專利名稱：鈉硫電池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種鈉硫電池。
背景技術(shù)：
鈉硫電池(下面，稱之為“NaS電池”)是在300_350°C下工作的高溫二次電池，采用如下結(jié)構(gòu)在陽極容器內(nèi)，將作為陽極活性物質(zhì)的硫磺和作為陰極活性物質(zhì)的鈉分別隔離容納在由P -氧化鋁形成的固體電解質(zhì)管的內(nèi)外，并將陽極容器內(nèi)密封為密閉狀態(tài)，使得活性物質(zhì)保持不與外氣接觸的狀態(tài)。由于NaS電池的陽極活性物質(zhì)硫磺為絕緣物，為確保陽極和陰極之間的導(dǎo)通、降低電池的內(nèi)阻，通常要配置陽極集電體。陽極集電體是將硫磺含浸于具有導(dǎo)電性的碳纖維構(gòu)成的毛氈狀的基體材料而構(gòu)成的部件，以與陽極容器內(nèi)側(cè)面和固體電解質(zhì)管外側(cè)面接觸的狀態(tài)容納于陽極容器中。進(jìn)而，這樣的陽極集電體在與固體電解質(zhì)管接合一側(cè)的表面具有通過針刺絡(luò)合打入絕緣性物質(zhì)玻璃纖維而形成的高電阻區(qū)域。由于高電阻區(qū)域使固體電解質(zhì)管和陽極集電體的接觸面附近的導(dǎo)電性降低，因此可以防止充電時(shí)電子授受反應(yīng)僅在固體電解質(zhì)管和陽極集電體的接觸面附近進(jìn)行。因此，在該部分析出絕緣物硫磺，從而能夠防止隨著充電反應(yīng)的進(jìn)行而出現(xiàn)的由電池內(nèi)阻上升所導(dǎo)致的充電恢復(fù)性降低(即使殘留有多硫化鈉，也不進(jìn)行充電反應(yīng)，充電不完全的現(xiàn)象)的現(xiàn)象。

實(shí)用新型內(nèi)容實(shí)用新型要解決的問題但是，在陽極容器的底蓋上面和固體電解質(zhì)管底面之間通常設(shè)有一定的間隔。但是，如果電池的溫度從使用溫度降低到硫磺凝固的溫度，則在這個(gè)間隙中多硫化鈉等發(fā)生固化而限制了陽極容器和固體電解質(zhì)管，并且在該狀態(tài)下溫度進(jìn)一步下降而到達(dá)常溫的過程中，由陶瓷構(gòu)成的固體電解質(zhì)管和金屬制陽極容器的熱膨脹率的差異導(dǎo)致所述間隙變小，因此，在固體電解質(zhì)管底部發(fā)生局部應(yīng)力，從而存在該固體電解質(zhì)管破損的問題。本實(shí)用新型是著眼于這樣的現(xiàn)有技術(shù)問題而做出的，其目的在于提供一種降低電池降溫時(shí)在固體電解質(zhì)管產(chǎn)生的應(yīng)力而能夠防止固體電解質(zhì)管破損的鈉硫電池。解決問題的手段為達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型的NaS電池，其具備金屬制陽極容器，其具有筒部和堵塞該筒部下端部的底蓋；有底筒狀的固體電解質(zhì)管，其容納于所述陽極容器內(nèi)并與所述陽極容器內(nèi)面相隔固定間隔且內(nèi)部填充有鈉；毛氈狀第一陽極集電體，其含浸有硫磺并以與所述陽極容器內(nèi)側(cè)面和所述固體電解質(zhì)管外側(cè)面接觸的狀態(tài)容納于所述陽極容器中。 