一种钠硫电池负极的封装方法与流程

本发明涉及一种钠硫电池负极的封装方法。

背景技术：

钠硫电池是一种以硫磺为正极活性物质，金属钠为负极活性物质，以β″-氧化铝电解质陶瓷管为电解质隔膜的储能电池。钠硫电池在300～330℃工作温度下，钠离子透过电解质隔膜与硫磺之间发生可逆反应，形成能量的释放和储存。作为负极活性材料的金属钠，由于具有强腐蚀性，且极易发生燃烧甚至爆炸，因此，在钠硫电池中，需要尽可能有效提高金属钠的利用率。在我国前期开发的钠硫电池中，在电解质陶瓷管内通过毛细作用来增大金属钠与电解质陶瓷管内表面的接触面积，且在进行口部封装时采用在手套箱内惰性气氛环境下封装，封装时为微正压。

通过毛细作用提高钠硫电池内钠的利用效率，难以保证钠硫电池性能的一致性。此外，该封装工艺要求钠硫电池负极在冷态，即常温下为微正压，当在钠硫电池处于运行温度下，压力可达约2个标准大气压，钠硫电池长期在较高的气压下运行，钠硫电池负极的各封接部位会产生应力，大大降低钠硫电池的寿命。

技术实现要素：

本发明的目的是为了克服现有技术的不足，提供一种钠硫电池负极的封装方法，其可以确保钠硫电池产品性能的一致性，延长钠硫电池的使用寿命。

实现上述目的的一种技术方案是：一种钠硫电池负极的封装方法，用于将包括电解质陶瓷管、安全管和负极密封盖的注钠件和负极极耳，封接在一起，包括下列步骤：

注钠步骤：在真空条件下将液态金属钠注入所述注钠件中，并通过毛细作用，使液态金属钠充满位于所述安全管和所述电解质陶瓷管之间的反应腔室；

焊接固定步骤：将所述注钠件以及所述负极极耳，与真空焊接箱内的焊接夹具固定；

抽真空步骤：先将所述真空焊接箱内的气压抽真空至10Pa以下，再向所述真空焊接箱内补充惰性气体至，使所述真空焊接箱内的气压不超过2×10⁴Pa；

焊接步骤：使所述负极极耳的底面与所述负极密封盖的顶面同轴受力贴合，沿着所述负极极耳和所述负极密封盖外圆周之间的环形间隙进行激光焊接，将所述负极极耳与所述负极密封盖固定，形成钠硫电池负极；

泄压步骤：对所述真空焊接箱泄真空，打开所述真空焊接箱的箱门，取出钠硫电池负极。

进一步的，所述注钠步骤中，液态金属钠通过插接在所述负极密封盖中心的中心孔中的注钠针，注入所述注钠件。

进一步的，所述注钠步骤中，液态金属钠在惰性气体的气氛中进行冷却。

进一步的，所述焊接固定步骤中，所述注钠件固定在所述焊接夹具的下夹具中，所述负极极耳由所述焊接夹具的上夹头夹持。

进一步的，所述焊接步骤中，所述真空焊接箱内的气压保持恒定。

再进一步的，所述焊接步骤中，通过同时进行的真空泵的抽气以及惰性气体输入泵的充气，来保持所述真空焊接箱内的气压的恒定的。

更进一步的，焊接步骤结束，所述真空泵和所述惰性气体输入泵同步关闭。

采用了本发明的一种钠硫电池负极的封装方法的技术方案，用于将包括电解质陶瓷管、安全管和负极密封盖的注钠件和负极极耳，封接在一起，包括下列步骤：注钠步骤：在真空条件下将液态金属钠注入所述注钠件中，并通过毛细作用，使液态金属钠充满位于所述安全管和所述电解质陶瓷管之间的反应腔室；焊接固定步骤：将所述注钠件以及所述负极极耳，与真空焊接箱内的焊接夹具固定；抽真空步骤：先将所述真空焊接箱内的气压抽真空至10Pa以下，再向所述真空焊接箱内补充惰性气体至，使所述真空焊接箱内的气压不超过2×10⁴Pa；焊接步骤：使所述负极极耳的底面与所述负极密封盖的顶面同轴受力贴合，沿着所述负极极耳和所述负极密封盖外圆周之间的环形间隙进行激光焊接，将所述负极极耳与所述负极密封盖固定，形成钠硫电池负极；泄压步骤：对所述真空焊接箱泄真空，打开所述真空焊接箱的箱门，取出钠硫电池负极。其技术效果是：一是可有效保证钠硫电池负极中金属钠与电解质陶瓷管接触面积的一致性，二是可以保证钠硫电池在运行温度时，钠硫电池负极内部的压力仍为负压，保证钠硫电池负极内部压力的一致性，从而有效避免了钠硫电池受热应力而封装失效，因此确保了钠硫电池产品性能的一致性，延长钠硫电池的使用寿命。

