CN103746147A - 一种钠硫电池的正极容器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种钠硫电池的正极容器，包括金属制作的容器外壳，所述容器外壳的内壁制备一层连续的铝碳复合材料的内衬，所述容器外壳为一端开口、另一端封闭的筒状结构，所述铝碳复合材料包括金属铝粉和碳素材料，其中金属铝粉为30～90wt.%，其余为碳素材料。该钠硫电池的正极容器的铝碳复合材料的内衬防腐蚀性和导电性能好，有利于提高钠硫电池的安全性和使用寿命。
Description
技术领域
本发明涉及储能技术领域，更具体地涉及一种钠硫电池的正极容器。
背景技术
钠硫电池是以钠离子导体beta–氧化铝为电解质为固体电解质，并分别以单质钠和硫为负极和正极的二次电池。钠硫电池自1967年由美国福特公司发明以来，近几十年来备受世界各国关注，被视为一种高能量密度的储能电池。钠硫电池在储能技术领域具有广阔的应用前景和巨大的市场潜力。
钠硫电池的正极材料中的液态硫和多硫化钠（Na2S x ）具有强腐蚀性，会导致正极容器被腐蚀，是引起电池性能退化的主要原因。目前钠硫电池的正极容器一般采用不锈钢、金属铝或铝合金材料。不锈钢正极容器具有很好的高温特性，但是其抗多硫化钠的腐蚀性很差。金属铝抗硫及多硫化钠的腐蚀性很强，但是其在表面易形成一层绝缘的Al2S3致密保护膜，因此电池内阻的急剧上升，从而影响电池的使用性能。金属铬在硫和多硫化钠的腐蚀速率较低，镀铬膜被认为是一种有效的防护方法，其制备方式有电镀、气相沉积和喷涂等方法，但是要获得粘结力好的致密涂层很困难。日本专利[JP2005071902A]公布了一种通过在正极容器内壁热喷涂获得致密含金属铬涂层的方法，但是该方法容器必须做成通管形式，这往往造成容器底（筒底）和容器壁（筒体）接合部成为防腐蚀的最为薄弱区域，从而给电池在使用过程中带来安全隐患。
金属铝本身具有优异的抗腐蚀性能，只不过是生成的Al2S3增加了电池内阻。因此，若钠硫电池正极容器既能利用金属铝优异的抗腐蚀性特性，又能克服使用金属铝后电池内阻增加的问题，还能形成连续的防护层对外壳金属进行全面保护，则可大大提高钠硫电池使用的安全系数，推动钠硫电池应用到更加广阔的领域。本发明采用铝碳复合材料防护内衬来达到上述目的，相关技术未见报道。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺陷，本发明旨在提供一种防腐蚀性能优异且导电性好的钠硫电池的正极容器，以提高钠硫电池使用的安全性。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
一种钠硫电池的正极容器，包括金属制作的容器外壳，其特征在于：所述容器外壳的内壁制备一层连续的铝碳复合材料的内衬。
所述容器外壳为一端开口、另一端封闭的筒状结构，所述容器外壳为铝、铝合金、低碳钢和不锈钢中的一种。
所述铝碳复合材料包括金属铝粉和碳素材料，其中金属铝粉为30～90wt.%，其余为碳素材料。
所述碳素材料包括碳粉（石墨粉和炭黑中的至少一种）和结合剂碳（为结合剂碳化后的产物），其中碳粉为碳素材料的50～100wt.%，其余为结合剂碳。
所述铝碳复合材料的内衬可通过常规工艺制备，即可采用等静压或喷涂成型，再经过热处理获得成品，也可将原料混合后直接经热压获得成品。
所述铝碳复合材料的内衬中的金属铝颗粒构成复合材料的主体骨架，所述碳素材料形成相互连通的导电网络。
本发明具有以下优点：
1、本发明采用铝碳复合材料作为内衬，既具备金属铝的优异的抗液态硫和多硫化钠腐蚀性能，又具备良好的导电性（利用碳材料形成连续导电网络），能够有效避免金属铝表面生成Al2S3带来电池内阻增加的问题。该钠硫电池的正极容器的铝碳复合材料内衬同时兼备很好的防腐蚀性能和导电性能，有利于提高钠硫电池安全性和使用寿命。
2、本发明容器外壳为一端开口、另一端封闭的筒状结构，在容器内壁形成连续、无缝隙的铝碳复合材料内衬，避免了现有技术存在的容器底和容器壁结合部防护性能差的问题。
3、本发明中铝碳复合材料组成为金属铝粉和碳素材料，其原料来源丰富、价格低，另外其制备方法可采用常规工艺实现，避免了现有技术所采用的高投入和高成本的热喷涂工艺。
附图说明
图1为本发明钠硫电池正极容器的剖面示意图。
图2 为本发明铝碳复合材料内衬的显微结构示意图。
图中标记 ：1容器外壳，2内衬，3 金属铝颗粒，4导电网络。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步阐述，但本发明并不限于以下实施例，所述方法如无特别说明均为常规方法，所述材料如无特别说明均能从公开商业途径而得。
实施例1