其特征在于，其還具備毛氈狀第二陽極集電體，其含浸有硫磺并以與所述陽極容器的底蓋上面和所述固體電解質(zhì)管的底面接觸的狀態(tài)容納于所述陽極容器中，所述第一陽極集電體和第二陽極集電體包含由碳纖維構(gòu)成的毛氈狀基體材料和絡(luò)合于所述基體材料的玻璃纖維，所述第二陽極集電體的玻璃纖維相對(duì)于所述基體材料的重量比在20%以下。此處，優(yōu)選地，所述陽極容器的底蓋上面和固體電解質(zhì)管的底面之間的間隔為所述固體電解質(zhì)管底部壁厚的0. 5倍以上5倍以下。另外，優(yōu)選地，所述固體電解質(zhì)管的底部角形成為具有規(guī)定曲率半徑的曲面，所述第二陽極集電體的上面以與所述曲面相對(duì)應(yīng)的方式形成，并與所述曲面的至少一部分接觸。另外，優(yōu)選地，所述第二陽極集電體的壓縮率在70%以下。此外，在此壓縮率是指壓縮前的體積減去壓縮后的體積之后除以壓縮前的體積的值。實(shí)用新型效果在陽極容器底蓋的上面和固體電解質(zhì)管底面之間的間隔設(shè)置能確保緩沖性的第二陽極集電體，由此降低電池降溫時(shí)在固體電解質(zhì)管產(chǎn)生的應(yīng)力，從而能夠防止固體電解質(zhì)管的破損。

圖I是本實(shí)用新型的第一實(shí)施方案的NaS電池的剖面圖。圖2是本實(shí)用新型的第二實(shí)施方案的NaS電池的剖面圖。附圖標(biāo)記說明UllNaS 電池2陽極金屬件3固體電解質(zhì)管4側(cè)部陽極集電體(第一陽極集電體)8、18底部陽極集電體(第二陽極集電體)21 筒部22 底蓋
具體實(shí)施方式
以下參照附圖對(duì)本實(shí)用新型的第一實(shí)施方案的NaS電池進(jìn)行說明。如圖I所示， NaS電池I具備陽極容器2，其具有筒部21和堵塞筒部21下端部的底蓋22 ;有底筒狀的固體電解質(zhì)管3，其容納于陽極容器2內(nèi)并與陽極容器2內(nèi)面相隔規(guī)定間隔且在內(nèi)部填充有鈉；毛氈狀的側(cè)部陽極集電體4(第一陽極集電體)，其含浸有硫磺并以與陽極容器2內(nèi)側(cè)面和固體電解質(zhì)管3外側(cè)面接觸的狀態(tài)容納于陽極容器2中；毛氈狀的底部陽極集電體 8 (第二陽極集電體)，其含浸有硫磺并與陽極容器2的底蓋22的上面和固體電解質(zhì)管3底面接觸的狀態(tài)下容納于陽極容器2。在本實(shí)用新型中，該底部陽極集電體8作為緩沖材料而發(fā)揮作用，降低電池降溫時(shí)在固體電解質(zhì)管3產(chǎn)生的應(yīng)力，從而防止固體電解質(zhì)管3的破損。固體電解質(zhì)管3通過a-氧化鋁等構(gòu)成的絕緣環(huán)5、接合于絕緣環(huán)5下面的陽極金屬件6與陽極容器2接合。另外，絕緣環(huán)6上面熱壓接合有陰極金屬件7。陽極容器2由鋁或鋁合金等軟質(zhì)金屬形成。例如通過將底蓋22以嵌合于筒部21 下端部的狀態(tài)熔接等來制作陽極容器2。固體電解質(zhì)管3由具有選擇性透過鈉離子功能的氧化鋁等形成。側(cè)部陽極集電體4和底部陽極集電體8包含由碳纖維構(gòu)成的毛氈狀基體材料和絡(luò)合于基體材料內(nèi)的玻璃纖維。此外，通常，玻璃纖維從固體電解質(zhì)管3側(cè)絡(luò)合于基體材料內(nèi)，從固體電解質(zhì)管3側(cè)向陽極容器2側(cè)延伸并分布于基體材料的固體電解質(zhì)管3側(cè)表面和基體材料內(nèi)部。含浸硫磺之前的側(cè)部陽極集電體4和底部陽極集電體8的制作可以使用用于無紡布的毛氈加工等的針刺絡(luò)合機(jī)。