体1中。铝合金螺母13经由金属垫片14拧至螺栓11的前端上。

在上述配置的情况下，使用螺栓11和螺母32经由绝缘套管8和9将侧壁1A和1B彼此固定。垫片12和14经由螺栓11彼此电连接，而与侧壁1A和1B电绝缘。

铝合金引线16接合至在侧壁1A附近的垫片12。另一方面，铝合金引线15接合至在侧壁1B附近的垫片14。引线16与突出物引线23接合，而引线15与突出物引线43接合。这使得在侧壁1A附近的突出物引线23和面对侧壁1A的在侧壁1B附近的突出物引线43电连接，并由此串联连接相邻熔盐电池。此后，盖体7嵌合到各自的容器本体1的开口部1E中，并且从上方施加激光束。由此盖体7的凸缘部7A被焊接至各自的容器本体1。

（第二实施例）

在下文中将参照图8（a）和8（b）来描述本发明的第二实施例。第二实施例中的与第一实施例中的组件相同的组件将不再详细说明。

第二实施例与第一实施例的不同之处在于，台阶部1G未形成在侧壁1C和1D上，而是仅形成在侧壁1A和1B的上端部分中。在平面图中，在第二实施例中盖体7的沿着短边的外部尺度，基本上比第一实施例中相应尺度小了台阶部1G的宽度的两倍。

（第三实施例）

在下文中将参照图9（a）和9（b）来描述本发明的第三实施例。在第三实施例中的与第一实施例中的组件相同的组件将不再详细说明。

第三实施例与第一实施例的不同之处在于，在侧壁1A、1B、1C和1D的上端部分中没有形成台阶部1G，而是在每个侧壁的内表面上设有凸出部1H。如图9（a）和9（b）中所示，带状凸出部1H设置在侧壁1A和1B上。凸出部1H的长度等于侧壁1C和1D之间的距离。在平面图中，在第三实施例中盖体7的沿着短边的外部尺度，基本上比第二实施例中相应尺度小了台阶部1G的宽度的两倍。

（第四实施例）

在下文中将参照图10（a）和10（b）来描述本发明的第四实施例。在第四实施例中的与第一实施例中的组件相同的组件将不再详细说明。

第四实施例与第三实施例的不同之处在于，凸出部1J设置在容器本体1的四个角部处。在平面图中，在第四实施例中的盖体7的外部尺度等于在第三实施例中的盖体的外部尺度。

在第一实施例中，在其中盖体7被焊接到容器本体1的状态下，盖体7的上表面与侧壁1A、1B、1C和1D的上端齐平。然而，盖体7的厚度可与台阶部1G的垂直尺寸不同，从而盖体7的上表面不与侧壁1A、1B、1C和1D的上端齐平。

（第五实施例）

在下文中将参照图11（a）至13来描述本发明的第五实施例。在第五实施例中的与第一实施例中的组件相同的组件将不再详细说明。

在第一实施例中，盖体7嵌合到容器本体1的开口部1E中。第五实施例与第一至第四实施例的不同之处在于，台阶部7B被形成在盖体7的凸缘部7A的下部中，并且台阶部7B与侧壁1A、1B、1C和1D的上端角部相接合。在第五实施例中，在平面图中，盖体7的外部尺度小于容器本体1的外部尺度。因此，当盖体1的台阶部7B与侧壁1A、1B、1C和1D的上端角部相接合时，侧壁1A、1B、1C和1D的上端部分露出在盖体7的凸缘部7A的外部上。处于该原因，从上方向盖体7的凸缘部7A和侧壁1A、1B、1C和1D的与凸缘部7A邻接的上端部分倾斜地施加激光束。由此将盖体7的凸缘部7A焊接至容器本体1。

（第六实施例）

在下文中将参照图14（a）至15来描述本发明的第六实施例。在第六实施例中的与第一实施例中的组件相同的组件将不再详细说明。

第六实施例与第五实施例的不同之处在于，在盖体7的凸缘部7A的底面上设置凸出部7C，并且凸出部7C与侧壁1A、1B、1C和1D的上端角部相接合。如图15中所示，在容器本体1的四个角部处分别设置凸出部7C。

Claims (8)

1.一种熔盐电池，其包括电池容器，所述电池容器容纳含有熔盐的发电元件，所述电池的特征在于，

所述电池容器包括容器本体和盖体，所述容器本体的上部具有开口部，所述盖体具有凸缘部，并且

所述盖体的凸缘部嵌合到所述开口部中，并被焊接至所述容器本体。

2.根据权利要求1所述的熔盐电池，其特征在于，

所述容器本体的开口部沿着所述容器本体的内周缘形成有台阶部，并且

所述盖体的凸缘部由所述台阶部支承。

3.根据权利要求1所述的熔盐电池，其特征在于，

所述容器本体的开口部沿着所述容器本体的内周缘形成有凸出部，并且所述盖体的凸缘部由所述凸出部支承。

4.一种熔盐电池，其包括电池容器，所述电池容器容纳含有熔盐的发电元件，所述电池的特征在于，

所述电池容器包括容器本体和盖体，所述容器本体的上部具有开口部，所述盖体具有凸缘部，并且

所述盖体的凸缘部放置于所述容器本体的开口边缘部上，并焊接至所述容器本体。

5.根据权利要求4所述的熔盐电池，其特征在于，

在所述盖体的凸缘部的下部中形成有台阶部，所述台阶部与所述容器本体的开口边缘部的角部相接合。

6.根据权利要求4所述的熔盐电池，其特征在于，

在所述盖体的凸缘部的底面上形成有凸出部，所述凸出部与所述容器本体的开口边缘部的角部相接合。

7.根据权利要求1至6中的任一项所述的熔盐电池，所述电池的特征在于，

所述发电元件包括板状的正极和负极以及分隔件，所述分隔件配置在所述正极和所述负极之间并含有所述熔盐，并且

所述正极和负极以彼此对向的方式配置，且所述正极和负极的侧面垂直定向。

8.一种熔盐电池模块，其包括多个根据权利要求1至7中的任一项所述的熔盐电池，所述电池模块的特征在于，

在相邻熔盐电池的容器本体的外周面彼此对向的情况下，所述熔盐电池被横向地配置并连接。

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