[发明专利]一种钠电池界面同相化封接方法

说明书

技术领域

本发明涉及能源材料领域，具体涉及一类钠电池界面同相化改性，提高被封接的两种材料润湿对称性的一种钠电池界面同相化封接方法。

背景技术

Na/S电池是以金属钠和硫作为电极，用Na-beta-Al₂O₃为电解质可用于储能使用的高性能的电池，其优点在于高的比能量和比功率，工作温度稳定，原材料来源丰富，价格低廉，易实现大规模生产。早在1965年美国福特公司发明了这种电池，随后英国、法国、德国及日本及中国相继研究。目前，Na/S电池在电网负荷平衡，应急电源以及不间断电源等方面已有所应用。中国科学院上海硅酸盐研究所对钠硫电池及其应用开展了大量的研究工作。在Na/S电池中同时采用α-Al₂O₃和Na-beta-Al₂O₃材料，分别用做绝缘材料和电解质材料，两种材料之间以玻璃进行封接。为了保证电池的安全性和性能稳定性，α-Al₂O₃和Na-beta-Al₂O₃之间的封接性能尤为重要，封接后的部件应具有良好的抗热震性能，不漏气，封接部位强度高。为了实现封接的高性能，要求被封接的两个部件具有接近的热膨胀系数，与封接材料间化学稳定。目前，用于封接的材料主要是玻璃材料，例如Shufeng Song等（固态电化学“Journal of Solid State Electrochemistry”14（2010）1735-1740）提出了新的玻璃封接材料可以提高玻璃材料与α-Al₂O₃和Na-beta-Al₂O₃之间的热膨胀系数匹配性，但是由于玻璃两侧材料结构不同，性质有差异，热膨胀系数不同、对封接玻璃的润湿性有差异，这些在很大程度上降低了材料的可封接性能。另一种钠电池钠/氯化物电池（也称ZEBRA电池）则与钠硫电池类似，Na-beta-Al₂O₃和α-Al₂O₃的封接也是关键的工序和技术，其封接性能直接影响电池的性能和安全可靠性。

如上所述，在Na/S和ZEBRA电池玻璃封接中由于玻璃两侧材料（α-Al₂O₃和Na-beta-Al₂O₃）结构不同，性质有差异，热膨胀系数不同、对封接玻璃的润湿性有差异，很大程度上降低了材料的可封接性能。如能对被封接的α-Al₂O₃表面进行改性，使其另一被封接部件Na-beta-Al₂O₃表面同相化，可以实现α-Al₂O₃与Na-beta-Al₂O₃之间界面同相化封接以提高被封接材料两侧的润湿对称性，达到提高封接性能的目的。

发明内容

本发明人是针对钠电池中，同时采用α-Al₂O₃和Na-beta-Al₂O₃材料，分别用做绝缘材料和电解质材料，两种材料之间以玻璃进行封接。由于玻璃两侧材料结构不同，性质有差异，热膨胀系数不同、对封接玻璃的润湿性有差异，这些在很大程度上降低了材料的可封接性能。本发明人发现，对被封接材料中alpha-Al₂O₃表面的改性使其生长出Na-beta-Al₂O₃膜以达到与另一被封接部件Na-beta-Al₂O₃陶瓷表面同相化，将可提高被封接材料两侧的润湿对称性，达到提高封接性能的目的。。

在此，本发明提供一种钠电池界面同相化封接方法，所述方法在两种被封接材料α-Al₂O₃和Na-beta-Al₂O₃之间以封接材料进行封接，其特征在于，在以所述封接材料进行所述封接之前，对其中一种被封接材料α-Al₂O₃表面进行改性使其生长出与另一种被封接材料Na-beta-Al₂O₃陶瓷同相的Na-beta-Al₂O₃膜。