CN205960146U - 一种钠硫电池电解质陶瓷管闭口端保护结构及钠硫电池 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种钠硫电池电解质陶瓷管闭口端保护结构，包括电解质陶瓷管，所述电解质陶瓷管，包括直筒部，以及用于将所述直筒部的底部封闭的圆弧形的闭口端，所述电解质陶瓷管的径向外侧套接有一个柔性保护套，所述柔性保护套包括同轴套接在所述电解质陶瓷管径向外侧的套身，以及在所述电解质陶瓷管的闭口端下方将所述套身的底部封闭的套底；所述套身的顶部的内圆周与所述电解质陶瓷管的直筒部的外圆周壁线接触。其技术效果是：其不仅避免了电解质陶瓷管的闭口端参与电化学反应，而且有效缓解了因钠硫电池降温活性物质固化对电解质陶瓷产生的应力，提高了电解质陶瓷管的服役寿命。本实用新型还公布了具有对应钠硫电池电解质陶瓷管闭口端保护结构的钠硫电池。
Description
技术领域
本实用新型涉及储能领域的一种钠硫电池电解质陶瓷管闭口端保护结构，以及装有该保护结构的钠硫电池。
背景技术
钠硫电池是一种高比能量储能高温电池，其工作温度为280～360℃,其正极活性物质为硫磺，负极活性物质为金属钠，两种物质均属于易燃易爆物质。因此限制钠硫电池规模化应用的一个主要问题是如何保障电池的安全性能。通常钠硫电池固体。电解质陶瓷管为一端开口端，另外一端为闭口端，闭口端为球形或者椭球形设计，专利CN202423404U公布的钠硫电池电解质陶瓷管闭口端为椭球形，且厚度是直筒部的1.5倍以上，电池充放电时，闭口端和直筒部同时参加电化学反应，然而直筒部和闭口端通过的电流密度不同，造成直筒部和闭口端连接处应力集中，导致电解质陶瓷管损坏。
实用新型内容
本实用新型的目的是为了克服现有技术的不足，提供一种钠硫电池电解质陶瓷管闭口端保护结构以及一种钠硫电池，其不仅避免了电解质陶瓷管的闭口端参与电化学反应，而且有效缓解了因钠硫电池降温活性物质固化对电解质陶瓷管产生的应力，提高了电解质陶瓷管的服役寿命。
实现上述目的的一种技术方案是：一种钠硫电池电解质陶瓷管闭口端保护结构，包括电解质陶瓷管，所述电解质陶瓷管，包括直筒部，以及用于将所述直筒部的底部封闭的圆弧形的闭口端；
所述电解质陶瓷管的径向外侧套接有一个柔性保护套，所述柔性保护套包括同轴套接在所述电解质陶瓷管径向外侧的套身，以及在所述电解质陶瓷管的闭口端下方将所述套身的底部封闭的套底；
所述套身的顶部的内圆周与所述电解质陶瓷管的直筒部的外圆周壁线接触。
进一步的，所述柔性保护套由铝或铝合金制成，且表面设有氧化铝膜层。
再进一步的，所述氧化铝膜层的厚度为50～150μm。
进一步的，所述柔性保护套的套底的顶面与所述电解质陶瓷管的闭口端的底面之间存在竖直间隙，该竖直间隙的高度为3～10mm。
进一步的，所述套身底部的内径比所述直筒部的外径大0.6～2mm。
进一步的，所述柔性保护套的套身的顶部比所述电解质陶瓷管的套身的底部高3～10mm。
进一步的，所述套身的顶部的内圆周与所述电解质陶瓷管的直筒部外圆周壁之间涂有无机高温胶。
进一步的，所述电解质陶瓷管的闭口端的壁厚壁大于所述电解质管的直筒部的壁厚。
