一種鈉硫電池正極集流體的製作方法

2023-12-03 23:01:01

本實用新型涉及一種鈉硫電池正極集流體。

背景技術：

鈉硫電池作為最具應用前景的儲能電池，已廣泛應用。正極集流體作為鈉硫電池的一核心部件，在電池中起到導電及支撐電池的作用，由於電池運行過程中正極熔融態的硫及多硫化鈉(Na2Sx)具有強的腐蝕性能，若正極集流體耐蝕性能較差，電池性能會很快衰減，因此，電池正極集流體除需要具有良好的導電性、機械性能外，還需要具有強的耐蝕性能。

現有的鈉硫電池正極集流體主要有兩種材料，一種是具有較好耐蝕性的不鏽鋼，如SUS316L等；另一種是採用表面具有耐蝕性塗層的鋁合金材料。對於不鏽鋼基鈉硫電池來說，電池製造工藝複雜，電池壽命和安全性能至今還未有規模化應用先例，已具有鈉硫電池規模化應用的日本NGK公司採用鋁合金作為電池集流體，鋁合金表面進行塗層處理。然而，對於鋁合金正極集流體而言，在其表面進行塗層處理價格昂貴，國內尚未找到技術可靠，且可規模化生產價格合理的供應商。

技術實現要素：

本實用新型的目的是克服現有技術的缺陷，提供一種鈉硫電池正極集流體，可有效防止正極活性物質的腐蝕，適用於鋁合金基鈉硫電池。

實現上述目的的技術方案是：一種鈉硫電池正極集流體，包括從下至上依次同軸設置的底蓋、外殼、鋼鋁過渡環和緩衝結構件，其中：

所述外殼呈內部中空結構；

所述底蓋封堵在所述外殼的下端開口，且所述底蓋與所述外殼的底端通過雷射焊接連接在一起；

所述鋼鋁過渡環由下部的不鏽鋼環和上部的鋁合金環組成，所述不鏽鋼環的頂端和鋁合金環的底端通過摩擦焊接連接在一起；

所述鋼鋁過渡環的底端與所述外殼的頂端通過雷射焊接連接在一起；

所述鋼鋁過渡環的頂端與所述緩衝結構件的底端通過雷射焊接連接在一起。

上述的一種鈉硫電池正極集流體，其中，所述不鏽鋼環和鋁合金環的摩擦焊接的焊縫氣密性要求漏率≤5.0*10-8Pa·m3s-1；焊接強度要求所述不鏽鋼環和鋁合金環的結合強度不低於所述鋁合金環的母材強度；接頭抗熱性能要求經過10次熱震測試後氣密性和強度不發生變化。

上述的一種鈉硫電池正極集流體，其中，所述底蓋、外殼和不鏽鋼環分別由SUS316L不鏽鋼材料製成；所述鋁合金環由3003鋁合金材料製成。

上述的一種鈉硫電池正極集流體，其中，所述緩衝結構件由塑性變形材料製成。

上述的一種鈉硫電池正極集流體，其中，所述底蓋與所述外殼的雷射焊接的焊接深度為焊接至焊縫坡口底部。

上述的一種鈉硫電池正極集流體，其中，所述鋼鋁過渡環與所述外殼的雷射焊接的焊接深度為焊接至焊縫坡口底部。

上述的一種鈉硫電池正極集流體，其中，所述鋼鋁過渡環與所述緩衝結構件的雷射焊接的焊接深度為焊接至焊縫坡口底部。

本實用新型的鈉硫電池正極集流體，通過結合SUS316L不鏽鋼的強抗腐蝕性能和鋁合金基鈉硫電池的封接特性，採用鋼鋁過渡結合的正極集流體作為新開發鋁合金基鈉硫電池的集流體，可有效解決鋁合金基鈉硫電池的集流體腐蝕問題。