針刺絡(luò)合機(jī)是能反復(fù)進(jìn)行如下操作的裝置，即將在頂端部、長尺寸方向的途中突出設(shè)置有多個(gè)有鉤的金屬針的針板垂直打入加工對(duì)象物并拔出。 另外，針刺絡(luò)合機(jī)還設(shè)置有傳送帶等移動(dòng)單元，該移動(dòng)單元能夠使加工對(duì)象物與針板打入同步地向水平方向移動(dòng)。若采用這樣的針刺絡(luò)合機(jī)，從玻璃纖維側(cè)向積層體打入針板，則卡在金屬針的鉤部分的玻璃纖維與金屬針在厚度方向上一同被打入基體材料，其中，積層體是通過將由玻璃纖維形成的布狀體(例如無紡布等)、綿狀體在基體材料表面重疊而形成的。進(jìn)而，在用傳送帶等使基體材料向水平方向移動(dòng)的同時(shí)打入針板，由此就能在基體材料整體上以均勻的間隔打入玻璃纖維。在基體材料和玻璃纖維的積層體中繼續(xù)打入針板，則玻璃纖維被打入基體材料內(nèi)而逐漸減少，在基體材料內(nèi)部和表面形成玻璃纖維構(gòu)成的高電阻區(qū)域。進(jìn)一步繼續(xù)進(jìn)行打入操作，則最終構(gòu)成基體材料的碳纖維的一部分露出表面。由于基體材料一側(cè)表面被高電阻區(qū)域覆蓋、該部分的電阻高，因此，這樣形成高電阻區(qū)域的側(cè)部陽極集電體4和底部陽極集電體8能防止充電時(shí)僅在固體電解質(zhì)管3與側(cè)部陽極集電體4或底部陽極集電體8的接觸面附近析出絕緣物硫磺而形成絕緣層的情況。因此，不會(huì)隨著充電反應(yīng)的進(jìn)行電池內(nèi)阻上升，充電恢復(fù)性高，從這一點(diǎn)來講是優(yōu)選的。另外，由于通過針刺絡(luò)合打入玻璃纖維而形成高電阻區(qū)域，因此玻璃纖維配置在基體材料的厚度方向上。將對(duì)多硫化鈉的潤濕性優(yōu)異的玻璃纖維配置在基體材料的厚度方向上，則多硫化鈉沿著該玻璃纖維移動(dòng)，從而促進(jìn)側(cè)部陽極集電體4和底部陽極集電體8上的多硫化鈉的移動(dòng)。另外，底部陽極集電體8以玻璃纖維相對(duì)于基體材料的重量比在20%以下的方式形成。如果玻璃纖維相對(duì)于基體材料的重量比超過20%，則作為基體材料的碳纖維減少而使底部陽極集電體8的強(qiáng)度降低、緩沖性受損。另外，優(yōu)選地，底部陽極集電體8的壓縮率在70%以下。如果壓縮率大于70%，則由于底部陽極集電體8的恢復(fù)力變大從而使作用于固體電解質(zhì)管3和絕緣環(huán)5的接合部的應(yīng)力變大，因此接合部有可能出現(xiàn)破損。另外，優(yōu)選地，陽極容器2的底蓋22上面和固體電解質(zhì)管3的底面之間的間隔c 為固體電解質(zhì)管3底部壁厚t的0. 5倍以上5倍以下。如果間隔c小于壁厚t的0. 5倍， 則底部陽極集電體8無法得到足夠的的緩沖性。另外，如果間隔c大于壁厚t的5倍，則降溫時(shí)在間隔c中固化的多硫化鈉等的量變多而使在固體電解質(zhì)管產(chǎn)生的應(yīng)力變大，固體電解質(zhì)管3破損的危險(xiǎn)性變高。接著，參照?qǐng)D2對(duì)本實(shí)用新型的第二實(shí)施方案進(jìn)行說明。第二實(shí)施方案的NaS電池11除了底部陽極集電體18上面的形狀不同于第一實(shí)施方案之外，其他的與第一實(shí)施方案結(jié)構(gòu)相同。具體地，固體電解質(zhì)管3的底部角3a形成為具有規(guī)定曲率半徑的曲面，底部陽極集電體18的上面與該曲面相對(duì)應(yīng)地形成，且?guī)缀跖c曲面整體接觸。若采用本實(shí)施方案的NaS電池1，能進(jìn)一步提高底部陽極集電體18的緩沖性。此外,如果底部陽極集電體18 上面與底部角3a的曲面的至少一部分接觸，則能進(jìn)一步提高底部陽極集電體18的緩沖性。
