CN105762426A - 一种钠硫电池用固体电解质陶瓷管 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种钠硫电池用固体电解质陶瓷管，在陶瓷管的管口部采用了第一管口增厚结构和第二管口增厚结构；第一管口增厚结构通过第一过渡结构和管身连接；第二管口增厚结构通过第二过渡结构和第一管口增厚结构连接。采用了这样的结构设计的钠硫电池用固体电解质陶瓷管，降低了管体的重心高度，增大了管口支持面的面积，提高了管口的稳度，有利于减小电解质陶瓷管在竖式烧成过程中产生的弯曲应力，改善了陶瓷管的弯曲变形，从而保证了陶瓷管的产品一致性并提升了陶瓷管的结构强度。
Description
技术领域
本发明涉及一种钠硫电池用固体电解质陶瓷管。
背景技术
钠硫电池具有容量大、体积小、寿命长、效率高等优点，在削峰填谷、应急电源、风力发电等可再生能源的稳定输出及提高电能质量以及车辆驱动等方面正逐步受到重视。
请参阅图2，钠硫电池包括电池外壳1-1和固体电解质陶瓷管1-2，固体电解质陶瓷管1-2的顶部设有陶瓷绝缘环1-3，陶瓷绝缘环1-3的顶端设有负极密封环1-4，以及位于负极密封环1-4顶部的负极密封盖1-5，将固体电解质陶瓷管1-2封闭。负极密封盖1-5顶面的径向中心设有负极极耳1-6。负极极耳1-6的下方设有一根从负极密封盖1-5径向中心插入电解质陶瓷管1-2的导电芯棒1-7。导电芯棒1-7与负极极耳1-6轴向连接。电池外壳1-1与陶瓷绝缘环1-3之间通过正极密封环1-8密封。电池外壳1-1的顶部设有正极极耳1-9。
其中固体电解质陶瓷管1-2内填充有钠，以及固体电解质陶瓷管1-2和电池外壳1-1之间为石墨毡以及填充在石墨毡中的硫磺。液态钠透过固体电解质陶瓷管1-2，和所述石墨毡中的硫磺反应而形成多硫化钠。固体电解质陶瓷管1-2的作用在于将钠硫电池1的正极和负极隔离。
其中，固体电解质陶瓷管1-2是钠硫电池的核心组件，其下端封闭、上端开口、大长径比等特点。在应用过程中，要求电解质陶瓷管尺寸精度高，保证产品的一致性和电池的综合性能。
同时，钠硫电池早期失效大多是以固体电解质陶瓷管1-2破裂而告终，导致大量液态钠和硫磺直接反应，造成电池失效后温度的过升以及腐蚀性多硫化钠的溢出，引起灾难性连锁反应。因此，固体电解质陶瓷管1-2机械强度指标直接关系到电池的使用寿命和安全可靠性。通过现有技术制备的固体电解质陶瓷管1-2，由于固体电解质陶瓷管1-2的致密度不均匀、壁厚不均匀、垂直度不良等原因，造成固体电解质陶瓷管1-2在竖式烧成过程中产生弯曲应力，导致弯曲变形，影响了固体电解质陶瓷管1-2的产品一致性以及固体电解质陶瓷管1-2的结构强度。防止固体电解质陶瓷管1-2在烧成过程中产生变形是制备高尺寸精度、高机械强度固体电解质陶瓷管1-2的前提条件，也是技术人员主要的研究方向。
发明内容
本发明提供了一种钠硫电池用固体电解质陶瓷管，提高了钠硫电池用固体电解质陶瓷管的良品率以及尺寸精度，为后续的钠硫电池装配提供了良好的产品一致性。
实现上述目的的一种技术方案是：一种钠硫电池用固体电解质陶瓷管，包括管底、管身，所述管身的底端通过所述管底封闭，所述管身的顶端开口。
从所述管身的底端到所述管身的顶端，所述管身的内径是相等的，所述管身的外径呈阶梯状增大，使所述管身顶端的厚度大于所述管身底端的厚度。
进一步的，所述管身的顶端的外圆周壁上设有环形的第一管口增厚结构。
更进一步的，所述第一管口增厚结构的下方设有环形的第二管口增厚结构，所述管身在所述第二管口增厚结构处的厚度大于所述管身在所述第一管口增厚结构处的厚度。
