一種提高功率和容量的鈉電池制造技術(shù)

本實(shí)用新型專利技術(shù)公開了一種提高功率和容量的鈉電池，包括殼體；懸置于所述殼體內(nèi)的陶瓷管；填設(shè)于所述陶瓷管內(nèi)的負(fù)極；插設(shè)于所述負(fù)極內(nèi)并延伸至殼體外的負(fù)極觸頭；位于所述殼體和所述陶瓷管間的正極和第二電解質(zhì)。陶瓷管為β”-Al2O3陶瓷管，第二電解質(zhì)為NaAlCl4。相對(duì)傳統(tǒng)的鈉電池，本實(shí)用新型專利技術(shù)是將負(fù)極與正極和第二電解質(zhì)的位置進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整，從而在負(fù)極與正極和第二電解質(zhì)體積比保持不變的情況下，也即在鈉電池容量恒定的情況下，降低正極了厚度，避免鈉電池反應(yīng)后期電阻值的大幅增加，進(jìn)而在一定程度上提高了鈉電池的功率，另還能在總體積不變的情況下提高鈉電池的容量。（*該技術(shù)在2022年保護(hù)過期，可自由使用*）

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】

本技術(shù)涉及一種鈉電池，尤其是一種提高功率和容量的鈉電池。
技術(shù)介紹
鈉電池的研究應(yīng)用始于1960年，首先是FORD公司研究用于汽車上的鈉硫電池，經(jīng)過50年的發(fā)展，越來越多的電池生產(chǎn)商將鈉電池商業(yè)化生產(chǎn)。現(xiàn)有鈉電池根據(jù)反應(yīng)物的不同可分為鈉氯化物電池或鈉硫電池，其中以鈉氯化物電池為例，鈉氯化物電池的高功率密度和高能量密度，使其在儲(chǔ)能方面有著突出的表現(xiàn)。如圖I所示，鈉氯化物電池的正極5a為可采用氯化鈉、鎳粉、氟化鈉和硫化鐵等物 質(zhì)組成的混合物，負(fù)極2a為液態(tài)金屬鈉，固體電解質(zhì)為β "-Al2O3陶瓷材料，第二電解質(zhì)4a 為NaAlCl4。其中，該β ”-Α1203陶瓷管3a作為電解質(zhì)兼隔膜，它是電絕緣體，但是對(duì)鈉離子是導(dǎo)體，在正負(fù)極間可傳遞鈉離子。鈉電池包括徑向截面為圓柱形或方形的殼體la，該殼體Ia內(nèi)填充有作為負(fù)極2a的液態(tài)鈉，該液態(tài)鈉內(nèi)插設(shè)有β ”-Al2O3陶瓷管3a，該β ”-Al2O3陶瓷管3a內(nèi)填設(shè)有第二電解質(zhì)4aNaAlCl4和正極5a，柱狀的正極觸頭51a插設(shè)于第二電解質(zhì)4aNaAlCl4和正極5a的混合組成物內(nèi)并延伸至殼體Ia外。由于β ”_Α1203陶瓷管3a在液態(tài)鈉中無法固定且不能與殼體Ia直接接觸，為了穩(wěn)定地安置β "-Al2O3陶瓷管3a，故在β ” -Al2O3陶瓷管3a的上端開口處通過玻璃化SiO2粘結(jié)有a -Al2O3陶瓷密封蓋6a，該a -Al2O3陶瓷密封蓋6a上依次間隔并熱壓有與正極5a焊接連接的內(nèi)鎳環(huán)7a和與殼體Ia焊接連接的外鎳環(huán)8a，從而使得β "-Al2O3陶瓷管3a以類似于懸臂結(jié)構(gòu)懸置于殼體Ia中。其中，Ci-Al2O3陶瓷密封蓋6a相對(duì)于β”-Α1203陶瓷管3a來說是完全的電絕緣體，不允許鈉離子的通過，實(shí)現(xiàn)電池的正極、負(fù)極的完全隔開；又因?yàn)殒嚥牧蠈?duì)于NaAlCl4具有良好的抗腐蝕性，故內(nèi)外鎳環(huán)采用鎳材料制成。現(xiàn)有的鈉氯化物電池均采用正極中心電極式結(jié)構(gòu),但是這將對(duì)鈉氯化物電池的容量造成限制。