本实用新型的另外一种技术方案是：一种钠硫电池，包括电解质陶瓷管，所述电解质陶瓷管，包括直筒部，以及用于将所述直筒部的底部封闭的圆弧形的闭口端；所述电解质陶瓷管的径向外侧套接有一个柔性保护套，所述柔性保护套包括同轴套接在所述电解质陶瓷管径向外侧的套身，以及在所述电解质陶瓷管的闭口端下方将所述套身的底部封闭的套底；
所述套身的顶部的内圆周与所述电解质陶瓷管的直筒部的外圆周壁线接触。
采用了本实用新型的一种钠硫电池电解质陶瓷管闭口端保护结构的技术方案，包括电解质陶瓷管，所述电解质陶瓷管，包括直筒部，以及用于将所述直筒部的底部封闭的圆弧形的闭口端；所述电解质陶瓷管的径向外侧套接有一个柔性保护套，所述柔性保护套包括同轴套接在所述电解质陶瓷管径向外侧的套身，以及在所述电解质陶瓷管的闭口端下方将所述套身的底部封闭的套底；所述套身的顶部的内圆周与所述电解质陶瓷管的直筒部的外圆周壁线接触。其技术效果是：其不仅避免了电解质陶瓷管的闭口端参与电化学反应，而且有效缓解了因钠硫电池降温活性物质固化对电解质陶瓷管产生的应力，提高了电解质陶瓷管的服役寿命。
采用了本实用新型的一种钠硫电池的技术方案，包括电解质陶瓷管，所述电解质陶瓷管，包括直筒部，以及用于将所述直筒部的底部封闭的圆弧形的闭口端；所述电解质陶瓷管的径向外侧套接有一个柔性保护套，所述柔性保护套包括同轴套接在所述电解质陶瓷管径向外侧的套身，以及在所述电解质陶瓷管的闭口端下方将所述套身的底部封闭的套底；所述套身的顶部的内圆周与所述电解质陶瓷管的直筒部的外圆周壁线接触。其也能更实现上述技术效果。
附图说明
图1为本实用新型的一种钠硫电池电解质陶瓷管闭口端保护结构压装示意图。
图2为本实用新型的一种钠硫电池电解质陶瓷管闭口端保护结构示意图。
具体实施方式
请参阅图1，本实用新型的发明人为了能更好地对本实用新型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，本实用新型的一种钠硫电池电解质陶瓷管闭口端保护结构，包括电解质陶瓷管1，电解质陶瓷管1分为顶部开口的直筒部11，以及用于将直筒部11底部封闭的圆弧形的闭口端12。其中闭口端12的壁厚通常为直筒部11的壁厚的2倍及以上。
电解质陶瓷管1的下方设有套接在电解质陶瓷管1径向外侧的柔性保护套2。柔性保护套2分为与电解质陶瓷管1同轴套接的，顶部开口的套身21和将套身21底部封闭的，水平的套底22，柔性保护套2的材料要求塑性好、并且不和钠硫电池活性物质，即硫磺或多硫化钠发生化学反应，且表面电子导电能力较差，因此优选铝和铝合金材料。
柔性保护套2的壁厚在0.6～2.3mm之间，柔性保护套2的壁厚在0.6mm以下强度较弱，无法起到保护电解质陶瓷管1的作用。柔性保护套2的壁厚在2.3mm以上强则强度太高而不容易产生变形，并影响钠硫电池硫电极的装配。
在本实用新型的一种钠硫电池电解质陶瓷管闭口端保护结构压装前，柔性保护套2的套身21的内圆周壁和电解质陶瓷管1的直筒部11的外圆周壁之间保持一定的环形间隙，并且该环形间隙的宽度d在0.3～1mm之间，也就是说套身21底部内径比直筒部11的外径大0.6～2mm。该环形间隙的宽度d低于0.3mm，由于电解质陶瓷管1制备中批次外径尺寸存在一定的差异性，有可能影响柔性保护套2和电解质陶瓷管1之间的装配性能。该环形间隙的宽度d大于1mm，则需要在柔性保护套2的套身21的径向外侧施加更大的压力，才能使柔性保护套2的套身21顶部的内圆周与电解质陶瓷管1的直筒部11的外圆周壁之间产生线接触，因此电解质陶瓷管1的受力增加，容易引起电解质陶瓷管1产生应力缺陷，增加电解质陶瓷管1的损坏几率。