再进一步的，所述管身在所述第一管口增厚结构处的厚度，为所述管身在其底端处厚度的150％-250％；所述管身在所述第二管口增厚结构处的厚度为所述管身在所述第一管口增厚结构处厚度的150％-250％。
再进一步的，所述的一种钠硫电池用固体电解质陶瓷管，其特征在于：所述第一管口增厚结构的上方设有使所述管身的外径连续变化的第一过渡结构，所述第一管口增厚结构和所述第二管口增厚结构之间设有使所述管身的外径连续变化的第二过渡结构。
再进一步的，所述的一种钠硫电池用固体电解质陶瓷管，其特征在于，所述管底和所述管身底端处的厚度为3-6mm；所述管身的内径为54-55mm，所述管身的长度为300-400mm；所述第一管口增厚结构的长度为30-40mm；所述第一过渡结构的长度为10-20mm；所述第二管口增厚结构的长度为30-40mm；所述第二过渡结构的长度为10-20mm。
再进一步的，所述的一种钠硫电池用固体电解质陶瓷管，其特征在于：所述管底为半球形封闭结构。
进一步的，所述钠硫电池用固体电解质陶瓷管的素坯采用等静压成型方法制成。
进一步的，所述钠硫电池用固体电解质陶瓷管采用竖式烧成方法烧制而成。
进一步的，一种钠硫电池的技术方案，所述钠硫电池装有包含上述技术特征的钠硫电池用固体电解质陶瓷管。
本发明公开了一种钠硫电池用固体电解质陶瓷管，在陶瓷管的管口部采用了第一管口增厚结构和第二管口增厚结构；第一管口增厚结构通过第一过渡结构和管身连接；第二管口增厚结构通过第二过渡结构和第一管口增厚结构连接。采用了这样的结构设计的钠硫电池用固体电解质陶瓷管，降低了管体的重心高度，增大了管口支持面的面积，提高了管口的稳度，有利于减小电解质陶瓷管在竖式烧成过程中产生的弯曲应力，改善了陶瓷管的弯曲变形，从而保证了陶瓷管的产品一致性并提升了陶瓷管的结构强度。
附图说明
图1为本发明的一种钠硫电池用固体电解质陶瓷管的倒置示意图。
图2为钠硫电池的结构示意图。
具体实施方式
为了能更好地对本发明的技术方案进行理解，下面通过具体地实施例并结合附图进行详细地说明：
请参阅图1，本发明的一种钠硫电池用固体电解质陶瓷管，包括管底2、管身1。管身1的顶端开口，底端通过管底2封闭，管底2为半球形封闭结构。
管底2和管身1底端处的厚度d为3-6mm；管身1的内径为54-55mm，管身1底端处的外径为59-60mm，管身1的长度l为300-400mm。
管身1顶端的外壁从上至下由第一过渡结构31、第一管口增厚结构32、第二过渡结构33和第二管口增厚结构34组成。管身1在第二管口增厚结构34处的厚度d2大于管身1在第一管口增厚结构32处的厚度d1；管身1在第一管口增厚结构32处的厚度d1大于管身1在其底端处的厚度d。
第一过渡结构31处，管身1的外圆周壁呈倒圆锥面，使管身1的厚度在第一过渡结构31处从上至下连续均匀变大，第一过渡结构31的管身的最大厚度比管身1底端处的厚度大50％-150％，第一过渡结构31的长度为10-20mm；管身1在第一管口增厚结构32处的厚度等于管身1在第一过渡结构31处的最大厚度。第一管口增厚结构32的长度为30-40mm。
第二过渡结构33处，管身1的外圆周壁呈倒圆锥面，使管身1的厚度在第二过渡结构33处从上至下连续均匀变大，第二过渡结构33的管身的最大厚度比管身1在第一管口增厚结构32处的厚度大50％-150％，第二过渡结构33的长度为10-20mm；管身1在第二管口增厚结构34处的厚度和管身1在第二过渡结构33的最大厚度相同，第二管口增厚结构34的长度为30-40mm。