權(quán)利要求1.一種鈉硫電池，其具備金屬制陽極容器，其具有筒部和堵塞該筒部下端部的底蓋； 有底筒狀的固體電解質(zhì)管，其容納于所述陽極容器內(nèi)并與所述陽極容器的內(nèi)面相隔固定間隔且內(nèi)部填充有鈉；毛氈狀第一陽極集電體，其含浸有硫磺并以與所述陽極容器的內(nèi)側(cè)面和所述固體電解質(zhì)管的外側(cè)面接觸的狀態(tài)容納于所述陽極容器中，其特征在于，其還具備毛氈狀第二陽極集電體，其含浸有硫磺并以與所述陽極容器的底蓋上面和所述固體電解質(zhì)管的底面相接觸的狀態(tài)容納于所述陽極容器中，所述第一陽極集電體和第二陽極集電體包含由碳纖維構(gòu)成的毛氈狀基體材料和絡(luò)合于所述基體材料的玻璃纖維，所述第二陽極集電體的玻璃纖維相對(duì)于所述基體材料的重量比在20%以下。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的鈉硫電池，其特征在于，所述陽極容器的底蓋上面和固體電解質(zhì)管的底面之間的間隔為所述固體電解質(zhì)管底部壁厚的0. 5倍以上且5倍以下。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的鈉硫電池，其特征在于，所述固體電解質(zhì)管的底部角形成為具有規(guī)定曲率半徑的曲面，所述第二陽極集電體的上面以與所述曲面相對(duì)應(yīng)的方式形成，并與所述曲面的至少一部分相接觸。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的鈉硫電池，其特征在于，所述第二陽極集電體的壓縮率在 70%以下。
專利摘要本實(shí)用新型的鈉硫電池(1)具備金屬制陽極容器(2)；固體電解質(zhì)管(3)，其容納于陽極容器內(nèi)；毛氈狀第一陽極集電體(4)，其含浸有硫磺并以與陽極容器內(nèi)側(cè)面和固體電解質(zhì)管外側(cè)面接觸的狀態(tài)容納于陽極容器中。其還具備毛氈狀第二陽極集電體(8)，其含浸有硫磺并以與陽極容器的底蓋(22)上面和固體電解質(zhì)管底面接觸的狀態(tài)容納于陽極容器中。陽極集電體包含由碳纖維構(gòu)成的毛氈狀基體材料和絡(luò)合于所述基體材料的玻璃纖維。第二陽極集電體的玻璃纖維相對(duì)于基體材料的重量比在20％以下。通過在陽極容器的底蓋(22)上面和固體電解質(zhì)管的底面之間的間隔設(shè)置具有能夠確保緩沖性的第二陽極集電體，由此能夠防止固體電解質(zhì)管的破損。
文檔編號(hào)H01M10/38GK202352789SQ20112052776
公開日2012年7月25日 申請(qǐng)日期2011年12月16日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月16日
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