本發(fā)明涉及儲(chǔ)能電池領(lǐng)域，特別涉及一種密封絕緣防腐系統(tǒng)及儲(chǔ)能電池。

背景技術(shù)：

在現(xiàn)有的電化學(xué)儲(chǔ)能技術(shù)中，中高溫儲(chǔ)能電池如鈉硫電池、液態(tài)金屬電池等儲(chǔ)能技術(shù)具有無(wú)污染、高能量效率、靈活的功率和能量搭配輸出等特征以及長(zhǎng)壽命、低維護(hù)成本等優(yōu)點(diǎn)，是應(yīng)用前景非常好的儲(chǔ)能技術(shù)。

中高溫電池的電極材料多采用鋰、鈉等堿性金屬中的一種或多種，電池在中高溫環(huán)境下(150℃～750℃之間)工作時(shí)，電極材料或電解質(zhì)材料存在熔融或汽化的可能。上述電極材料或電解質(zhì)材料在室溫時(shí)就極具活性，隨著溫度升高，其還原性能呈指數(shù)級(jí)增大。這對(duì)電池密封裝置的設(shè)計(jì)提出了極高要求。

應(yīng)用于電池正負(fù)極之間的密封裝置，需同時(shí)具有密封(防止鋰、鈉及其合金等電池內(nèi)部有效成分泄露)、防腐(裝置自身需具有防腐效果，避免其被電池內(nèi)鋰、鈉及其合金等腐蝕，導(dǎo)致有效活性成分含量減少或者被腐蝕區(qū)電絕緣性下降)和絕緣(在使用溫度區(qū)間內(nèi)，采用的絕緣材料在電池正負(fù)極間的體積電導(dǎo)率應(yīng)大于10⁷Ω/cm)功能。另外，密封防腐絕緣裝置需要小型化，使其應(yīng)用于電池時(shí)達(dá)到提升電池體積能量密度的目的。

在有關(guān)中高溫電池的密封設(shè)計(jì)中，多數(shù)采用裝配的原理實(shí)現(xiàn)密封，如“一種液態(tài)金屬電池裝置”(申請(qǐng)?zhí)?01420780918.8)、“半液態(tài)金屬電極儲(chǔ)能電池”(申請(qǐng)?zhí)?01310131587.5)等專(zhuān)利中采用的絕緣陶瓷管絕緣為加裝或者緊固的方式，密封性得不到保障，且上述專(zhuān)利的電池結(jié)構(gòu)復(fù)雜，體積龐大。

再比如，“一種液態(tài)金屬電池裝置及其裝配方法”(申請(qǐng)?zhí)?01410350077.1)“中高溫密封絕緣防腐系統(tǒng)、中高溫儲(chǔ)能電池及裝配方法”等專(zhuān)利中提到了“采用密封絕緣陶瓷件將金屬電流引出桿的頂端與電池殼體緊固”實(shí)現(xiàn)密封和絕緣，陶瓷僅緊固在金屬電流引出桿上，故該密封方式不能滿(mǎn)足中高溫電池在高溫下苛刻的密封要求(常溫緊固時(shí)可能實(shí)現(xiàn)密封，但在高溫下因材料膨脹系數(shù)差異導(dǎo)致陶瓷緊固件與緊固基體的熱脹冷縮量不同，因此不能達(dá)到有效密封)。

還有從密封材料方面進(jìn)行改進(jìn)，例如“一種用于高溫儲(chǔ)能電池的密封材料及制備”(申請(qǐng)?zhí)?01310702834.2)專(zhuān)利中提到了用CaAl2S4作為密封劑，用氧化鋁等粉末+粘結(jié)劑構(gòu)成一種高溫儲(chǔ)能電池的密封材料，需要用CaAl2S4作為密封劑，并混用粉末狀物質(zhì)高溫?zé)崽幚韥?lái)實(shí)現(xiàn)密封，過(guò)程復(fù)雜。

