一種鈉硫電池電解質(zhì)薄壁陶瓷管燒結(jié)工裝的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了化學(xué)儲能領(lǐng)域的一種鈉硫電池電解質(zhì)薄壁陶瓷管燒結(jié)工裝；包括容器，所述容器的底部由容器底座封閉，所述容器底座的頂面上固定有支撐環(huán)，所述支撐環(huán)的環(huán)壁上開有至少一個(gè)氣體交換通道；所述容器、所述容器底座和所述支撐環(huán)均由能夠耐堿性氣氛和1500℃以上高溫的耐火材料制成；所述支撐環(huán)的頂面上設(shè)有同步收縮環(huán)，所述同步收縮環(huán)由固體電解質(zhì)Na-β″-Al2O3的生坯制成；電解質(zhì)薄壁陶瓷管的生坯倒置于所述同步收縮環(huán)的頂面上。其技術(shù)效果是：其能夠有效降低電解質(zhì)薄壁陶瓷管的生產(chǎn)成本，實(shí)現(xiàn)批量化生產(chǎn)，并能有效地提高電解質(zhì)薄壁陶瓷管燒結(jié)良率和性能一致性，并能有效防止電解質(zhì)薄壁陶瓷管的生坯在燒結(jié)過程中發(fā)生開裂、變形等缺陷。
【專利說明】—種鈉硫電池電解質(zhì)薄壁陶瓷管燒結(jié)工裝
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及化學(xué)儲能領(lǐng)域的一種鈉硫電池電解質(zhì)薄壁陶瓷管燒結(jié)工裝。
【背景技術(shù)】
[0002]固體電解質(zhì)Na-β " -Al2O3陶瓷具有良好的Na+離子傳導(dǎo)性能，在常溫下其離子電導(dǎo)率可達(dá)到10_2S/cm數(shù)量級，固體電解質(zhì)Na-β " -Al2O3可用作為鈉硫電池的電解質(zhì)薄壁陶瓷管。高性能的電解質(zhì)薄壁陶瓷管是鈉硫電池中的核心組件。在應(yīng)用過程中，要求固體電解質(zhì)Na-β " -Al2O3制成的電解質(zhì)薄壁陶瓷電解質(zhì)管具有高的離子電導(dǎo)率、高強(qiáng)度以及均勻致密的顯微結(jié)構(gòu)。固體電解質(zhì)Na-β" -Al2O3的生坯在高溫下燒結(jié)的過程是鈉硫電池制備中的關(guān)鍵步驟，對于電池的組裝、性能和制造成本有著決定性的影響。
[0003]如圖1所示，傳統(tǒng)工藝中，鈉硫電池的由Na-β " -Al2O3制成的電解質(zhì)薄壁陶瓷管燒結(jié)采用的是滾動燒結(jié)的方法，以高密度氧化鋁管為外套管300，電解質(zhì)薄壁陶瓷管的生坯100被密封包裹在一個(gè)設(shè)有坩堝蓋201的鉬坩堝200內(nèi)后水平放置在外套管300中后再進(jìn)行燒結(jié)。使用鉬坩堝密封包裹電解質(zhì)薄壁陶瓷管的生坯100的主要原因在于:鉬為惰性金屬，耐高溫，且在燒結(jié)過程中不與電解質(zhì)陶瓷的生坯100或堿性氣氛發(fā)生反應(yīng)，從而保護(hù)燒結(jié)氣氛，但是一個(gè)鉬坩堝的價(jià)格都價(jià)值數(shù)萬甚至數(shù)十萬，極大地增加了電解質(zhì)薄壁陶瓷管的生產(chǎn)成本，不利于其工業(yè)化進(jìn)程。在燒結(jié)過程中，為保證燒結(jié)完成后電解質(zhì)薄壁陶瓷管的垂直度和封閉端的圓整度，外套管300需要一直處于滾動狀態(tài)，電解質(zhì)薄壁陶瓷管的生坯100在燒結(jié)時(shí)一直處于滾動狀態(tài)，電解質(zhì)薄壁陶瓷管的生坯100與外包的鉬坩堝200不停接觸，加之電解質(zhì)陶瓷管薄壁陶瓷管的生坯100內(nèi)側(cè)的氣壓遠(yuǎn)高于外側(cè)的氣壓，最終燒成的電解質(zhì)薄壁陶瓷管，可能會出現(xiàn)微裂紋和圓整度不好等缺陷，或者受到鉬坩堝200的污染而引入其它雜質(zhì)，影響電解質(zhì)薄壁陶瓷管和鈉硫電池的綜合性能。
