傾斜的小孔通道8，將所述儲(chǔ)鈉罐1內(nèi)部的金屬鈉4和所述固態(tài)電解質(zhì)陶瓷管3與所述負(fù)極集流體7之間的間隙連通；所述電池外殼2和所述固態(tài)電解質(zhì)陶瓷管3之間設(shè)置硫電極9。
[0017]所述的負(fù)極集流體7為尺寸比固態(tài)電解質(zhì)陶瓷管3內(nèi)徑略小的管材或棒材，材質(zhì)為鋁材、鋼材或銅、合金等導(dǎo)電材料；所述的負(fù)極集流體7置于固態(tài)電解質(zhì)陶瓷管3內(nèi)部，上端與儲(chǔ)鈉罐1連接；所述的金屬鈉4容納于儲(chǔ)鈉罐1內(nèi)，放電過程中恪融金屬鈉4通過儲(chǔ)鈉罐1底部的小孔通道8流出并填充固態(tài)電解質(zhì)陶瓷管3與負(fù)極集流體7之間的間隙，流出速度受小孔通道8尺寸控制(根據(jù)充放電速度，即金屬鈉需要的流速設(shè)置其尺寸)，充電過程中金屬鈉4通過固態(tài)電解質(zhì)陶瓷管3進(jìn)入到固態(tài)電解質(zhì)陶瓷管3與負(fù)極集流體7之間的間隙后通過小孔通道8流回至儲(chǔ)鈉罐1內(nèi)。
[0018]實(shí)施例2
在實(shí)施例1的基礎(chǔ)上:
優(yōu)選的，所述固態(tài)電解質(zhì)陶瓷管3與所述負(fù)極集流體7之間的間隙的寬度為0.5mm。
[0019]優(yōu)選的，所述的儲(chǔ)鈉罐1的頂部設(shè)置有用于密封金屬鈉4的電池頂蓋10。
[0020]優(yōu)選的或者更進(jìn)一步的，所述的電池外殼2的底部設(shè)置有用于密封硫電極9的電池底蓋11。
[0021]優(yōu)選的，所述的固態(tài)電解質(zhì)陶瓷管3的上端開口，下端為密封的圓底或者平底。
[0022]實(shí)施例3
在實(shí)施例1的基礎(chǔ)上:
優(yōu)選的，所述固態(tài)電解質(zhì)陶瓷管3與所述負(fù)極集流體7之間的間隙的寬度為3mm。
[0023]優(yōu)選的，所述的儲(chǔ)鈉罐1的頂部設(shè)置有用于密封金屬鈉4的電池頂蓋10。
[0024]優(yōu)選的或者更進(jìn)一步的，所述的電池外殼2的底部設(shè)置有用于密封硫電極9的電池底蓋11。
[0025]優(yōu)選的，所述的固態(tài)電解質(zhì)陶瓷管3的上端開口，下端為密封的圓底或者平底。
[0026]實(shí)施例4
在實(shí)施例1的基礎(chǔ)上:
優(yōu)選的，所述固態(tài)電解質(zhì)陶瓷管3與所述負(fù)極集流體7之間的間隙的寬度為1.8mm。
[0027]優(yōu)選的，所述的儲(chǔ)鈉罐1的頂部設(shè)置有用于密封金屬鈉4的電池頂蓋10。
[0028]優(yōu)選的或者更進(jìn)一步的，所述的電池外殼2的底部設(shè)置有用于密封硫電極9的電池底蓋11。
[0029]優(yōu)選的，所述的固態(tài)電解質(zhì)陶瓷管3的上端開口，下端為密封的圓底或者平底。
[0030]實(shí)施例5
在實(shí)施例1的基礎(chǔ)上:
優(yōu)選的，所述固態(tài)電解質(zhì)陶瓷管3與所述負(fù)極集流體7之間的間隙的寬度為2.1mm。
[0031]優(yōu)選的，所述的儲(chǔ)鈉罐1的頂部設(shè)置有用于密封金屬鈉4的電池頂蓋10。
[0032]優(yōu)選的或者更進(jìn)一步的，所述的電池外殼2的底部設(shè)置有用于密封硫電極9的電池底蓋11。
[0033]優(yōu)選的，所述的固態(tài)電解質(zhì)陶瓷管3的上端開口，下端為密封的圓底或者平底。
[0034]實(shí)施例6
圖1為本發(fā)明結(jié)構(gòu)的安全鈉硫電池結(jié)構(gòu)示意圖，其中固態(tài)電解質(zhì)陶瓷管3、儲(chǔ)鈉罐1、電池外殼2都通過陶瓷絕緣環(huán)5連接，組成正負(fù)極分開的電池。其主要特點(diǎn)是絕大部分金屬鈉4都存儲(chǔ)在電池頂部的儲(chǔ)鈉罐1內(nèi)，金屬鈉4熔融后通過儲(chǔ)鈉罐1底部的兩個(gè)孔徑為1_的小孔通道8流出，并填充滿負(fù)極集流體7與固態(tài)電解質(zhì)陶瓷管3之間的間隙，既能保持固態(tài)電解質(zhì)陶瓷管3內(nèi)表面一直有充足的鈉覆蓋，滿足正常充放電需要，又可通過間隙大小控制固態(tài)電解質(zhì)陶瓷管3破裂后能夠與硫電極9中的單質(zhì)硫直接接觸的金屬鈉4的量，并可保護(hù)頂部的儲(chǔ)鈉罐1不易受熱破壞。
