CN205355092U - 一种高温液态密封电池 - Google Patents

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Abstract

本实用新型公开了一种高温液态密封电池，包括正极壳体及其顶端的盖板，正极壳体内腔的下部为正极材料，正极材料的上方为电解质，电解质中有负极，负极连接有金属棒。金属棒作为负极引出端穿过金属盖板上的中心孔，金属棒穿过金属盖板处依次套接有陶瓷绝缘管和金属管，且金属棒和陶瓷绝缘管之间、陶瓷绝缘管和金属管之间均为过盈配合，这样金属棒、陶瓷绝缘管、金属管三者之间的层状装配形成负极引出装配件，然后将该装配件通过外层的金属管与金属盖板的中心孔之间通过激光焊接为一体，实现电池的整体绝缘密封，克服了现有技术密封绝缘防腐性不足的缺陷。

Description

一种高温液态密封电池
技术领域
本实用新型涉及一种储能电池，具体涉及一种高温液态密封电池。
背景技术
目前的液态金属电池简易密封绝缘防腐装置的实质是将电池的密封部位由高温区引出到接近室温的环境中，在接近室温的环境进行金属棒和正极外壳之间的绝缘密封。该种简易密封技术存在的缺点是大大增加了电池单体的体积，给电池的成组应用造成很多不便。
还有的采用陶瓷紧固在金属件外侧或内部来实现金属棒和整机外壳之间的绝缘密封，其密封可靠性不佳，不能满足液态金属电池在高温时的密封要求。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种新型的密封绝缘防腐结构，减小液态电池体积的同时满足液态金属电池在高温时的密封要求。
本实用新型公开了一种高温液态密封电池，包括正极壳体及其顶端的盖板，正极壳体内腔的下部为正极材料，正极材料的上方为电解质，电解质中有负极，负极连接有穿过金属盖板中心孔的金属棒。所述金属棒穿过所述金属盖板位置处密封套接陶瓷绝缘管，陶瓷绝缘管密封套接金属管，金属管嵌装于金属盖板上的中心孔中与盖板形成整体密封件。
所述金属棒的外径比所述陶瓷绝缘管的内径小0.001～1mm，两者之间过盈装配，以保证高气密性。
所述金属管的内径比所述陶瓷绝缘管的外径小0～1mm，两者之间过盈装配，以保证高气密性。
所述陶瓷绝缘管的长度大于所述金属管的长度，陶瓷绝缘管的两端均伸出于金属管的两端面外。
所述金属管与所述金属盖板上的中心孔孔壁通过激光焊接为一体。
所述金属管的下端面与所述金属盖板的内表面平齐。
所述金属棒的外端有负极引线。
所述正极壳体为圆柱形壳体，所述金属盖板焊接于圆柱形壳体的上端。
所述金属棒和金属管的材质为铜、铜合金、铝、铝合金、因瓦合金马氏体不锈铁或铁素体不锈铁中的任意一种。
所述陶瓷绝缘管的材质为氧化镁、氧化锆、氧化钇、氮化硼、氮化铝或氮化硅中的任意一种或两种的混合物。
本实用新型在正极壳体的上端焊接带中心孔的圆形金属盖板，金属棒作为负极引出端穿过金属盖板上的中心孔，金属棒穿过金属盖板处依次套接有陶瓷绝缘管和金属管，且金属棒和陶瓷绝缘管之间、陶瓷绝缘管和金属管之间均为过盈配合，这样金属棒、陶瓷绝缘管、金属管三者之间的层状装配形成负极引出装配件，然后将该装配件通过外层的金属管与金属盖板的中心孔孔壁通过激光焊接为一体，实现电池的整体绝缘密封。
金属棒和陶瓷绝缘管之间、陶瓷绝缘管和金属管之间过盈配合的装配方式实现物理密封，金属管和金属盖板之间的激光焊接方式密封，使得本电池的密封结构具有高气密性和绝缘防腐蚀性能，克服了现有技术密封绝缘防腐性不足的缺陷。同时结构简单，成本低廉，在保证机械强度的条件下减小了电池的体积，节省了空间，保障了液态金属电池的使用寿命，同时有利于实现电池单体的小型化。
上述金属棒、金属管和绝缘陶瓷的材料选用保证它们的热膨胀系数相近，以采用热胀冷缩的原理来实现它们之间的装配，使得装配易操控且效果好。
附图说明
图1为本实用新型一个实施例的剖视结构示意图。
具体实施方式
如图1所示，本实施例公开了一种高温液态密封电池，包括负极引线1、金属棒2、金属管3、陶瓷绝缘管4、金属盖板5、正极壳体6、负极7、电解质8、正极材料9。
正极壳体6为圆柱形壳体，其上端焊接有圆形的金属盖板5，金属盖板5的中心有与金属管3外径匹配的安装孔。正极壳体6内腔的下部为正极材料9，正极材料9的上方为电解质8，电解质8中有负极7。负极引线1和金属棒2为整体件，负极7、金属棒2、负极引线1、陶瓷绝缘管4、金属管3装配形成负极引出密封整体件。
上述负极引出密封整体件通过外层的金属管3与金属盖板5上的安装孔孔壁通过激光焊接为一体，使负极引出密封整体件和金属盖板5之间形成整体密封件。
为了保证负极引出密封整体件的高气密性，将金属棒和陶瓷绝缘管之间、金属管和绝缘陶瓷之间均采用过盈配合来装配，采用最方便的热胀冷缩原理来实现过盈装配。金属棒的外径比陶瓷绝缘管的内径小0.001～1mm；金属管的内径比陶瓷绝缘管的外径小0～1mm。
因为采用热胀冷缩的原理来实现过盈装配，所以首先要使金属棒、金属管、绝缘陶瓷的热膨胀系数相近。将陶瓷绝缘管的材质选用氧化镁、氧化锆、氧化钇、氮化硼、氮化铝或氮化硅中的任意一种或两种的混合物；金属棒和金属管的材质选用铜、铜合金、铝、铝合金、因瓦合金马氏体不锈铁或铁素体不锈铁中的任意一种。
为了保证整个电池的高气密性，首先需将金属棒的外表面、金属管的内壁和陶瓷绝缘管的内外壁加工成镜面。
负极引出密封整体件的形成分为两个步骤，首先是金属棒和陶瓷绝缘管之间的过盈装配，然后是金属棒和陶瓷绝缘管的装配件与金属管的装配。
金属棒和陶瓷绝缘管之间的过盈装配如下：加热陶瓷绝缘管至120～1200℃，陶瓷绝缘管受热体积膨胀，将未加热的金属棒插入陶瓷绝缘管中，并根据设计要求确定陶瓷绝缘管与金属棒的相对位置。经自然冷却后的陶瓷绝缘管自然收缩与金属棒无缝紧密装配，自然实现了金属和陶瓷间的密封；或者将金属棒在零下20～273℃冷冻，将未冷冻的陶瓷绝缘管套装在冷冻的金属棒上。冷冻的金属棒恢复至常温后与陶瓷绝缘管之间无缝紧密装配，自然实现了金属-陶瓷间的密封。两种方法均可制得金属棒和陶瓷绝缘管的装配件。
金属棒和陶瓷绝缘管的装配件与陶瓷绝缘管之间的过盈装配过程如下：加热金属管至120～1200℃，或将陶瓷管冷冻至零下20～273℃，利用热胀冷缩原理，使金属棒和陶瓷绝缘管的装配件穿过金属管而实现陶瓷绝缘管与金属管之间的无缝紧密装配，注意金属管与陶瓷绝缘管的相对位置，使陶瓷绝缘管的两端均伸出于金属管的两端面外。
上述两个过盈装配过程实现了金属棒—陶瓷绝缘管—金属管三者之间的层状装配，达到完全密封的目的。
因为金属盖板焊接于正极壳体的上端，最后将金属棒、陶瓷绝缘管、金属管装配形成的负极引出密封整体件与电池正极壳体上端金属盖板的中心孔孔壁通过激光焊接的方式密封在一起，即实现了电池的整体密封。激光焊接之前确定使金属管的下端面与金属盖板的下表面平齐。
本实施例在正极壳体的上端焊接带中心孔的圆形金属盖板，金属棒作为负极引出端穿过金属盖板上的中心孔，金属棒穿过金属盖板处依次套接有陶瓷绝缘管和金属管，且金属棒和陶瓷绝缘管之间、陶瓷绝缘管和金属管之间均为过盈配合，这样金属棒、陶瓷绝缘管、金属管三者之间的层状装配形成负极引出装配件，然后将该装配件通过外层的金属管与金属盖板的中心孔之间通过激光焊接为一体，实现电池的整体绝缘密封。
金属棒和陶瓷绝缘管之间、陶瓷绝缘管和金属管之间过盈配合的装配方式实现物理密封，金属管和金属盖板之间的激光焊接方式密封，使得本电池的密封结构具有极好的气密性和绝缘防腐蚀性能，克服了现有技术密封绝缘防腐性不足的缺陷。同时结构简单，成本低廉，在保证机械强度的条件下减小了电池的体积，节省了空间，保障了液态金属电池的使用寿命，同时有利于实现电池单体的小型化。
上述金属棒、金属管和绝缘陶瓷的材料选用保证它们的热膨胀系数相近，以采用热胀冷缩的原理来实现它们之间的装配，使得装配易操控且效果好。