[0004]因此，長期以來，許多公司或科研單位都在開發(fā)研制適合電解質(zhì)薄壁陶瓷管的固相燒結(jié)方法及工裝，但是都未成功。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種鈉硫電池電解質(zhì)薄壁陶瓷管燒結(jié)工裝，其能夠有效降低電解質(zhì)薄壁陶瓷管的生產(chǎn)成本，實(shí)現(xiàn)電解質(zhì)薄壁陶瓷管批量化生產(chǎn)，并能有效地提高電解質(zhì)薄壁陶瓷管燒結(jié)良率和性能一致性，并能有效防止電解質(zhì)薄壁陶瓷管的生坯在燒結(jié)過程中發(fā)生裂紋、變形等缺陷。
[0006]實(shí)現(xiàn)上述目的的一種技術(shù)方案是:一種鈉硫電池電解質(zhì)薄壁陶瓷管燒結(jié)工裝，包括容器，所述容器的底部由容器底座封閉，所述容器底座的頂面上固定有支撐環(huán)，所述支撐環(huán)的環(huán)壁上開有至少一個(gè)氣體交換通道；
[0007]所述容器、所述容器底座和所述支撐環(huán)均由能夠耐堿性氣氛和1500°C以上高溫的耐火材料制成；
[0008]所述支撐環(huán)的頂面上設(shè)有同步收縮環(huán)，所述同步收縮環(huán)由固體電解質(zhì)Na-β " -Al2O3的生坯制成；電解質(zhì)薄壁陶瓷管的生坯豎直倒置于所述同步收縮環(huán)的頂面上。
[0009]進(jìn)一步的，所述容器、所述容器底座和所述支撐環(huán)由氧化鎂陶瓷或固體電解質(zhì)Na- β " -Al2O3 制成。
[0010]進(jìn)一步的，所述容器外設(shè)有外層容器，所述外層容器的底部由窯車承燒板封閉，且所述窯車承燒板支撐所述容器底座，所述外層容器與所述容器之間留有間隙，所述外層容器由能夠耐1500°C以上高溫，導(dǎo)熱、抗震的材料制成；窯車承燒板由高溫耐火材料制成。
[0011]再進(jìn)一步的，所述外層容器由高致密氧化鋁陶瓷制成。
[0012]進(jìn)一步的，所述支撐環(huán)的上端面和下端面是平行的，所述同步收縮環(huán)的上端面和下端面是平行的。
[0013]采用了本發(fā)明的一種鈉硫電池電解質(zhì)薄壁陶瓷管燒結(jié)工裝的技術(shù)方案，即包括容器，所述容器的底部由容器底座封閉，所述容器底座的頂面上固定有支撐環(huán)，所述支撐環(huán)的環(huán)壁上開有至少一個(gè)氣體交換通道；所述支撐環(huán)的頂面上設(shè)有同步收縮環(huán)，所述同步收縮環(huán)由Na-β" -Al2O3電解質(zhì)陶瓷的生坯制成的技術(shù)方案。其技術(shù)效果是:其能夠有效降低電解質(zhì)薄壁陶瓷管的生產(chǎn)成本，實(shí)現(xiàn)鈉硫電池固體電解質(zhì)批量化生產(chǎn)，并能有效地提高電解質(zhì)薄壁陶瓷管燒結(jié)良率和性能一致性，并能有效防止電解質(zhì)薄壁陶瓷管的生坯在燒結(jié)過程中發(fā)生裂紋、變形等缺陷。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1為現(xiàn)有技術(shù)鈉硫電池電解質(zhì)薄壁陶瓷管燒結(jié)工藝示意圖。
[0015]圖2為本發(fā)明的一種鈉硫電池電解質(zhì)薄壁陶瓷管燒結(jié)工裝的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0016]請參閱圖2，本發(fā)明的發(fā)明人為了能更好地對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行理解，下面通過具體地實(shí)施例，并結(jié)合附圖進(jìn)行詳細(xì)地說明:
[0017]請參閱圖2，本發(fā)明的一種鈉硫電池電解質(zhì)薄壁陶瓷管燒結(jié)工裝，包括:容器1、容器底座2、支撐環(huán)3，同步收縮環(huán)4、外部容器5和窯車承燒板6。
[0018]容器底座2將容器I的底部封閉，容器底座2與容器I的底部緊密配合以保證燒結(jié)過程中容器I內(nèi)的“富堿性”氣氛。
[0019]支撐環(huán)3位于容器底座2的頂面上，容器底座2對支撐環(huán)3進(jìn)行支撐。支撐環(huán)3的環(huán)壁上開有至少一個(gè)氣體交換通道31。
