[发明专利]一种钠硫电池的正极

说明书

技术领域

本发明涉及化学储能领域的一种钠硫电池的正极。

背景技术

钠硫电池的关键材料是β”-Al₂O₃制成的电解质陶瓷管，电池安全性能在很大程度上取决于电解质陶瓷管的力学性能。一旦电解质陶瓷管有微裂纹或者破裂，钠和硫，直接接触发生剧烈反应，温度最高可达2000℃。钠硫电池的安全性主要有两个方面，其中一个为电池升降温安全性能，电池模块不可避免的要进行定期维护等工作，电池降温时，尤其是温度降至280℃之下时，钠硫电池正极室内的多硫化钠凝固，电解质陶瓷管底部收到较大压应力，如果压应力得到不释放，容易导致电解质陶瓷管的管口部和底部损坏，造成钠和硫磺直接发生反应，危害性较大，出现上述情况的根本原因在于钠硫电池的正极在设计上存在不合理之处。

如图1所示，现有钠硫电池，钠硫电池的正极包括外壳1以及套接在外壳1内侧的电解质陶瓷管4，电解质陶瓷管4与外壳1之间形成钠硫电池的正极室100。外壳1兼做正极集流体以及储存正极活性物质。电解质陶瓷管4的顶面上固定有一个径向向外突出的陶瓷绝缘环3，陶瓷绝缘环3与电解质陶瓷管4是通过热压焊固定的。陶瓷绝缘环4与钠硫电池的外壳1的径向之间设有正极密封环60，正极密封环60与陶瓷绝缘环3之间通过热压焊固定，正极密封环60与外壳1的内侧面之间通过焊接固定，从而将钠硫电池的正极室100封闭，钠硫电池的正极室100内填充有对硫和多硫化钠浸润的多孔导电纤维毡2，多孔导电纤维毡2具有导电性。钠硫电池的正极反应材料硫填装在多孔导电纤维毡2中。

这样的设计，在钠硫电池降温过程中，电解质陶瓷管4受到的压应力，传递给陶瓷绝缘环3上后，很难再通过正极密封环60分散，为了分散电解质陶瓷管4受到的压应力，一般在电池正极部分增加应力缓冲结构，钠硫电池外壳1可采用铝合金或者不锈钢材料，如采用铝合金，在铝合金外壳表面增加波纹管结构。而使用不锈钢来生产钠硫电池的外壳1时，很难加工出波纹管结构。

另外一方面，电解质陶瓷管4底面与外壳1之间也填装有多孔导电纤维毡2，造成钠硫电池的底部积聚了过多的硫及多硫化钠，钠硫电池冷却后，积聚在钠硫电池的固态硫或者多硫化钠，加剧了电解质陶瓷管4所受到的压应力，加速了电解质陶瓷管4的破裂速率。

这样的设计也不能从根本上消除电解质陶瓷管所受到的压应力，电解质陶瓷管4的底部仍旧会开裂，因此必须考虑其它方式来分散电解质陶瓷管所受到的压应力。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术的不足，提供一种钠硫电池的正极，其能够有效分散钠硫电池降温过程中，电解质陶瓷管所受到的压应力，保证钠硫电池不破裂或出现微裂纹，从而保证钠硫电池的安全运行。

实现上述目的的一种技术方案是：一种钠硫电池的正极，包括：外壳，以及套接在所述外壳内的电解质陶瓷管，所述电解质陶瓷管与所述外壳径向之间形成钠硫电池的正极室，所述电解质陶瓷管的顶面上固定有一个径向向外突出的陶瓷绝缘环，

所述电解质陶瓷管外壁的底部设有缓冲层，所述缓冲层对硫和多硫化钠不浸润；

所述陶瓷绝缘环的外侧面与所述外壳的内侧面之间通过L形金属环、槽形金属环和顶部金属环连接；

所述L形金属环分为垂直段和水平段，所述水平段的顶面与所述陶瓷绝缘环的底面固定，所述垂直段的内侧面与所述陶瓷绝缘环的外侧面固定；所述垂直段的外侧面与所述外壳的内侧面分离，所述垂直段的顶面高于所述陶瓷绝缘环的顶面；

所述槽形金属环的底面与所述陶瓷绝缘环的顶面分离，所述槽形金属环上设有内圈槽壁和外圈槽壁，所述内圈槽壁高于所述外圈槽壁，所述外圈槽壁的外侧面与所述L形金属环的垂直段的内侧面固定，且所述外圈槽壁的顶面与所述L形金属环的垂直段的顶面等高；

所述顶部金属环连接所述槽形金属环的内圈槽壁的外侧面和所述外壳的内侧面，所述顶部金属环的顶面与所述槽形金属环内圈槽壁的顶面以及所述外壳的顶面等高；所述顶部金属环的顶面上外有一个环形槽。

进一步的，沿所述陶瓷绝缘环底面的外缘设有倒台阶结构，所述L形金属环的水平段的顶面与所述倒台阶结构的底面固定。

进一步的，所述外壳的内侧面的顶部设有限位台阶结构，所述顶部金属环的底面以及外侧面与该限位台阶结构固定。

进一步的，所述L形金属环与所述陶瓷绝缘环之间通过热压焊固定，所述L形金属环与所述槽形金属环之间，所述槽形金属环与所述顶部金属环之间，以及所述顶部金属环与所述外壳之间均通过焊接固定。