本发明的钠硫电池用固体电解质陶瓷管的素坯采用等静压成型方法制成，然后对素坯采用竖式烧成方法进行烧制，即所述管身的顶端朝下，倒置摆放，得到钠硫电池用固体电解质陶瓷管成品。
通过测量钠硫电池用固体电解质陶瓷管的弯曲度，发现普通的钠硫电池用固体电解质陶瓷管弯曲度小于1mm的比例仅为58％；而本发明的一种钠硫电池用固体电解质陶瓷管，其弯曲度小于1mm的比例达到97％，可见本发明的一种钠硫电池用固体电解质陶瓷管，采用了顶部增厚的改进措施后，大幅降低了烧成后钠硫电池用固体电解质陶瓷管的弯曲度，从而保证了钠硫电池用固体电解质陶瓷管的产品一致性并提升了陶瓷管的结构强度，尤其是能减小钠硫电池使用过程中，陶瓷绝缘环给予管身1顶部的压强，延长钠硫电池的使用寿命。
本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，而并非用作为对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围内，对以上所述实施例的变化、变型都将落在本发明的权利要求书范围内。
Claims (10)
1.一种钠硫电池用固体电解质陶瓷管，包括管底、管身，所述管身的底端通过所述管底封闭，所述管身的顶端开口；其特征在于：
从所述管身的底端到所述管身的顶端，所述管身的内径是相等的，所述管身的外径呈阶梯状增大，使所述管身顶端的厚度大于所述管身底端的厚度。
2.根据权利要求1所述的一种钠硫电池用固体电解质陶瓷管，其特征在于：所述管身的顶端的外圆周壁上设有环形的第一管口增厚结构。
3.根据权利要求2所述的一种钠硫电池用固体电解质陶瓷管，其特征在于：所述第一管口增厚结构的下方设有环形的第二管口增厚结构，所述管身在所述第二管口增厚结构处的厚度大于所述管身在所述第一管口增厚结构处的厚度。
4.根据权利要求3所述的一种钠硫电池用固体电解质陶瓷管，其特征在于：所述管身在所述第一管口增厚结构处的厚度，为所述管身在其底端处厚度的150％-250％；所述管身在所述第二管口增厚结构处的厚度为所述管身在所述第一管口增厚结构处厚度的150％-250％。
5.根据权利要求3所述的一种钠硫电池用固体电解质陶瓷管，其特征在于：所述第一管口增厚结构的上方设有使所述管身的外径连续变化的第一过渡结构，所述第一管口增厚结构和所述第二管口增厚结构之间设有使所述管身的外径连续变化的第二过渡结构。
6.根据权利要求5所述的一种钠硫电池用固体电解质陶瓷管，其特征在于，所述管底和所述管身底端处的厚度为3-6mm；所述管身的内径为54-55mm，所述管身的长度为300-400mm；所述第一管口增厚结构的长度为30-40mm；所述第一过渡结构的长度为10-20mm；所述第二管口增厚结构的长度为30-40mm；所述第二过渡结构的长度为10-20mm。
7.根据权利要求3所述的一种钠硫电池用固体电解质陶瓷管，其特征在于：所述管底为半球形封闭结构。
8.根据权利要求1所述的一种钠硫电池用固体电解质陶瓷管，其特征在于：所述钠硫电池用固体电解质陶瓷管的素坯采用等静压成型方法制成。
9.根据权利要求1所述的一种钠硫电池用固体电解质陶瓷管，其特征在于：所述钠硫电池用固体电解质陶瓷管采用竖式烧成方法烧制而成。
10.一种钠硫电池，其特征在于：所述钠硫电池装有如权利要求1～7所述的钠硫电池用固体电解质陶瓷管。
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