[发明专利]金属能量转换装置及其制造方法

说明书

本发明涉及碱金属能量转换装置例如碱金属电池特别是钠硫电池，这种电池通常用一种固体电解质元件将在电池工作温度下呈液态的阴极和阳极反应剂隔开来。

通常，这种装置包括：一个外壳、一个将外壳的内部分成两个极区的固体电解质元件、一个同电解质元件相连接的电绝缘元件和至少一个封接到绝缘元件上的金属元件。这种结构一般组成电池装置密封结构之一部分，它既使两个电极区彼此隔开，又使电极区与外部环境隔开。例如，这种装置的外壳可以是金属的，所以，电极区的任一种密封都要求在外壳金属与电解质元件之间有一密封层，但是，外壳金属同电解质元件之间必须是电绝缘的，因此，用插入电绝缘元件的办法来保持它们间的绝缘。

专利GB-A-2102622公开了应用于钠硫电池中的这种结构的实例。这种电池带有一个α氧化铝盖子，盖住了管式电解质元件。中心的集流器装在穿通α氧化铝盖的一个孔中，并由盖子使它与电解质元件隔开。位于电解质元件外面的外电极区通过一个外表焊到电池金属外壳上、内表面封接到α氧化铝盖上的薄的闭合金属元件进行密封。薄的金属闭合元件与α氧化铝盖之间的这层密封层有时是通过在薄金属闭合元件与陶瓷盖间加一层软材料（例如铝）热压粘接而成的。

这种粘接是在绝缘元件即α氧化铝陶瓷盖同电解质元件粘接后进行的，因为这种粘接易受高温釉化的影响，釉化会毁坏在金属闭合元件与陶瓷盖之间放入中间层进行热压粘接制成的隔离层。

另一方面，专利EP-A-0166605公开了一种把薄金属元件直接热压粘接到绝缘陶瓷盖上以形成两者间的密封层的技术，这种密封层不受随后的温度循环的不良影响，例如不受绝缘元件随后用釉化法与电解质元件粘接时所需的高温的影响。在绝缘元件连接到电能质元件之前就能够使薄金属元件与绝缘元件间形成这样一种密封层的技术，大大简化了这种密封层的制造工艺。所以，可以同时将多个金属元件与绝缘元件彼此密封起来而制成多个密封对。

显然，钠硫电池和其他碱金属能量转换装置的密封对于制造性能良好而又安全可靠的电池来说是十分重要的，而且由于这些电池的工作温度高（一般350℃），故这个问题极难解决。而采用粘接剂的连接技术的可行性至今尚未证实。

特别是将薄金属闭合元件的周边焊到金属外壳上来密封外电解区域时，密封性取决于薄膜（通常是采用氧化铝和一些普通材料制成）的完整性，这层薄膜是在热压过程中形成在薄的金属元件上。该层薄膜保护金属元件免受外电极（即硫电极）区域内的腐蚀性物质，特别是所形成的多硫化物的侵蚀。

迄今，都是在将金属元件热压密封到α氧化铝盖之后，再直接把薄金属元件焊到金属外壳上。然而，由于焊接时的热量，这一程序破坏了焊缝附近的保护氧化铝薄膜。在电池使用时所产生的多硫化物会导致薄金属元件的腐蚀，并最终破坏密封。

为解决现有技术中存在的问题，本发明提供了一种碱金属能量转换装置的制造方法，包括提供一个外壳、一个把壳内分成两个电极区的固体电解质元件和一个连接到电解质元件上的电绝缘元件的步骤;用热压粘接把至少一个金属元件密封到绝缘元件上的步骤;把第一金属元件固定到第二金属元件和把第二金属元件固定外壳上的步骤，其特征在于所述的第二金属元件比所述的第一金属元件更厚。

更厚的第二金属元件密封到金属外壳上的设置可使在薄的金属元件上的保护膜不被破坏并且避免了涂覆在迄今所使用的薄的金属元件上的保护膜易损坏的问题。第二金属元件具有厚度更厚的优点，使它能抵抗腐蚀性的多硫化物的侵蚀并因而不需要保护薄膜。另外，固定一个薄的金属元件来密封绝缘元件满足了在后一个密封处在热压粘结和以后的上釉操作以及电池的试验时与不同的热膨胀相适应的柔性的要求。

本发明还提供了一种碱金属能量转换装置，具有一个外壳、在壳内设置的把壳内区域分成两个电极区的一个电解质元件，连接到所述电解质元件上的一个电绝缘元件，用热压粘结法固定到绝缘元件上的第一金属元件和粘结法固定到绝缘元件上的第一金属元件和粘结到上述金属元件并与外壳相连一个所述的电极区的第二金属元件，其特征在于所述的第二金属元件比第一金属元件更厚。

本发明基本上防止了腐蚀物质从部分以外壳为界的外电极区进入金属元件的上述部分，因此，腐蚀物质，例如多硫化物进入到因焊接时热量而使保护氧化层破坏掉的区域的机会减少。所以，实际上消除了外电极区域的密封失效的可能性。

下面参看附图，说明本发明的实例。

图1是一个已知的钠-硫电池装置的纵剖面图;

图2，3和4是相应于本发明的钠-硫电池装置的纵剖面图。