附圖說明

圖1為本實用新型的鈉硫電池正極集流體的結構示意圖；

圖2a為圖1中A部分的放大示意圖；

圖2b為圖1中B部分的放大示意圖；

圖2c為圖1中C部分的放大示意圖；

圖3為本實用新型的鈉硫電池正極集流體的鋼鋁過渡環的結構示意圖；

圖4為採用本實用新型的鈉硫電池正極集流體的鈉硫電池的結構示意圖。

具體實施方式

為了使本技術領域的技術人員能更好地理解本實用新型的技術方案，下面結合附圖對其具體實施方式進行詳細地說明：

請參閱圖1至圖3，本實用新型的最佳實施例，一種鈉硫電池正極集流體，包括從下至上依次同軸設置的底蓋1、外殼2、鋼鋁過渡環3和緩衝結構件4。

外殼2呈內部中空結構；底蓋1封堵在外殼2的下端開口，且底蓋1與外殼2的底端通過雷射焊接連接在一起，底蓋1與外殼2的雷射焊接H1的焊接深度為焊接至焊縫坡口底部(見圖2a)。

鋼鋁過渡環3由下部的不鏽鋼環32和上部的鋁合金環31組成(見圖3)，不鏽鋼環32的頂端和鋁合金環31的底端通過摩擦焊接連接在一起；不鏽鋼環32和鋁合金環31的摩擦焊接MH1的焊縫氣密性要求漏率(He檢)≤5.0*10-8Pa·m3s-1；焊接強度要求不鏽鋼環32和鋁合金環31的結合強度不低於鋁合金環31的母材強度；接頭抗熱性能要求經過10次熱震測試後氣密性和強度不發生變化。

鋼鋁過渡環3的底端與外殼2的頂端通過雷射焊接連接在一起，鋼鋁過渡環3與外殼2的雷射焊接H2的焊接深度為焊接至焊縫坡口底部(見圖2b)；鋼鋁過渡環3的頂端與緩衝結構件4的底端通過雷射焊接連接在一起，鋼鋁過渡環3與緩衝結構件4的雷射焊接H3的焊接深度為焊接至焊縫坡口底部(見圖2c)。

底蓋1、外殼2和不鏽鋼環32分別由SUS316L不鏽鋼材料製成，該部分在電池中與正極活性物質硫及多硫化鈉(Na2Sx)接觸，其餘部分不與正極活性物質接觸，因此，該正極集流體可有效防止正極活性物質的腐蝕，適用於鋁合金基鈉硫電池；鋁合金環31由3003鋁合金材料製成，該部分在電池中不與正極活性物質硫及多硫化鈉(Na2Sx)接觸。

緩衝結構件4由塑性變形材料製成，緩衝結構件4具有塑性變形功能，當電池升溫或降溫過程中，由於正極活性物質的熔化或凝固，緩衝結構件4起到緩衝作用，防止其它部位的損壞。

請參閱圖4，本實用新型的鈉硫電池正極集流體在鈉硫電池結構中，電池的正、負極電極由絕緣陶瓷環11進行阻隔，位於絕緣陶瓷環11外部的底蓋1、外殼2、鋼鋁過渡環3、緩衝結構件4、正極封接環5、正極極耳6和硫電極7為電池的正極部分；電池電解質隔膜8起到阻隔正負極活性物質直接接觸，同時可以導通鈉離子作用；，位於絕緣陶瓷環11內部的金屬鈉9、安全管10、負極封接環12、負極密封蓋13和負極極耳14為電池的負極部分。

綜上所述，本實用新型的鈉硫電池正極集流體，通過結合SUS316L不鏽鋼的強抗腐蝕性能和鋁合金基鈉硫電池的封接特性，採用鋼鋁過渡結合的正極集流體作為新開發鋁合金基鈉硫電池的集流體，可有效解決鋁合金基鈉硫電池的集流體腐蝕問題。

本技術領域中的普通技術人員應當認識到，以上的實施例僅是用來說明本實用新型，而並非用作為對本實用新型的限定，只要在本實用新型的實質精神範圍內，對以上所述實施例的變化、變型都將落在本實用新型的權利要求書範圍內。