如图1所示，一种钠硫电池的正极容器，包括金属制作的容器外壳1，外壳1为铝合金制作，在容器外壳的内壁制备一层连续、均匀和无缝隙的铝碳复合材料的内衬2，该铝碳复合材料含68wt.%的金属铝粉、32wt.%的碳素材料，其中石墨粉（即碳粉）30wt.%以及2wt.%的结合剂碳。其制备方法是：取一个端开口、一端闭口的铝合金筒（具体尺寸根据电池容量大小而定），铝合金筒内壁先经过清洗及喷砂处理，将金属铝粉、石墨粉和结合剂混合均匀后加入筒内的橡胶模具工装，再通过等静压内压法将粉体在筒内壁压制成型，压制完成后将样品于200℃烘烤4小时，最后在惰性或真空气氛中于500℃热处理2小时获得制品。所制备的铝碳复合材料中的金属铝颗粒3构成复合材料的主体骨架；该复合材料中的碳素材料形成相互连通的导电网络4（如图2所示）。该铝碳复合材料具有优异的抗液态硫和多硫化钠腐蚀的性能，并且在材料内部形成相互连通的石墨导电网络，同时具有很好的导电性。
实施例2
一种钠硫电池的正极容器，包括金属制作的容器外壳1，外壳1为低碳钢制作，在容器外壳的内壁制备一层连续、均匀和无缝隙的铝碳复合材料的内衬2，该铝碳复合材料含70wt.%的金属铝粉、30wt.%的碳素材料，其中石墨粉（即碳粉）15wt.%以及15wt.%的结合剂碳。其制备方法是：取一个端开口、一端闭口的低碳钢筒（具体尺寸根据电池容量大小而定），低碳钢筒内壁先经过清洗及喷砂处理，将金属铝粉、炭黑和结合剂混合均匀，并加入无水乙醇作为稀释剂，将上述混合物喷涂于低碳钢筒内壁，喷涂完毕后将样品于60℃烘干，再将样品于200℃烘烤4小时，最后在惰性或真空气氛中于500℃热处理2小时获得制品。所制备的铝碳复合材料中的金属铝颗粒3构成复合材料的主体骨架；该复合材料中的碳素材料形成相互连通的导电网络4（如图2所示）。该铝碳复合材料具有优异的抗液态硫和多硫化钠腐蚀的性能，并且在材料内部形成相互连通的石墨导电网络，同时具有很好的导电性。
实施例3
一种钠硫电池的正极容器，包括金属制作的容器外壳1，外壳1为不锈钢制作，在容器外壳的内壁制备一层连续、均匀和无缝隙的铝碳复合材料的内衬2，该铝碳复合材料含80wt.%的金属铝粉和20%的炭黑（即碳粉），其制备方法是：取一个端开口、一端闭口的不锈钢筒（具体尺寸根据电池容量大小而定），不锈钢筒内壁先经过清洗及喷砂处理，将金属铝粉和炭黑混合均匀后加入筒内的金属模具工装，然后在惰性气氛中于温度590℃、压力30MPa下热压1小时获得制品。所制备的铝碳复合材料中的金属铝颗粒3构成复合材料的主体骨架；该复合材料中的碳素材料形成相互连通的导电网络4（如图2所示）。该铝碳复合材料具有优异的抗液态硫和多硫化钠腐蚀的性能，并且在材料内部形成相互连通的石墨导电网络，同时具有很好的导电性。
Claims (5)
1.一种钠硫电池的正极容器，包括金属制作的容器外壳，其特征在于：所述容器外壳的内壁制备一层连续的铝碳复合材料的内衬。
2.根据权利要求1所述的一种钠硫电池的正极容器，其特征在于：所述容器外壳为一端开口、另一端封闭的筒状结构，所述容器外壳为铝、铝合金、低碳钢和不锈钢中的一种。
3.根据权利要求1所述的一种钠硫电池的正极容器，其特征在于：所述铝碳复合材料包括金属铝粉和碳素材料，其中金属铝粉为30～90wt.% ，其余为碳素材料。
4.根据权利要求3所述的一种钠硫电池的正极容器，其特征在于：所述碳素材料包括碳粉和结合剂碳，其中碳粉为碳素材料的50～100wt.%，其余为结合剂碳。
5.根据权利要求1-4所述的一种钠硫电池的正极容器，其特征在于：所述铝碳复合材料的内衬中的金属铝颗粒构成复合材料的主体骨架，所述碳素材料形成相互连通的导电网络。
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| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
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Effective date of registration: 20180426 Address after: 610000 18 West core road, hi-tech West District, Chengdu, Sichuan Patentee after: Dongfang Electric Co., Ltd. Address before: 610036 Shu Han Road, Jinniu District, Chengdu, Sichuan Province, No. 333 Patentee before: Dongfang Electric Corporation |
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| TR01 | Transfer of patent right |