[0020]同步收縮環(huán)4位于支撐環(huán)3的頂面上，由固體電解質(zhì)Na-β " -Al2O3的生坯制成，電解質(zhì)薄壁陶瓷管的生坯100豎直倒置于同步收縮環(huán)4的頂面上，使電解質(zhì)薄壁陶瓷管的生坯100能夠在本發(fā)明的一種鈉硫電池電解質(zhì)薄壁陶瓷管燒結(jié)工裝內(nèi)進(jìn)行豎式燒結(jié)，即電解質(zhì)薄壁陶瓷管的生坯100的開口端101，即管口與同步收縮環(huán)4的頂面相接觸。支撐環(huán)3對同步收縮環(huán)4，以及電解質(zhì)薄壁陶瓷管的生坯100進(jìn)行支撐。
[0021]在本發(fā)明的一種鈉硫電池電解質(zhì)薄壁陶瓷管燒結(jié)工裝中:
[0022]同步收縮環(huán)4和電解質(zhì)薄壁陶瓷管的生坯100的材料一樣，都是固體電解質(zhì)Na-β " -Al2O3的生坯制成的，同步收縮環(huán)4和電解質(zhì)薄壁陶瓷管的生坯100是同步燒結(jié)的，電解質(zhì)薄壁陶瓷管的生坯100倒置于同步收縮環(huán)4上，電解質(zhì)薄壁陶瓷管的生坯100與同步收縮環(huán)4同步收縮，有效地保證了電解質(zhì)薄壁陶瓷管燒結(jié)完成開口端101的形狀，有效防止電解質(zhì)薄壁陶瓷管的生坯100在燒結(jié)過程中發(fā)生開口端101的變形或者開裂。
[0023]支撐環(huán)3上的氣體交換通道31的作用在于使電解質(zhì)薄壁陶瓷管的生坯100內(nèi)外的氣氛能夠進(jìn)行交換，從而保證了電解質(zhì)薄壁陶瓷管的生坯100內(nèi)外的氣壓和氣氛均勻，從而提高了燒結(jié)完成后，電解質(zhì)薄壁陶瓷管的性能一致性，以及電解質(zhì)薄壁陶瓷管封閉端的圓整度。
[0024]由于在同步收縮環(huán)4和電解質(zhì)薄壁陶瓷管的生坯100的燒結(jié)溫度為1500°C，而且燒結(jié)過程中，會有鈉蒸汽的釋放，因此容器1、容器底座2和支撐環(huán)3都由耐堿性氣氛和1500°C以上的高溫的耐火材料制成，保護(hù)電解質(zhì)薄壁陶瓷管的生坯100在堿性氣氛下進(jìn)行的燒結(jié)。該耐火材料包括氧化鎂陶瓷或固體電解質(zhì)Na-β " -Al2O3制成等。
[0025]本實(shí)施例中，支撐環(huán)3的上端面和下端面要求光滑，且是相互平行的，以保證豎式燒結(jié)過程中，電解質(zhì)薄壁陶瓷管的生坯100的垂直度和穩(wěn)定性，保證豎式燒結(jié)完成后，電解質(zhì)薄壁陶瓷管的垂直度。同時(shí)減小其上面的同步收縮環(huán)4環(huán)燒結(jié)過程中收到的收縮阻力。
[0026]同步收縮環(huán)4上端面和下端面要求光滑，且是相互平行的，保證豎式燒結(jié)過程中，電解質(zhì)薄壁陶瓷管的生坯100的垂直度和穩(wěn)定性，保證豎式燒結(jié)完成后，電解質(zhì)薄壁陶瓷管的垂直度。同時(shí)減小電解質(zhì)薄壁陶瓷管的生坯100燒結(jié)過程中受到的收縮阻力。
[0027]容器I外側(cè)設(shè)有外層容器5，外層容器5的底部由窯車承燒板6封閉，且窯車承燒板6對容器底座2形成支撐，外層容器5的內(nèi)壁與容器I的外壁之間留有間隙50。采用這種雙層容器的結(jié)構(gòu)，尤其是間隙50的存在可有效降低電解質(zhì)薄壁陶瓷管的生坯100在燒結(jié)過程中產(chǎn)生的殘留熱應(yīng)力，進(jìn)一步提高了燒結(jié)完成后，電解質(zhì)薄壁陶瓷管的強(qiáng)度和性能一致性。尤其是在燒結(jié)升溫和燒結(jié)降溫過程中，更可以降低由于窯爐熱場波動而使電解質(zhì)薄壁陶瓷管的生坯100產(chǎn)生的大量熱應(yīng)力，從而進(jìn)一步防止電解質(zhì)薄壁陶瓷管的生坯100在燒結(jié)過程中的開裂，以及燒結(jié)完成后電解質(zhì)薄壁陶瓷管強(qiáng)度的降低。其中，外層容器5要直接接受來自窯爐的熱輻射，外層容器5除了要1500°C以上的高溫外，還要求其導(dǎo)熱性能和抗震性能良好。因此外層容器5可選用高致密氧化鋁陶瓷，高致密氧化鋁陶瓷的致密度優(yōu)選在99%以上。而窯車承燒板6 —般由高溫耐火材料制成，比如多晶莫來石纖維板等。