綜上所述，如何提供一種經(jīng)濟(jì)性、實(shí)用性以及密封效果、耐高溫性和耐腐蝕性均較好的密封絕緣防腐系統(tǒng)及包括該密封絕緣防腐系統(tǒng)儲(chǔ)能電池，成了本領(lǐng)域技術(shù)人員亟需解決的技術(shù)問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是：提供一種經(jīng)濟(jì)性、實(shí)用性以及密封效果、耐高溫性和耐腐蝕性均較好的密封絕緣防腐系統(tǒng)及包括該密封絕緣防腐系統(tǒng)儲(chǔ)能電池。

本發(fā)明的解決方案是這樣實(shí)現(xiàn)的：本發(fā)明提出一種密封絕緣防腐系統(tǒng)，包括用于引出電流的金屬棒，所述金屬棒的外圍設(shè)有絕緣部和液封底座，所述液封底座設(shè)置于所述絕緣部的一側(cè)，所述液封底座靠近絕緣部一側(cè)設(shè)有折邊，且與所述絕緣部密閉接觸，并在金屬棒與液封底座之間形成密封空腔，所述密封空腔內(nèi)裝盛有防腐料，所述絕緣部與所述液封底座之間還設(shè)有可起導(dǎo)電作用的蓋板，所述蓋板的一端插設(shè)于所述密封空腔內(nèi)，所述蓋板的另一端伸出所述密封空腔外。此結(jié)構(gòu)的密封絕緣防腐系統(tǒng)，可在750度的極端高溫下工作，運(yùn)用于儲(chǔ)能電池時(shí)，由于密封空腔內(nèi)的防腐料浸沒(méi)電池殼體內(nèi)陶瓷部分，避免了電池殼體內(nèi)活性物質(zhì)與絕緣陶瓷管的接觸，從而保證電池正常工作時(shí)電極和與其連接的設(shè)備之間的絕緣性、密封性和防腐性，有效提升了設(shè)備整體的安全性。

本發(fā)明的另一技術(shù)方案在于在上述基礎(chǔ)之上，所述絕緣部為陶瓷管，所述陶瓷管固定設(shè)置于所述金屬棒上，所述陶瓷管與所述蓋板之間還設(shè)有起密封作用的第一封接環(huán)。此設(shè)置方式，在陶瓷管與蓋板之間設(shè)置第一封接環(huán)，可以起到較好的密封作用，防止密封空腔內(nèi)的防腐料從陶瓷管與蓋板之間的縫隙泄漏，以及防止蓋板和液封底座接觸而發(fā)生短路。

本發(fā)明的另一技術(shù)方案在于在上述基礎(chǔ)之上，所述第一封接環(huán)套設(shè)于所述陶瓷管上，且其邊緣向一側(cè)翻卷形成第一卷邊，所述第一卷邊與的蓋板密封接觸。此設(shè)置方式，第一封接環(huán)設(shè)有與蓋板密封接觸的第一卷邊，其密封效果更好。

本發(fā)明的另一技術(shù)方案在于在上述基礎(chǔ)之上，所述密封絕緣防腐系統(tǒng)還包括防溢蓋，所述防溢蓋蓋設(shè)于所述液封底座的折邊上，且所述防溢蓋的內(nèi)側(cè)與所述蓋板密封接觸。此設(shè)置方式，通過(guò)在蓋板與液封底座之間設(shè)置防溢蓋，可有效防止防腐料從液封底座與蓋板之間泄漏。

本發(fā)明的另一技術(shù)方案在于在上述基礎(chǔ)之上，所述金屬棒上還套設(shè)有第二封接環(huán)，所述第二封接環(huán)的一端抵持于所述陶瓷管上，并與陶瓷管密封接觸。此設(shè)置方式，通過(guò)在金屬棒與陶瓷管之間設(shè)置第二封接環(huán)，進(jìn)一步提高了金屬棒與陶瓷管的密封效果。

本發(fā)明的另一技術(shù)方案在于在上述基礎(chǔ)之上，所述第二封接環(huán)靠近陶瓷管的一端向外翻卷形成第二卷邊，所述第二卷邊與所述陶瓷管密封接觸。此設(shè)置方式，可有效提高陶瓷管與第二封接環(huán)的密封性。

