CN104347883A - 一种钠硫电池负极容器及其加工方法 - Google Patents

一种钠硫电池负极容器及其加工方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种钠硫电池负极容器的加工方法：提供一种圆筒状的模具，模具末端的底面为弧形底面，将待加工的管材套置在模具外；将旋轮的工作斜面靠近管材末段的收口段外壁，沿收口段外壁施压，进行8-10道次旋压，将收口段的管壁向沿模具末端的底面旋压形成封头，制得负极容器。所述加工方法采用旋压工艺技术，通过旋轮旋压不锈钢管的收口段形成封头，将空心不锈钢管直接加工成负极容器，加工迅速，且没有任何焊接引起的缺陷，大大提高了生产效率和钠硫电池产品的安全性能，且制得的负极容器具有大长径比，能够承受高硫蒸汽气压，进一步增强了使用安全性，将负极材料灌入所述负极容器，即可直接作为负极使用，大大简化了钠硫电池的加工工艺。

Description

一种钠硫电池负极容器及其加工方法
技术领域
本发明涉及机械制造领域，尤其涉及一种钠硫电池负极容器及其加工方法。
背景技术
钠硫电池是美国福特(Ford)公司于1967年首先发明公布的，至今才40年左右的历史。钠硫电池是一种以金属钠为负极、硫为正极、陶瓷管为电解质隔膜的二次电池。在一定的工作度下，钠离子透过电解质隔膜与硫之间发生的可逆反应，形成能量的释放和储存。
电池通常是由正极、负极、电解质、隔膜和外壳等几部分组成。一般常规二次电池如铅酸电池、镉镍电池等都是由固体电极和液体电解质构成，而钠硫电池则与之相反，它是由熔融液态电极和固体电解质组成的，构成其负极的活性物质是熔融金属钠，正极的活性物质是硫和多硫化钠熔盐，由于硫是绝缘体，所以硫一般是填充在导电的多孔的炭或石墨毡里，固体电解质兼隔膜的是一种专门传导钠离子被称为Al2O3的陶瓷材料，外壳则一般用不锈钢等金属材料。
钠硫电池的结构：一个由β-Al2O3固定电解质做成的中心管，将内室的熔融钠（负极）和外室的熔融硫（正极）隔开；整个装置密封于不锈钢容器内，此容器又兼做硫电极的集流器；单体钠硫电池主要包括β-Al2O3固体电解质陶瓷管、氧化铝纤维和石墨毡双重结构的硫极、毛细结构的钠芯钠极、不锈钢筒体。
由于钠硫电池工作温度高，电池物质钠和硫易燃，硫蒸汽气压高，如密封不良，使硫逸出造成损失或氧化产生多硫钠（2Na2Sx+3O2→2Na2Sx-1+2SO3），使在电池放电过程中过早地生成低硫化钠，引起放电电压降低。硫极氧化还可能导致Na2SO4、Na2CO3、H2S、SO3、NaOH等多种化合物的生成，从而促使电池充电性能迅速恶化，电池工作容量降低。因此，钠硫电池的密封结构对于确保其安全运行及性能稳定是非常重要的。
现有的钠硫电池负极容器由于工艺条件的限制，多由一根空心不锈钢管和一个空心不锈钢球体焊接而成，加工时间常，焊接过程容易出现缺陷和密封不良，会严重影响钠硫电池的使用性能，造成安全隐患。
发明内容
本发明的目的在于克服上述不足，提供一种钠硫电池负极容器的加工方法，采用一根空心管材直接加工成整体零件，解决了密封不良的问题。
本发明提供了一种钠硫电池负极容器的加工方法，包括以下步骤：
1）提供一种模具，所述模具为圆筒状，模具至少其中一个末端的底面为弧形底面，将待加工的管材套置在模具外；
2）将旋轮的工作斜面靠近管材末段的收口段外壁，沿收口段外壁施压，进行8-10道次旋压，将管材收口段的管壁向沿模具末端的弧形底面旋压，形成封头，制得负极容器。
其中，模具额弧形底面优选为半椭球形或半球形。
其中，步骤2）中，对管材进行旋压时，旋压主轴的旋转速度优选为500-700rpm。
优选地，步骤3）中，第一道次封口旋压对应的旋轮转角为45-55°，其后各道次封口旋压对应的旋轮转角依次递增4-8°，但最后一道次封口旋压对应的旋轮转角仅比前一道次封口旋压对应的旋轮转角增加2-4°，并在最后一道次封口旋压的过程中封口切头，获得半椭球形封头。
优选地，进行步骤1）后，在进行步骤2）之前，对管材的收口段进行加热，直至收口段加热至颜色发红状态。
进一步优选地，步骤2）中，对管材进行旋压封口时，对管材收口段进行补热并保持补热状态，补热温度为1000-1300℃（更优选为1100-1250℃，更优选为1150-1200℃）。
