[发明专利]一种钠硫电池

说明书

技术领域

本发明涉及化学储能领域的一种钠硫电池。

背景技术

如图1所示，钠硫电池包括外壳1以及套接在外壳1内的电解质陶瓷管4。外壳1与电解质陶瓷管4之间形成正极室100，正极室100内填充有多孔导电纤维毡2。电解质陶瓷管4的顶面上设有径向向外突出的陶瓷绝缘环3，将正极室100封闭。电解质陶瓷管4内侧形成负极室400。负极室400内设有储钠管9以及套接在储钠管9外侧的安全管8。储钠管9的底部设有贯通孔91，储钠管9的顶部通过负极密封盖11封闭。负极密封盖11将负极室400和储钠管9封闭。

钠硫电池的核心部件是电解质陶瓷管4，电解质陶瓷管4由β”-Al₂O₃制成，其传导钠离子，兼做隔膜。钠硫电池循环寿命在很大程度上取决于电解质陶瓷管4的质量性能。一旦电解质陶瓷管4有微裂纹或者破裂，钠和硫直接接触发生剧烈反应，温度最高可达2000℃，瞬间熔化钠硫电池内的所有组件，造成活性物质泄漏。现有钠硫电池安全防护结构主要采用在电解质陶瓷管4与储钠管9之间套接与电解质陶瓷管4膨胀系数相差较大的安全管8，安全管8通常由铝或铝合金制成，安全管8与电解质陶瓷管4内壁之间的径向间隙401，径向间隙401的宽度控制在100微米，当电解质陶瓷管4破损后，安全管8轴向膨胀紧贴电解质陶瓷管4的内壁，并且给予电解质陶瓷管4的底部的内壁以压力，该压力大于电解质陶瓷管4底部外壁所受到的压力，安全管8与电解质陶瓷管4之间的径向间隙401也随着安全管8的径向膨胀闭合，钠和硫无法接触。该防护方法对电解质陶瓷管4的垂直度，以及电解质陶瓷管4底部的圆度要求较高，因此加工电解质陶瓷管4费时费力，同时电解质陶瓷管4在使用过程中极易损坏。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术的不足，提供一种钠硫电池，其能够可以防止电解质陶瓷管底部的液态钠参与反应，保护电解质陶瓷管底部的同时，降低对于电解质陶瓷管垂直度和底部圆度的要求。

实现上述目的的一种技术方案是：一种钠硫电池，包括外壳和套接在所述外壳内的电解质陶瓷管；所述外壳与所述电解质陶瓷管径向之间形成正极室，所述电解质陶瓷管径向内侧形成负极室，所述正极室内填充有多孔导电纤维毡，所述电解质陶瓷管的顶面上设有径向向外突出的陶瓷绝缘环，所述陶瓷绝缘环与所述外壳之间设有正极密封装置，将所述正极室封闭，所述负极室内设有储钠管以及套接在所述储钠管外侧的安全管，所述储钠管的顶部通过负极密封盖封闭，所述陶瓷绝缘环与所述负极密封盖之间设有负极密封环，将所述负极室封闭，：

所述安全管外壁的底部与所述电解质陶瓷管内壁的底部之间设有绝缘且对液态钠不浸润的缓冲层，所述电解质陶瓷管外壁的底部设有绝缘且对硫和多硫化钠不浸润的底部保护层。

进一步的，所述缓冲层是采用氧化锆、氮化硅、氧化铝粉或碳粉中的任意一种或多种，所述底部保护层采用硅酸铝纤维制成。

进一步的，所述安全管与所述电解质陶瓷管之间的径向间隙中设有间隙填充层，所述间隙填充层的由金属纤维编成，且所述间隙填充层的孔隙率为～%。

进一步的，所述储钠管的底部设有贯通孔和过滤层，所述过滤层是由304不锈钢或者316不锈钢的纤维编织成的。

再进一步的，所述储钠管和所述安全管的底部均为矩形底。

进一步的，所述安全管的顶面高于所述电解质陶瓷管的顶面。

进一步的，所述储钠管以及所述正极室内均填充有保护气体。

再进一步的，所述储钠管的上部空间，以及所述正极室的上部空间内的保护气体均为氮气。

更进一步的，所述正极室的上部空间内的氮气是由叠氮化钠不可逆分解形成的。

进一步的，所述正极密封装置包括L形金属环、槽形金属环和顶部金属环；

所述L形金属环分为垂直段和水平段，所述水平段的顶面与所述陶瓷绝缘环的底面固定，所述垂直段的内侧面与所述陶瓷绝缘环的外侧面固定；所述垂直段的外侧面与所述外壳的内侧面分离，所述垂直段的顶面高于所述陶瓷绝缘环的顶面；

所述槽形金属环的底面高于所述陶瓷绝缘环的顶面，所述槽形金属环上设有内圈槽壁和外圈槽壁，所述内圈槽壁高于所述外圈槽壁，所述外圈槽壁的外侧面与所述L形金属环的垂直段的内侧面固定，且所述外圈槽壁的顶面与所述L形金属环的垂直段的顶面等高；

所述顶部金属环连接所述槽形金属环的内圈槽壁的外侧面和所述外壳的内侧面，所述顶部金属环的顶面与所述槽形金属环内圈槽壁的顶面以及所述外壳的顶面等高；所述顶部金属环的顶面上外有一个环形槽。