本發(fā)明的另一技術(shù)方案在于在上述基礎(chǔ)之上，所述蓋板包括置于凸起部和與凸起部成一體的折彎部，所述凸起部置于所述密封空腔內(nèi)，且與所述液封底座之間保留預(yù)定間隙，所述折彎部置于密封空腔外。

本發(fā)明的另一技術(shù)方案在于在上述基礎(chǔ)之上，所述陶瓷管、金屬棒、第一封接環(huán)和第二封接環(huán)的表面為粗糙度介于1.2至2.4的平面或曲面，所述陶瓷管、金屬棒、第一封接環(huán)和第二封接環(huán)的位置固定后，在氫氣氛保護(hù)下用金屬化工藝進(jìn)行高溫處理，實(shí)現(xiàn)陶瓷管、金屬棒、第一封接環(huán)和第二封接環(huán)間的連接

本發(fā)明的另一技術(shù)方案在于在上述基礎(chǔ)之上，所述防溢蓋為的材質(zhì)為耐電池正負(fù)極材料和電解質(zhì)材料腐蝕的氧化鈹、氮化硼、氮化鋁、氮化硅、金剛石、單晶硅、多晶硅和碳化硅中的一種或一種以上。

本發(fā)明的另一技術(shù)方案在于在上述基礎(chǔ)之上，所述防腐料為氟化鈉、氟化鉀、氟化鋰、氟化鎂、氯化鈉、氯化鎂、氯化鉀、溴化鋰和鋰酸鋁中的一種或一種以上，所述防腐料的熔點(diǎn)介于150℃～750℃。

本發(fā)明的另一技術(shù)方案在于在上述基礎(chǔ)之上，所述陶瓷管為玻璃、氧化鋁陶瓷、氧化鋯陶瓷、氧化鎂陶瓷和剛玉陶瓷中的一種。

本發(fā)明的另一技術(shù)方案在于在上述基礎(chǔ)之上，所述第一封接環(huán)和第二封接環(huán)為鐵鎳合金、鐵鎳鈷合金、鐵鎳鉻合金和鐵鉻合金中的一種。

本發(fā)明的另一技術(shù)方案在于在上述基礎(chǔ)之上，所述金屬棒為鋁棒、銅棒、鎳棒、鎢棒、鈦棒、鉭棒、鉑金棒、不銹鋼棒中的一種或幾種組成的合金。

另一方面，本發(fā)明還提出一種儲(chǔ)能電池，包括電池殼體和設(shè)置于電池殼體上的密封絕緣防腐系統(tǒng)，所述密封絕緣防腐系統(tǒng)為根據(jù)權(quán)利要求1至13中任一項(xiàng)所述的密封絕緣防腐系統(tǒng)。

本發(fā)明的另一技術(shù)方案在于在上述基礎(chǔ)之上，所述密封絕緣防腐系統(tǒng)通過(guò)蓋板與所述電池殼體固定連接；所述儲(chǔ)能電池以金屬鋰、金屬鈉或者鋰鈉合金為負(fù)極、且其工作溫度在100～750℃。

附圖說(shuō)明

構(gòu)成本發(fā)明的一部分的附圖用來(lái)提供對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步理解，本發(fā)明的示意性實(shí)施例及其說(shuō)明用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的不當(dāng)限定。

圖1為本發(fā)明一種密封絕緣防腐系統(tǒng)的剖視示意圖；

圖2為儲(chǔ)能電池的剖視示意圖。

附圖標(biāo)記對(duì)應(yīng)關(guān)系為：

1金屬棒 2陶瓷管 3第一封接環(huán)

4第二封接環(huán) 5蓋板 6防溢蓋

7液封底座 8防腐料 9凸起部

10電池殼體 11第一卷邊 12第二卷邊

13折邊

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述，本部分的描述僅是示范性和解釋性，不應(yīng)對(duì)本發(fā)明的保護(hù)范圍有任何的限制作用。此外，本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本文件的描述，可以對(duì)本文件中實(shí)施例中以及不同實(shí)施例中的特征進(jìn)行相應(yīng)組合。