當(dāng)鈉氯化物電池充放電時(shí)，以放電為例，電極反應(yīng)首先發(fā)生在陶瓷管3a表面接觸的部位,然后再朝電池的中心方向移動(dòng),而在這過程中，鈉氯化物電池的電阻也將隨之發(fā)生變化。如圖2所示，X軸為放電深度(即放電量)，Y軸為鈉氯化物電池電阻。當(dāng)剛開始放電時(shí)，電阻值很小；隨著反應(yīng)層往電池的中心方向移動(dòng)，電阻隨之增大。因此，正極5a厚度不能太大(此處，正極厚度為陶瓷管3a的內(nèi)徑)，否則隨著鈉氯化物電池的放電，電阻將增加過大，從而影響鈉氯化物電池的正常工作使用。為此，現(xiàn)有的鈉氯化物電池中正極5a厚度一般小于25mm，也即保證鈉氯化物電池放電后期時(shí)電阻不至于過大，然而這無形中限制了鈉氯化物電池的單體容量，使得鈉氯化物電池的實(shí)際容量受到限制，同時(shí)電池內(nèi)阻的增加還導(dǎo)致鈉氯化物電池的功率無法得到提高。為了提高鈉氯化物電池的容量和功率，現(xiàn)有方式為提高電極的反應(yīng)面積，從而減少電阻，提高功率，具體方式為將陶瓷管3a的徑向截面改進(jìn)呈十字梅花形，但是，這樣勢(shì)必導(dǎo)致陶瓷管3a的應(yīng)力分布不均，提高了制造工藝的難度，增加了生產(chǎn)成本。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本技術(shù)提供了一種能提高自身功率和容量的鈉電池。本技術(shù)解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是一種提高功率和容量的鈉電池，包括殼體；懸置于所述殼體內(nèi)的陶瓷管；填設(shè)于所述陶瓷管內(nèi)的負(fù)極；插設(shè)于所述負(fù)極內(nèi)并延伸至殼體外的負(fù)極觸頭；位于所述殼體和所述陶瓷管間的正極和第二電解質(zhì)。進(jìn)一步設(shè)置為所述殼體上設(shè)有供陶瓷管容設(shè)用的容置槽，該容置槽和陶瓷管同心設(shè)置，且該容置槽的內(nèi)徑與所述陶瓷管的外徑之差為10-25mm。進(jìn)一步優(yōu)選設(shè)置為所述容置槽的內(nèi)徑與所述陶瓷管的外徑之差為15_。采用上述技術(shù)方案，容置槽和陶瓷管的徑向截面為圓形且同心設(shè)置，也即陶瓷管周圍所接觸的正極在厚度上是均勻的，如此，鈉電池在反應(yīng)過程中將始終保持一個(gè)穩(wěn)定的反應(yīng)功率。進(jìn)一步設(shè)置為所述殼體和所述陶瓷管間設(shè)有陶瓷管支撐彈簧。采用上述技術(shù)方案，通過陶瓷管支撐彈簧對(duì)陶瓷管的支撐，則原來處于懸掛狀態(tài)的陶瓷管被抬起，也即陶瓷管和位于陶瓷管內(nèi)第二電解質(zhì)的重力被陶瓷管支撐彈簧所抵消，而且陶瓷管支撐彈簧的彈力范圍為1-1. 5倍陶瓷管和第二電解質(zhì)的重力，使得陶瓷管被向上壓緊于Q-Al2O3陶瓷密封蓋上，在一定程度上提高陶瓷管和a-Al2O3陶瓷密封蓋間的密封性。由于陶瓷管和Ci-Al2O3陶瓷密封蓋間玻璃化物質(zhì)所承受的重力受到陶瓷管支撐彈簧彈力的抵消，從而減少了玻璃化物質(zhì)因?yàn)橹亓Χ霈F(xiàn)裂縫情況的發(fā)生，進(jìn)一步延長(zhǎng)了鈉電池的使用壽命。進(jìn)一步設(shè)置為所述殼體、陶瓷管和陶瓷管支撐彈簧均位于同一軸線上，所述陶瓷管支撐彈簧的一端與所述陶瓷管底部的外壁相抵靠，另一端與所述殼體底部的內(nèi)壁相抵靠，所述陶瓷管底部的外壁和殼體底部的內(nèi)壁間距離為5-50mm。進(jìn)一步優(yōu)選設(shè)置為所述陶瓷管底部的外壁和殼體底部的內(nèi)壁間距離為35mm。采用上述技術(shù)方案，陶瓷管底部的外壁和殼體底部的內(nèi)壁間距離的距離不可太大或太小，如果太大，則不利于陶瓷管支撐彈簧工作時(shí)的穩(wěn)定性，如果太小，則不利于發(fā)揮陶瓷管支撐彈簧的作用。