Claims (10)

1.一种高温液态密封电池，包括正极壳体及其顶端的金属盖板，正极壳体内腔的下部为正极材料，正极材料的上方为电解质，电解质中有负极材料，负极材料连接有穿过金属盖板中心孔的金属棒，其特征在于：所述金属棒穿过所述金属盖板位置处密封套有陶瓷绝缘管，陶瓷绝缘管外密封套接金属管，金属管嵌装于金属盖板上的中心孔中与盖板形成整体密封件。
2.如权利要求1所述的高温液态密封电池，其特征在于：所述金属棒的外径比所述陶瓷绝缘管的内径小0.001～1mm，两者之间过盈装配。
3.如权利要求2所述的高温液态密封电池，其特征在于：所述金属管的内径比所述陶瓷绝缘管的外径小0～1mm，两者之间过盈装配。
4.如权利要求3所述的高温液态密封电池，其特征在于：所述陶瓷绝缘管的长度大于所述金属管的长度，陶瓷绝缘管的两端均伸出于金属管的两端面外。
5.如权利要求4所述的高温液态密封电池，其特征在于：所述金属管与所述金属盖板上的中心孔孔壁通过激光焊接为一体。
6.如权利要求5所述的高温液态密封电池，其特征在于：所述金属管的下端面与所述金属盖板的内表面平齐。
7.如权利要求2所述的高温液态密封电池，其特征在于：所述金属棒的外端有负极引线。
8.如权利要求2所述的高温液态密封电池，其特征在于：所述正极壳体为圆柱形壳体，所述金属盖板焊接于圆柱形壳体的上端。
9.如权利要求1所述的高温液态密封电池，其特征在于：所述金属棒和金属管的材质为铜、铜合金、铝、铝合金、因瓦合金马氏体不锈铁或铁素体不锈铁中的任意一种。
10.如权利要求1所述的高温液态密封电池，其特征在于：所述陶瓷绝缘管的材质为氧化镁、氧化锆、氧化钇、氮化硼、氮化铝或氮化硅中的任意一种或两种的混合物。
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