本發(fā)明實(shí)施例如下，請(qǐng)參見(jiàn)圖1和圖2所示的密封絕緣防腐系統(tǒng)，包括用于引出電流的金屬棒1，金屬棒1豎直設(shè)置，金屬棒1的外圍分別固定設(shè)置絕緣部和液封底座7，液封底座7設(shè)置于絕緣部一側(cè)，即圖1中所示的上下位置關(guān)系，液封底座7靠近絕緣部的一側(cè)，即其上部設(shè)有向上折起的折邊13，并與絕緣部密閉接觸，在金屬棒1與液封底座7之間形成密封空腔，密封空腔用于裝盛防腐料8，絕緣部與液封底座7之間還設(shè)有可起導(dǎo)電作用的蓋板5，蓋板5優(yōu)選為金屬蓋板5，蓋板5的一端插入密封空腔內(nèi)，并與防腐料8接觸，而蓋板5的另一端則伸出密封空腔外。此結(jié)構(gòu)的密封絕緣防腐系統(tǒng)，可在750度的極端高溫下工作，運(yùn)用于儲(chǔ)能電池時(shí)，由于密封空腔內(nèi)的防腐料8浸沒(méi)電池殼體10內(nèi)陶瓷部分，避免了電池殼體10內(nèi)活性物質(zhì)與絕緣陶瓷管2的接觸，從而保證電池正常工作時(shí)電極和與其連接的設(shè)備之間的絕緣性、密封性和防腐性，有效提升了設(shè)備整體的安全性。

在上述實(shí)施例的基礎(chǔ)上，本發(fā)明另一實(shí)施例中，如圖1所示，絕緣部具體為具有絕緣效果的陶瓷管2，陶瓷管2固定設(shè)置于金屬棒1上，陶瓷管2與蓋板5之間還設(shè)有第一封接環(huán)3，第一封接環(huán)3的下側(cè)與陶瓷管2密封接觸，右側(cè)與蓋板5密封接觸。此設(shè)置方式，在陶瓷管2與蓋板5之間設(shè)置第一封接環(huán)3，可以起到較好的密封作用，防止密封空腔內(nèi)的防腐料8從陶瓷管2與蓋板5之間的縫隙泄漏。

在上述實(shí)施例的基礎(chǔ)上，本發(fā)明另一實(shí)施例中，如圖1所示，第一封接環(huán)3為中空的圓環(huán)，其套設(shè)于陶瓷管2上，其邊緣的外側(cè)向下翻卷形成第一卷邊11，第一卷邊11與蓋板5密封接觸。此設(shè)置方式，第一封接環(huán)3設(shè)有與蓋板5密封接觸的第一卷邊11，其密封效果更好。

在上述實(shí)施例的基礎(chǔ)上，本發(fā)明另一實(shí)施例中，如圖1所示，密封絕緣防腐系統(tǒng)還包括防溢蓋6，防溢蓋6具有絕緣功能，優(yōu)選為陶瓷防溢蓋6，防溢蓋6蓋設(shè)于液封底座7的折邊13上，并與折邊13密封接觸，同時(shí)，防溢蓋6的內(nèi)側(cè)還與蓋板5密封接觸。此設(shè)置方式，通過(guò)在蓋板5與液封底座7之間設(shè)置防溢蓋6，可有效防止防腐料8從液封底座7與蓋板5之間泄漏。

在上述實(shí)施例的基礎(chǔ)上，本發(fā)明另一實(shí)施例中，如圖1所示，金屬棒1上還套設(shè)有第二封接環(huán)4，第二封接環(huán)4的上端抵持于陶瓷管2上，并與陶瓷管2密封接觸。此設(shè)置方式，通過(guò)在金屬棒1與陶瓷管2之間設(shè)置第二封接環(huán)4，進(jìn)一步提高了金屬棒1與陶瓷管2的密封效果。

在上述實(shí)施例的基礎(chǔ)上，本發(fā)明另一實(shí)施例中，如圖1所示，為增大第二封接環(huán)4與陶瓷管2之間的密封性，第二封接環(huán)4靠近陶瓷管2的一端，即圖中所示的上端向外側(cè)彎折形成第二卷邊12，第二卷邊12的上部與陶瓷管2密封接觸。此設(shè)置方式，可有效提高陶瓷管2與第二封接環(huán)4的密封性。