本技術(shù)的有益效果是該陶瓷管為一端開口，另一端封閉的筒狀結(jié)構(gòu)，從而起到供第二電解質(zhì)容置的作用。陶瓷管為β ”-Α1203陶瓷管，第二電解質(zhì)為NaAlCl4。相對(duì)傳統(tǒng)的鈉電池，本技術(shù)是將負(fù)極與正極和第二電解質(zhì)的位置進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整，從而在負(fù)極與正極和第二電解質(zhì)體積比保持不變的情況下，也即在鈉電池容量恒定的情況下，降低正極了厚度，避免鈉電池反應(yīng)后期電阻值的大幅增加，進(jìn)而在一定程度上提高了鈉電池的功率，另還能在總體積不變的情況下提高鈉電池的容量。附圖說明圖I為傳統(tǒng)鈉電池的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為鈉電池中放電深度和電阻值的XY散點(diǎn)圖。圖3為本技術(shù)實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。圖4為圖3的A-A剖視圖。具體實(shí)施方式以下結(jié)合附圖對(duì)本技術(shù)作進(jìn)一步描述如圖3、4所示，本實(shí)施例中正極2為氯化鈉、鎳粉、氟化鈉和硫化鐵等物質(zhì)組成的混合物，負(fù)極5為液態(tài)金屬鈉，固體電解質(zhì)為β "-Al2O3陶瓷管4，第二電解質(zhì)3為NaAlCl4。陶瓷管4作為電解質(zhì)兼隔膜，它是電絕緣體，但是對(duì)鈉離子是導(dǎo)體，在正負(fù)極間可傳遞鈉離子。本實(shí)施例包括截面為圓柱形的殼體1，該殼體I上開設(shè)有容置腔11，該容置腔11內(nèi)填充有正極2和作為鈉離子運(yùn)動(dòng)介質(zhì)的第二電解質(zhì)3NaAlCl4，該正極2和第二電解質(zhì)3混合物中插設(shè)有β "-Al2O3陶瓷管4，該β "-Al2O3陶瓷管4內(nèi)填設(shè)有負(fù)極5液態(tài)鈉，該負(fù)極5液態(tài)鈉中插設(shè)有負(fù)極觸頭51并延伸至殼體I外。在β "-Al2O3陶瓷管4的上端開口處通過玻璃化SiO2粘結(jié)有a -Al2O3陶瓷密封蓋6，該a -Al2O3陶瓷密封蓋6上依次間隔熱壓有與負(fù)極觸頭51焊接連接的內(nèi)鎳環(huán)7和與殼體I焊接連接的外鎳環(huán)8，從而使得β ”-Al2O3陶 瓷管4懸置于殼體I中。其中，容置腔11、陶瓷管4和柱狀負(fù)極觸頭51同心設(shè)置，該容置腔11的內(nèi)徑與陶瓷管4的外徑之差為15_。其中，正極還可以采用鎳粉、氟化鈉、硫化鐵等物質(zhì)組成的混合物。a -Al2O3陶瓷密封蓋6相對(duì)于β ” -Al203陶瓷管4來說是完全的電絕緣體，不允許鈉離子的通過；又因?yàn)殒嚥牧蠈?duì)于NaAlCl4具有良好的抗腐蝕性，故本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種提高功率和容量的鈉電池，其特征是：包括殼體；懸置于所述殼體內(nèi)的陶瓷管；填設(shè)于所述陶瓷管內(nèi)的負(fù)極；插設(shè)于所述負(fù)極內(nèi)并延伸至殼體外的負(fù)極觸頭；位于所述殼體和所述陶瓷管間的正極和第二電解質(zhì)。

【技術(shù)特征摘要】

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：胡云武，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：杭州旭瑞能源工程有限公司，
類型：實(shí)用新型
國(guó)別省市：