优选地，步骤2）中，每道次旋轮在钢管收口段外壁向内轴向进给后，按照半椭圆形状轨迹以500-800mm/min的正旋速度从钢管收口段外壁向封头底部中心转动，再按照相同的轨迹以1000-1800mm/min的返回速度转动到钢管收口段外壁。
优选地，所述管材收口段的长度为管材外径的0.7-1.2倍。
优选地，步骤2）中，加热过程中管材进行缓慢旋转。
优选地，步骤2）中所述加热装置为中频加热炉、氧乙炔火焰喷枪或天然气-氧气加热装置。
优选地，步骤3）中采用自动补热枪对钢管收口段进行补热。
优选地，所述管材为不锈钢管材。
其中，所述管材的侧壁的厚度为0.5-3mm，更优选为0.8-2.2mm，更优选为1-2mm，更优选为1.2-1.8mm，例如1.3mm、1.5mm或1.6mm。
其中，所述模具的长径比优选为（450-550）:（45-55），更优选为（480-540）:（48-52），更优选为（500-520）:（49-51）。
本发明还提供了一种钠硫电池负极容器，包括采用权利要求1所述加工方法制备的管状负极容器，所述管状负极容器一端为弧形底面，另一端开口。
优选地，所述钠硫电池负极容器还包括设置在管状负极容器开口部分的封盖。
其中，所述管状负极容器优选为不锈钢材质。
优选地，所述管状负极容器的侧壁厚度为为0.5-3mm，更优选为0.8-2.2mm，更优选为1-2mm，更优选为1.2-1.8mm，例如1.3mm、1.5mm或1.6mm。
其中，所述管状负极容器的长度与内径的比例优选为（450-550）∶（45-55），更优选为（480-540）:（48-52），更优选为（500-520）:（49-51）。
本发明提供的钠硫电池负极容器的加工方法采用旋压工艺技术，通过旋轮旋压不锈钢管的收口段形成封头，将空心不锈钢管直接加工成钠硫电池负极容器，加工迅速，而且没有任何焊接引起的缺陷，大大提高了生产效率和钠硫电池产品的安全性能。且采用本发明加工方法制得的负极容器具有大长径比，能够承受高硫蒸汽气压，进一步增强了使用安全性，将负极材料灌入所述负极容器，即可直接作为负极使用，大大简化了钠硫电池的加工工艺。
附图说明
图1为本发明管材旋压安装示意图；
图2为管材收口段第一道次旋压后的状态示意图；
图3为管材收口段最后一道次旋压前的状态示意图；
图4为管材收口段最后一道次旋压后的状态示意图；
图5为本发明提供的钠硫电池负极容器的结构示意图。
具体实施方式
下面参照附图，结合具体的实施例对本发明作进一步的描述，以更好地理解本发明。
实施例1
如图1所述，提供一种圆筒状的模具5，模具5末端的底面为半椭球形，将待加工的不锈钢管2在模具外，用旋压机的卡爪1夹紧不锈钢管2的外壁，其中，模具5的长度为510mm，直径为50mm，不锈钢管2的侧壁的厚度为1.5mm。
将安装在旋轮座3上的旋轮4的工作斜面靠近不锈钢管2的收口段外壁，使旋压主轴的旋转速度为600rpm，旋轮4沿收口段外壁施压，进行9道次旋压，形成封头，制得负极容器。
其中，第1-9道次封口旋压对应的旋转角度别为50°、54°、59、64°、70、75°、82°、88°、91°。
其中，第9道次旋轮旋转角度比第8道次旋轮旋转角度大3°，并在第9道次旋压的过程中封口切头。不锈钢管3在第一道次和最后一道次封口旋压中的形变如图2-4所示。
其中，每道次旋轮4在不锈钢管2收口段外壁向内轴向进给后，按照半椭球形状轨迹以700mm/min的正旋速度从不锈钢管2收口段外壁向封头底部中心转动，再按照相同的轨迹以1400mm/min的返回速度转动到不锈钢管2的收口段外壁。
在一个优选的实施方式中，在将不锈钢管2套置在模具上后，对不锈钢管2收口段进行旋压之前，采用中频加热炉对不锈钢管2收口段进行加热至颜色发红状态。
在进一步优选的实施方式中，在不锈钢管2收口段进行旋压时，开启自动补热枪对不锈钢管2的收口段进行补热，补热温度为1150℃。
实施例2
本实施例提供了一种钠硫电池负极容器，包括实施例1制得的负极容器6，还包括设置在负极容器上的封盖7，如图5所示。
以上对本发明的具体实施例进行了详细描述，但其只是作为范例，本发明并不限制于以上描述的具体实施例。对于本领域技术人员而言，任何对本发明进行的等同修改和替代也都在本发明的范畴之中。因此，在不脱离本发明的精神和范围下所作的均等变换和修改，都应涵盖在本发明的范围内。