在上述實(shí)施例的基礎(chǔ)上，本發(fā)明另一實(shí)施例中，如圖1所示，蓋板5具體包括凸起部9和與凸起部9成一體的折彎部，凸起部9置于密封空腔內(nèi)，并與防腐料8接觸，且與所述液封底座7之間保留預(yù)定間隙，折彎部則置于密封空腔外，剖面形狀為兩個(gè)相對(duì)的橫置L形，并用于與其它導(dǎo)電部件固定連接。

在上述實(shí)施例的基礎(chǔ)上，本發(fā)明另一實(shí)施例中，陶瓷管2、金屬棒1、第一封接環(huán)3和第二封接環(huán)4的表面為粗糙度介于1.2至2.4的平面或曲面，陶瓷管2、金屬棒1、第一封接環(huán)3和第二封接環(huán)4通過(guò)金屬化的方式裝配成金屬化件，即在絕緣陶瓷管2、金屬棒1、金屬封接環(huán)間的接觸面絲印金屬化膏，加工時(shí)，通過(guò)夾具試壓，并固定陶瓷管2、金屬棒1、第一封接環(huán)3和第二封接環(huán)4的位置，之后，再在氫氣氛保護(hù)下用金屬化工藝進(jìn)行高溫處理，即陶瓷管、金屬棒、第一封接環(huán)和第二封接環(huán)在氫氣氛保護(hù)下用金屬化工藝進(jìn)行高溫處理，實(shí)現(xiàn)陶瓷管2、金屬棒1、第一封接環(huán)3和第二封接環(huán)4間的固定連接和密封。更進(jìn)一步地，液封底座7通過(guò)焊接方式固定在金屬棒1上，并置于陶瓷管2下側(cè)；金屬棒1、第一封接環(huán)3和第二封接環(huán)4均采用與絕緣陶瓷管2熱膨脹系數(shù)相近或基本一致的金屬材料。

在上述實(shí)施例的基礎(chǔ)上，本發(fā)明另一實(shí)施例中，對(duì)于防溢蓋6，其材質(zhì)優(yōu)選為耐電池正負(fù)極材料和電解質(zhì)材料腐蝕的氧化鈹、氮化硼、氮化鋁、氮化硅、金剛石、單晶硅、多晶硅和碳化硅中的一種或一種以上。

在上述實(shí)施例的基礎(chǔ)上，本發(fā)明另一實(shí)施例中，對(duì)于防腐料8，其材料優(yōu)選為氟化鈉(NaF)、氟化鉀(KF)、氟化鋰(LiF)、氟化鎂(MgF2)、氯化鈉(NaCl)、氯化鎂(MgCl2)、氯化鉀(KCl)、溴化鋰(LiBr)和鋰酸鋁(AlLiO2)中的一種或一種以上，并且，防腐料8的熔點(diǎn)介于150℃～750℃之間。

在上述實(shí)施例的基礎(chǔ)上，本發(fā)明另一實(shí)施例中，對(duì)于陶瓷管2，優(yōu)選為玻璃、氧化鋁陶瓷、氧化鋯陶瓷、氧化鎂陶瓷和剛玉陶瓷中的一種。

在上述實(shí)施例的基礎(chǔ)上，本發(fā)明另一實(shí)施例中，對(duì)于第一封接環(huán)3和第二封接環(huán)4，其材質(zhì)優(yōu)選為鐵鎳合金(Fe-Ni)、鐵鎳鈷合金(Fe-Ni-CO)、鐵鎳鉻合金(Fe-Ni-Cr)和鐵鉻合金(Fe-Cr)的一種。

在上述實(shí)施例的基礎(chǔ)上，本發(fā)明另一實(shí)施例中，對(duì)于金屬棒1，優(yōu)選為鋁棒、銅棒、鎳棒、鎢棒、鈦棒、鉭棒、鉑金棒、不銹鋼棒中的一種或幾種組成的合金。

另一方面，如圖2所示，本發(fā)明還提出一種儲(chǔ)能電池，包括電池殼體10和設(shè)置于電池殼體10上的密封絕緣防腐系統(tǒng)，密封絕緣防腐系統(tǒng)為如上所述的密封絕緣防腐系統(tǒng)。