[0035]圖3為實(shí)物325Ah電池在陶瓷管破壞后電池表面溫度變化曲線。圖3中DEC2A-100號(hào)電池代表以本發(fā)明結(jié)構(gòu)組裝的一個(gè)鈉硫電池實(shí)例。所述DEC2A-100號(hào)電池外殼表面綁定K型熱電偶，正負(fù)極表面連接電流和電壓測(cè)試線，放入保溫爐中升溫至350°C后開始充放電。在一次正常充電至接近充電末期時(shí)該電池電壓快速下降，并且降溫取出后電池外部完整，無泄漏和密封破壞情況，這是電池中固態(tài)電解質(zhì)陶瓷管3破壞導(dǎo)致失效的明顯特征，監(jiān)測(cè)其失效前后電池表面溫度變化情況能反映電池的安全程度。圖3所示的T1為電池外殼中間高度位置測(cè)溫點(diǎn)所得溫度數(shù)據(jù)，T2為電池外殼頂部(接近金屬鈉從儲(chǔ)鈉罐流出點(diǎn))位置測(cè)溫點(diǎn)所得溫度數(shù)據(jù)，由圖中數(shù)據(jù)可以看出固態(tài)電解質(zhì)陶瓷管3破壞后該電池表面溫度由正常工作溫度升高約20°C，最高溫度在380°C左右，這一過程的溫度升高是由固態(tài)電解質(zhì)陶瓷管3破裂后固態(tài)電解質(zhì)陶瓷管3與負(fù)極集流體7之間間隙中的金屬鈉4與硫直接接觸反應(yīng)釋放的熱量所導(dǎo)致；隨著這一部分金屬鈉4快速消耗完畢，電池溫度平緩下降，然后兩次升至400°C左右，這一過程的溫度升高是由儲(chǔ)鈉罐1中的金屬鈉4緩慢流出與其下面的硫反應(yīng)釋放熱量所致。由這一實(shí)例中采用本發(fā)明結(jié)構(gòu)的鈉硫電池在固態(tài)電解質(zhì)陶瓷管3破壞后電池表面溫度升高只有50°C左右，不對(duì)電池結(jié)構(gòu)件構(gòu)成破壞，不引起活性物質(zhì)泄漏和著火等問題，體現(xiàn)了非常高的安全性。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種安全鈉硫電池，包括儲(chǔ)鈉罐(1)、電池外殼(2)以及固態(tài)電解質(zhì)陶瓷管(3)，其特征在于:所述儲(chǔ)鈉罐(1)中存放有金屬鈉(4)，所述儲(chǔ)鈉罐(1)的底部連接有絕緣陶瓷環(huán)(5)，所述絕緣陶瓷環(huán)(5)的底部連接所述固態(tài)電解質(zhì)陶瓷管(3)的頂部，所述絕緣陶瓷環(huán)(5)的外壁通過金屬連接件(6)與所述電池外殼(2)的內(nèi)壁連接；所述固態(tài)電解質(zhì)陶瓷管(3)的內(nèi)部設(shè)置有負(fù)極集流體(7)，所述負(fù)極集流體(7)的頂部與所述儲(chǔ)鈉罐(1)連接；所述儲(chǔ)鈉罐(1)的底部設(shè)置有傾斜的小孔通道(8)，將所述儲(chǔ)鈉罐(1)內(nèi)部的金屬鈉(4)和所述固態(tài)電解質(zhì)陶瓷管(3)與所述負(fù)極集流體(7)之間的間隙連通；所述電池外殼(2)和所述固態(tài)電解質(zhì)陶瓷管(3)之間設(shè)置硫電極(9)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種安全鈉硫電池，其特征在于:所述固態(tài)電解質(zhì)陶瓷管(3)與所述負(fù)極集流體(7)之間的間隙的寬度為0.5-3mm。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種安全鈉硫電池，其特征在于:所述的儲(chǔ)鈉罐(1)的頂部設(shè)置有用于密封金屬鈉(4)的電池頂蓋(10)。4.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的一種安全鈉硫電池，其特征在于:所述的電池外殼(2)的底部設(shè)置有用于密封硫電極(9 )的電池底蓋(11)。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種安全鈉硫電池，其特征在于:所述的固態(tài)電解質(zhì)陶瓷管(3)的上端開口，下端為密封的圓底或者平底。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種安全鈉硫電池，屬于儲(chǔ)能電池技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明電池的儲(chǔ)鈉罐中存放有金屬鈉，所述儲(chǔ)鈉罐的底部連接有絕緣陶瓷環(huán)，所述絕緣陶瓷環(huán)的底部連接所述固態(tài)電解質(zhì)陶瓷管的頂部，所述絕緣陶瓷環(huán)的外壁通過金屬連接件與所述電池外殼的內(nèi)壁連接。本發(fā)明儲(chǔ)鈉罐設(shè)置在固態(tài)電解質(zhì)陶瓷管上方，使得在電池內(nèi)部的陶瓷管發(fā)生破壞時(shí)，能夠降低金屬鈉和硫瞬間劇烈反應(yīng)的可能性，保持電池外部完整，避免活性物質(zhì)泄漏、著火。
【IPC分類】H01M2/04, H01M2/02, H01M10/39, H01M10/38
【公開號(hào)】CN105390756
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510817550
【發(fā)明人】林久, 唐光盛, 朱睿
【申請(qǐng)人】中國東方電氣集團(tuán)有限公司
【公開日】2016年3月9日
【申請(qǐng)日】2015年11月23日