Claims (10)

1.一种钠硫电池负极容器的加工方法，其特征在于，包括以下步骤：
1）提供一种模具，所述模具为圆筒状，模具至少其中一个末端的底面为弧形底面，将待加工的管材套置在模具外；
2）将旋轮的工作斜面靠近管材末段的收口段外壁，沿收口段外壁施压，进行8-10道次旋压，将管材收口段的管壁向沿模具末端的弧形底面旋压，形成封头，制得负极容器。
2.根据权利要求1所述的加工方法，其特征在于，步骤2）中，对管材进行旋压时，旋压主轴的旋转速度为500-700rpm。
3.根据权利要求1所述的加工方法，其特征在于，步骤2）中，第一道次封口旋压对应的旋轮转角为45-55°，其后各道次封口旋压对应的旋轮转角依次递增4-8°，但最后一道次封口旋压对应的旋轮转角仅比前一道次封口旋压对应的旋轮转角增加2-4°，并在最后一道次封口旋压的过程中封口切头，获得半椭球形封头。
4.根据权利要求1所述的加工方法，其特征在于，所述管材为不锈钢管材。
5.根据权利要求4所述的加工方法，其特征在于，所述管材的侧壁的厚度为0.5-3mm。
6.根据权利要求1所述的加工方法，其特征在于，所述模具的长径比为（450-550）∶（45-55）。
7.一种钠硫电池负极容器，其特征在于，包括采用权利要求1所述加工方法制备的管状负极容器，所述管状负极容器一端为弧形底面，另一端开口；所述钠硫电池负极容器还包括设置在管状负极容器开口部分的封盖。
8.根据权利要求7所述的钠硫电池负极容器，其特征在于，所述管状负极容器为不锈钢材质。
9.根据权利要求7所述的钠硫电池负极容器，其特征在于，所述管状负极容器的侧壁厚度为0.5-3mm。
10.根据权利要求7所述的钠硫电池负极容器，其特征在于，所述管状负极容器长度与内径比例为（450-550）∶（45-55）。
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