在上述實(shí)施例的基礎(chǔ)上，本發(fā)明另一實(shí)施例中，如圖2所示，密封絕緣防腐系統(tǒng)通過(guò)蓋板5與所述電池殼體10固定連接。此外，儲(chǔ)能電池以金屬棒1為正極，以金屬鋰、金屬鈉或者鋰鈉合金為負(fù)極，且其工作溫度在100～750℃。

上述結(jié)構(gòu)的密封絕緣防腐系統(tǒng)和儲(chǔ)能電池，原理如下：

首先，本發(fā)明利用液封的原理實(shí)現(xiàn)第一道密封、防腐和絕緣功能，即在金屬化件下端加裝的液封底座7和液封用防腐料8構(gòu)成的液封裝置。防腐料8選用導(dǎo)離子但不導(dǎo)電子的低熔點(diǎn)鹽，將鹽填充在液封底座7中，當(dāng)電池在中高溫(150℃～750℃)下工作時(shí)，液封底座7中的鹽發(fā)生固液相轉(zhuǎn)變?nèi)刍梢簯B(tài)，并鋪展在液封底座7中,從而達(dá)到液封的目的，可有效阻止電極材料、電解質(zhì)材料等活性物質(zhì)從電池殼體10內(nèi)向外泄露或者腐蝕絕緣陶瓷管2，以及電池殼體10外部的氧氣、水分等進(jìn)入到電池內(nèi)部。

防溢蓋6兼具絕緣和防止熔融態(tài)防腐料8溢出的功能。金屬棒1、防溢蓋6、液封底座7和防腐料8可以直接和電池殼體10中的金屬或金屬蒸氣(300～750℃下負(fù)極金屬氣化形成，負(fù)極可以為鋰、鈉等堿土金屬或堿金屬的合金)接觸，實(shí)現(xiàn)密封并耐鋰、鈉、鎂及其合金腐蝕。

其次，本發(fā)明利用金屬化的原理實(shí)現(xiàn)第二道密封、防腐和絕緣的功能，即在陶瓷管2下端面和金屬棒1下端間用金屬化處理連接第二封接環(huán)4，使陶瓷管2、第二封接環(huán)4和金屬棒1形成連接；在陶瓷管2上端面和蓋板5內(nèi)側(cè)采用金屬化處理連接第一封接環(huán)3，使陶瓷管2、第一封接環(huán)3和蓋板5連接。經(jīng)過(guò)金屬化處理的金屬棒1、陶瓷管2、第一封接環(huán)3、第二封接環(huán)4及蓋板5具有密封的功能，其中陶瓷管2兼具密封和絕緣的功能。蓋板5凸起部9下端浸沒(méi)在液封底座7中的防腐料8中，從而阻止了電池殼體10內(nèi)電極材料、電解質(zhì)材料等活性物質(zhì)從內(nèi)向外腐蝕絕緣陶瓷管2，達(dá)到防腐的目的。

更進(jìn)一步的，選用在不同溫度時(shí)具有相近膨脹系數(shù)的金屬和陶瓷材料進(jìn)行匹配，再利用金屬化的原理來(lái)實(shí)現(xiàn)該中高溫防腐系統(tǒng)的密封絕緣防腐功能。

綜上，本發(fā)明在金屬化加工的基礎(chǔ)上，利用物理密封和液封的原理，在正極和負(fù)極間巧妙地實(shí)現(xiàn)雙重密封，具有優(yōu)良的氣密性和防腐蝕性能，保障了儲(chǔ)能電池在150℃～750℃間工作時(shí)的使用壽命，同時(shí)兼具絕緣和小型化的特點(diǎn)。本發(fā)明在保證機(jī)械強(qiáng)度的前提下極大地減小了電池體積，彌補(bǔ)了目前單一采用物理裝配、液封、化學(xué)粘結(jié)等方式實(shí)現(xiàn)密封的簡(jiǎn)易密封絕緣防腐裝置無(wú)法縮小電池單體體積的不足，同時(shí)簡(jiǎn)化了結(jié)構(gòu)，降低了成本。

以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。