附图说明

图1为注钠件的结构示意图。

图2为本发明的一种钠硫电池负极的封装方法中注钠步骤的操作示意图。

图3为本发明的一种钠硫电池负极的封装方法中焊接步骤的操作示意图。

图4为封装完成后钠硫电池负极的结构示意图。

具体实施方式

请参阅图1，本发明的发明人为了能更好地对本发明的技术方案进行理解，下面通过具体地实施例，并结合附图进行详细地说明：

钠硫电池负极包括注钠件和负极极耳9。所述注钠件包括电解质陶瓷管1和同轴套接在电解质陶瓷管1径向内侧的安全管2。电解质陶瓷管1的顶端为开口端，封接有陶瓷绝缘环3。安全管2的顶部通过负极密封盖8封闭。负极密封盖8的径向中心设有用于注钠的中心孔81。陶瓷绝缘环3的顶面与负极密封盖8的外圆周之间通过负极封接环5连接。负极封接环5将电解质陶瓷管1和安全管2径向之间的反应腔室封闭。沿着陶瓷绝缘环3的底面和外圆周面,封接正极封接环4。安全管2和所述反应腔室中均存储有液态金属钠，其中所述反应腔室中的液态金属钠可透过电解质陶瓷管1,与正极的液态硫磺发生反应。安全管2的底部设有可将安全管2与所述反应腔室连通的底部通孔21。

本发明的一种钠硫电池负极的封装方法，包括下列步骤:

注钠步骤：在真空箱内对待注钠的注钠件进行真空注钠，在真空箱内，将注钠针10插入负极密封盖8的中心孔81中，液态金属钠从中心孔81注入安全管2，并通过安全管2底部的底部小孔21，进入由安全管2、电解质陶瓷管1、陶瓷绝缘环3、负极封接环5和负极密封盖8所围成的反应腔室中，并通过气压作用充满所述反应腔室。剩余液态金属钠填充安全管2内，并将安全管2和所述反应腔室内的空气排出。

为防止液态金属钠的氧化，所述真空箱内的气氛必须为惰性气氛，液态金属钠也必须在惰性气氛中冷却。

焊接固定步骤：待所述反应腔室和安全管2内的液态金属钠凝固后，将注钠件与负极极耳9一起放入真空焊接箱，并用焊接夹具固定。所述注钠件由所述焊接夹具的下夹具固定，负极极耳9由所述焊接夹具的上夹头夹持。

抽真空步骤：关闭所述真空焊接箱的箱门，对所述真空焊接箱抽真空。

先采用真空泵对所述真空焊接箱抽真空，将安全管2内的空气从负极密封盖8中心的中心孔81抽出，当所述真空焊接箱内的气压降至10Pa以下时，关闭所述真空泵，通过惰性气体输入泵向所述真空焊接箱内补充惰性气氛至2×10⁴Pa。

焊接步骤：所述上夹头夹持的负极极耳9下降，使负极极耳9的底面与负极密封盖8的顶面同轴受力贴合，负极极耳9的接线柱91位于中心孔81的正上方，沿着负极极耳9和负极密封盖8外圆周之间的环形间隙进行激光焊接，将负极极耳9和负极密封盖8固定。

激光焊接过程中，所述真空泵的抽气和所述惰性气体输入泵补充惰性气体同时进行，通过使用所述真空泵和所述惰性气体输入泵上的流量调节阀，使得所述真空焊接箱内的气压在2×10⁴Pa保持恒定至焊接结束，激光焊接完毕，所述真空泵和所述惰性气体输入泵同步自动关闭。

泄压步骤：对所述真空焊接箱泄真空，打开所述真空焊接箱的箱门，取出钠硫电池负极。

惰性气体包括氮气、氩气、氦气等。

本发明的一种钠硫电池负极的封装方法，先将液态金属钠在真空条件下注入注钠件，并充满所述注钠件中位于电解质陶瓷管1和安全管2之间的反应腔室，剩余的液态金属钠填充在安全管2内，这样的操作可有效保证金属钠与电解质陶瓷管1接触面积的一致性，可有效保证钠硫电池性能的一致性，

待液态金属钠冷却凝固后将注钠件放入真空激光焊接箱内，通过先对真空焊接箱抽真空至10Pa，再补充对性气体，使所述真空焊接箱内的气压不超过2×10⁴Pa，在此负压下对负极极耳9和负极密封盖8进行激光焊接，从而实现钠硫电池负极的可靠有效封装。这样可以保证钠硫电池在运行温度时，钠硫电池负极内部的压力仍为负压，保证钠硫电池负极内部压力的一致性，从而有效避免了钠硫电池受热应力而封装失效。可保证钠硫电池产品性能的一致性，延长钠硫电池的使用寿命。

本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，而并非用作为对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围内，对以上所述实施例的变化、变型都将落在本发明的权利要求书范围内。