[0028]采用本發(fā)明的一種鈉硫電池電解質(zhì)薄壁陶瓷管燒結(jié)工裝，在氣燒窯或電窯內(nèi)對電解質(zhì)薄壁陶瓷管的生坯100進(jìn)行燒結(jié)，能夠?qū)崿F(xiàn)電解質(zhì)薄壁陶瓷管的生坯100的大批量燒結(jié)，也不需要使用價(jià)格昂貴的鉬坩堝。大大降低了電解質(zhì)薄壁陶瓷管的成本。同時(shí)，本發(fā)明的一種鈉硫電池電解質(zhì)薄壁陶瓷管燒結(jié)工裝結(jié)構(gòu)合理，能有效地提高電解質(zhì)薄壁陶瓷管的燒結(jié)良率和性能一致性，并能有效防止電解質(zhì)薄壁陶瓷管的生坯100在燒結(jié)過程中發(fā)生裂紋，開口端100變形等缺陷的產(chǎn)生；減少了薄壁陶瓷管在燒結(jié)過程中產(chǎn)生的殘余熱應(yīng)力，提高了電解質(zhì)薄壁陶瓷管強(qiáng)度和性能一致性。
[0029]本【技術(shù)領(lǐng)域】中的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)認(rèn)識到，以上的實(shí)施例僅是用來說明本發(fā)明，而并非用作為對本發(fā)明的限定，只要在本發(fā)明的實(shí)質(zhì)精神范圍內(nèi)，對以上所述實(shí)施例的變化、變型都將落在本發(fā)明的權(quán)利要求書范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種鈉硫電池電解質(zhì)薄壁陶瓷管燒結(jié)工裝，其特征在于:包括容器(1)，所述容器(I)的底部由容器底座(2)封閉，所述容器底座(2)的頂面上固定有支撐環(huán)(3)，所述支撐環(huán)(3)的環(huán)壁上開有至少一個(gè)氣體交換通道(31)； 所述容器(I)、所述容器底座(2)和所述支撐環(huán)(3)均由能夠耐堿性氣氛和1500°C以上高溫的耐火材料制成；所述支撐環(huán)(3)的頂面上設(shè)有同步收縮環(huán)(4)，所述同步收縮環(huán)(4)由固體電解質(zhì)Na-β " -Al2O3的生坯制成；電解質(zhì)薄壁陶瓷管的生坯(100)豎直倒置于所述同步收縮環(huán)(4)的頂面上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鈉硫電池電解質(zhì)薄壁陶瓷管燒結(jié)工裝，其特征在于:所述容器(I)、所述容器底座(2)和所述支撐環(huán)(3)由氧化鎂陶瓷或固體電解質(zhì)Na-β " -Al2O3制成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鈉硫電池電解質(zhì)薄壁陶瓷管燒結(jié)工裝，其特征在于:所述容器(I)外設(shè)有外層容器(5)，所述外層容器(5)的底部由窯車承燒板(6)封閉，且所述窯車承燒板(6 )支撐所述容器底座(2 )，所述外層容器(5 )與所述容器(I)之間留有間隙(50)，所述外層容器(5)由能夠耐1500°C以上高溫，導(dǎo)熱、抗震的材料制成；窯車承燒板(6)由高溫耐火材料制成。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種鈉硫電池電解質(zhì)薄壁陶瓷管燒結(jié)工裝，其特征在于:所述外層容器(5)由高致密氧化鋁陶瓷制成。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任意一項(xiàng)所述的一種鈉硫電池電解質(zhì)薄壁陶瓷管燒結(jié)工裝，其特征在于:所述支撐環(huán)(3)的上端面和下端面是平行的，所述同步收縮環(huán)(4)的上端面和下端面是平行的。
【文檔編號】F27B5/04GK103499204SQ201310485373
【公開日】2014年1月8日 申請日期:2013年10月17日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月17日
【發(fā)明者】陳福平, 徐小剛, 侯肖瑞, 顧中華, 倪蕾蕾, 祝銘 申請人:上海電氣鈉硫儲能技術(shù)有限公司