柔性保护套2的顶面高于电解质陶瓷管1中直筒部11和闭口端12连接部，即柔性保护套2的顶面高于电解质陶瓷管1的直筒部11的底部。柔性保护套2的顶面与直筒部11的底部的高度差h1在2～10mm之间，柔性保护套2的顶面与直筒部11的底部的高度差h1在2mm以下，则由于电解质陶瓷管1加工长度的差异性，柔性保护套2可能没法发挥作用，柔性保护套2的顶面与直筒部11的底部的高度差h1在10mm以上，则减小了直筒部11的电化学反应面积，增加了钠硫电池的欧姆内阻。柔性保护套2的套底22的顶面与闭口端12底面存在竖直间隙，该竖直间隙在柔性保护套2内部充当一个缓冲装置，可有效缓解钠硫电池降温时硫磺和多硫化钠固化对电解质陶瓷管1产生的应力，竖直间隙的高度h2为3～10mm,竖直间隙的高度h2低于3mm，因钠硫电池工作时电解质陶瓷管1在竖直方向上产生较大的膨胀位移，柔性保护套2和电解质陶瓷管1的闭口端12可能受力接触。而竖直间隙的高度h2大于10mm，则增加了钠硫电池的高度，降低了钠硫电池的体积能量密度。
为了消除柔性保护套2的表面电子电导性能，采用阳极氧化技术在柔性保护套2内外表面产生一层致密的氧化铝膜层，该氧化铝膜层的厚度50～150μm，氧化铝膜层的厚度低于50μm，则氧化铝膜层仍可以通过隧道效应导电，氧化铝膜层的厚度超过150μm，降低了柔性保护套2的基体厚度，降低其塑形变形能力。
在柔性保护套2的套身21的顶部，通过套接环形胶管(图中未显示)，并采用水压试验机向所述环形胶管内注水，从而柔性保护套2的顶部施加径向向内的水压，施加水压范围为2～10MPa，水压低于2MPa，则柔性保护套2的套身21无法产生足够的塑性形变，因此套身21顶部的内圆周无法和电解质陶瓷管1的直筒部11保持线接触，硫磺和多硫化钠仍然可以通过柔性保护套2的套身21和电解质陶瓷管1的直筒部11之间的间隙流入柔性保护套2的套身21的径向内侧。水压大于10MPa，则套身21顶部的内圆周可能对电解质陶瓷管1的直筒部11产生应力，另外还增加了水压试验机制造的难度。经过施加水压，柔性保护套2的套身21顶部的内圆周和电解质陶瓷管1的直筒部11外圆周壁保持紧密的线接触。
然后钠硫电池工作时由于柔性保护套2和电解质陶瓷管1之间的热膨胀差异，柔性保护套2的套身21顶部的内圆周和电解质陶瓷管1的直筒部11外圆周壁之间的间隙仍可出现，因此在柔性保护套2的套身21顶部的内圆周和电解质陶瓷管1的直筒部11外圆周壁保持紧密的线接触后，在柔性保护套2的套身21顶部的内圆周和电解质陶瓷管1的直筒部11外圆周壁之间，使用点胶机填充具有较高剪切强度的无机高温胶，其在钠硫电池工作温度下不会失效。优选地可采用无机物/石墨混合胶或无机物/陶瓷混合胶，无机高温胶固化后，在柔性保护套2的套身21顶部的内圆周和电解质陶瓷管1的直筒部11外圆周壁之间形成致密保护层。柔性保护套2和电解质陶瓷管1构成一体。
