[发明专利]一种与β″-Al2O3陶瓷管有近似热膨胀系数的耐腐蚀低镍低铬合金

说明书

本发明提供一种与β″‑Al₂O₃陶瓷管有近似热膨胀系数的耐腐蚀低镍低铬合金，涉及电池材料领域，包括以下重量百分数的元素组成：C：0.06‑0.12％、Cu：0.3‑0.45％、Mn：0.7‑1.2％、Si：0.12‑0.25％、Ni：3.2‑4.8％、Cr：5‑5.5％、Nb：0.4‑0.8％、Mo：0.04‑0.09％、La:0.05‑0.08％、Al:≤0.01％、P:≤0.01％、S:≤0.01％，其余为Fe和不可避免的杂质，与市售的4J33合金钢相比更适合作为钠硫电池中金属部件的原料，更加安全，可靠，可以大大延长钠硫电池的使用寿命(10年以上)，为钠硫电池的进一步发展应用，提供了坚实的物质基础。

技术领域

本发明涉及电池材料领域，具体涉及一种与β″-Al₂O₃陶瓷管有近似热膨胀系数的耐腐蚀低镍低铬合金。

背景技术

1967年美国Ford公司发明的钠硫电池，是采用Al₂O₃陶瓷管作为固态电解质兼正负极隔膜、以熔融态的钠和硫分别为负极和正极的二次电池，具有成本低(储能成本约为400-600USD/(k W·h))、能量密度高(760W·h/kg)、循环效率高(80％以上)、功率密度大(约230W/ kg)、无自放电现象、运行寿命10年以上等优点。钠硫电池对电池材料、电池结构要求高，使用时必须维持在300-350℃。

钠硫电池装配制备过程涉及到三种不同类型的密封结合技术，即陶瓷与陶瓷、陶瓷与金属以及金属与金属之间的密封，其中陶瓷与金属的密封结合技术因二者膨胀系数相差大、难以匹配而成为最困难、最关键的工艺，这极大的限制了钠硫电池应用发展，因为钠硫电池的运行温度在300-350℃之间，如果陶瓷电介质与合金材料之间因为受热膨胀挤压很容易导致陶瓷破损形成短路，高温的液态钠和硫就会直接接触，发生剧烈的放热反应，产生高达2000℃的高温，相当危险。

4J33合金钢在60-600℃之间具有与Al₂O₃陶瓷相近的热膨胀系数，是国内外钠硫电池厂家常用的热压件材料，4J33合金钢的组织为单相奥氏体，影响4J33合金钢膨胀系数稳定性的主要因素是合金的化学成分。其中，镍是稳定奥氏体(γ)相的主要元素，镍含量偏高有利于γ相的稳定，镍含量降低将导致4J33合金钢的晶相组织发生不同程度的奥氏体(γ)向针状马氏体(α)转变，相变时伴随着体积膨胀效应，合金的膨胀系数相应增高，致使封接件的内应力剧增，甚至造成陶瓷部分损坏，造成事故，4J33合金钢成分中镍含量一般达到30％以上，镍含量越高生产成本相应增加，目前市场上30cm×30cm×2.5cm的4J33合金钢价格高达450元，而且4J33合金钢虽然有一定的耐腐蚀性，但是高温下液态金属钠、硫以及硫化物介质的强腐蚀性，仍然会对4J33合金钢造成腐蚀，从而影响钠硫电池的使用寿命，钠硫电池和其他电池不同，没有任何副反应，活性物质可以被可逆的利用而不被损耗，由于金属部件在高温下长时间工作会有腐蚀，所以一般寿命实际使用寿命往往只有5-8年。

目前国内外只有少量的钠硫电池产品商业化，我国钠硫电池储能技术和应用在短期内很难取得突破。

发明内容

(一)解决的技术问题

针对现有技术的不足，本发明提供了一种与β″-Al₂O₃陶瓷管有近似热膨胀系数的耐腐蚀低镍低铬合金。

(二)技术方案

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：