钠硫电池充放电时，仅电解质陶瓷管1的直筒部11参加电化学反应，闭口端12由于柔性保护套2的存在无法参加电化学反应；另一方面由于柔性保护套2和电解质陶瓷管1的闭口端12的底部存在一定的竖直间隙，降温时多硫化钠和硫磺固化，对电解质陶瓷管1产生应力，而竖直间隙可有效吸收应力，降低了电解质陶瓷管1的损坏风险，柔性保护套2的设计不仅能够在电化学程度上降低电解质陶瓷管1的闭口端12损坏的风险，而且还能缓解钠硫电池升降温时，活性物质对电解质陶瓷管1的闭口端12应力。
电池充放电时，电解质陶瓷管1的直筒部11底度的电流密度较大，随着钠硫电池服役时间的增加，电解质陶瓷管1一般损坏部位为直筒部1的中下部，以及底部的闭口端12。为了延长电解质陶瓷管1的服役寿命，在闭口端12增加柔性保护套2。由于增加了柔性保护套2，不仅避免了电解质陶瓷管1的闭口端12参与电化学反应，而且有效缓解了因钠硫电池降温活性物质固化对电解质陶瓷管1产生的应力，提高了电解质陶瓷管1的服役寿命。
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实用新型，而并非用作为对本实用新型的限定，只要在本实用新型的实质精神范围内，对以上所述实施例的变化、变型都将落在本实用新型的权利要求书范围内。
Claims (9)
1.一种钠硫电池电解质陶瓷管闭口端保护结构，包括电解质陶瓷管，所述电解质陶瓷管，包括直筒部，以及用于将所述直筒部的底部封闭的圆弧形的闭口端；其特征在于：
所述电解质陶瓷管的径向外侧套接有一个柔性保护套，所述柔性保护套包括同轴套接在所述电解质陶瓷管径向外侧的套身，以及在所述电解质陶瓷管的闭口端下方将所述套身的底部封闭的套底；
所述套身的顶部的内圆周与所述电解质陶瓷管的直筒部的外圆周壁线接触。
2.根据权利要求1所述的一种钠硫电池电解质陶瓷管闭口端保护结构，其特征在于：所述柔性保护套由铝或铝合金制成，且表面设有氧化铝膜层。
3.根据权利要求2所述的一种钠硫电池电解质陶瓷管闭口端保护结构，其特征在于：所述氧化铝膜层的厚度为50～150μm。
4.根据权利要求1所述的一种钠硫电池电解质陶瓷管闭口端保护结构，其特征在于：所述柔性保护套的套底的顶面与所述电解质陶瓷管的闭口端的底面之间存在竖直间隙，该竖直间隙的高度为3～10mm。
5.根据权利要求1所述的一种钠硫电池电解质陶瓷管闭口端保护结构，其特征在于：所述套身底部的内径比所述直筒部的外径大0.6～2mm。
6.根据权利要求1所述的一种钠硫电池电解质陶瓷管闭口端保护结构，其特征在于：所述柔性保护套的套身的顶部比所述电解质陶瓷管的套身的底部高3～10mm。
7.根据权利要求1所述的一种钠硫电池电解质陶瓷管闭口端保护结构，其特征在于：所述套身的顶部的内圆周与所述电解质陶瓷管的直筒部外圆周壁之间涂有无机高温胶。
8.根据权利要求1所述的一种钠硫电池电解质陶瓷管闭口端保护结构，其特征在于：所述电解质陶瓷管的闭口端的壁厚壁大于所述电解质管 的直筒部的壁厚。
9.一种钠硫电池，其特征在于：其设有根据权利要求1～8中任意一项所述的钠硫电池电解质陶瓷管闭口端保护结构。
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| CN106129490A (zh) * | 2016-08-17 | 2016-11-16 | 上海电气钠硫储能技术有限公司 | 一种钠硫电池电解质陶瓷管闭口端保护结构及钠硫电池 |
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