一种平板型结构的钠镍电池储能模块以及钠镍电池组的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及钠-金属氯化物电池技术领域，具体涉及一种板型结构的钠镍电池储能模块以及钠镍电池组。
【背景技术】
[0002]钠镍储能单体电池的存储能力有限，在实际应用中需要集成为大规模的电池组。目前，钠镍储能单体电池通常为管式结构，其大规模的储能主要通过单体管式集合而成。管式储能电池的特点是密封区域少，相对而言工艺简单。然而，管式结构的不足是电池电解质无法做薄，单体电池体积受限，从而影响能量密度；单体电池间空隙较大，集合而成电池组时，体积能量密度受影响较大。另外，管式结构的电池制作难度大。因此，为了降低成本，提高储能性能，近年来，板式结构得到了发展。
[0003]与管式相比，板式结构中电解质的厚度降低，当电解质厚度从1.5mm降低到200 μπι，在同等条件下板式结构的工作温度可降低上百摄氏度，并且电解质电阻降低数倍。板式结构单电池集成为电池组存在若干方法，其中一种方法是申请号为CN201510078221.5的中国专利文献中采用的将两个片式组合形成类似三明治结构的平管式单体电池，再由单体电池堆叠形成电池组。这种方法最大的优势是具备了板式与管式的共性特点。然而，不足之处是两片板式组合成平管式电池时需要一定的高温烧结密封以及后续的陶瓷金属化密封工艺，工艺复杂。不仅如此，当多个平管式单体电池合成电池组时，与管式电池类似，电池之间不可避免存有空间，无形之中增大了电池组的体积，从而影响了电池组的体积能量
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【发明内容】
[0004]针对上述技术现状，本发明旨在提供一种集成平板型结构的钠镍电池储能模块，具有制造工艺简单、易密封、体积集成最优化等优点。
[0005]为了实现上述技术目的，本发明提供的技术方案为:
[0006]—种平板型结构的钠镍电池储能模块，由上、下电流导出板、中空的密封件A、中空的密封件B、电解质片，以及用于输送电极熔融物质的输入管道组成；
[0007]从左到右方向，依次紧密排列着上电流导出板、密封件A、电解质片、密封件B、下电流导出板；
[0008]上电流导出板与电解质片形成阴极腔，密封件A用于密封上电流导出板与电解质片边缘的空隙；
[0009]电解质片与下电流导出板形成阳极腔，密封件B用于密封电解质片与下电流导出板边缘的空隙；
[0010]上电流导出板、电解质片、密封件B，以及下电流导出板的边缘设置穿孔，形成电极熔融物质可流通的穿孔通道，并且所述穿孔通道穿过密封件A的中空部；
[0011]输入管道的一开口端连接上电流导出板的穿孔，电极熔融物质经输入管道的另一开口端输入后充盈在所述穿孔通道与阴极腔中。
[0012]所述的电解质片材料包括但不限于β 〃-Α1203等。作为优选，所述的电解质片的厚度< 1.5mm。
[0013]所述的阴极熔融物质是将阴极活性材料等熔融在阴极电解液中形成的熔融体。阴极活性材料包括金属单质(如Ni等)与NaCl等，阴极电解液包括NaAlCl4等。另外，所述的熔融体中还可以包括其他添加剂，例如氟化钠、碘化钠、铝粉、铁粉、硫化锌、硫化亚铁等。
[0014]所述的上、下电流导出板主要用于充放电时的电子输入与放出，其材料包括但不限于不锈钢等，可采用蚀刻或机械加工形成。所述的上、下电流导出板的厚度可调，如
0.5?2.5mm等。所述的上、下电流导出板的板面形貌不限，包括平面、凹凸面、各类多孔表面等。作为优选，所述的上、下电流导出板的板面为凹凸点面或凹凸条纹形状表面等，以增大板面的表面积，有利于改善阴极熔融物质与上电流导出板面的浸润性，使其均匀分布流动，提高电池循环性能，同时又能在充放电时用作电子收集。
[0015]所述的密封件A材料不限，包括耐高温的高分子、石墨、玻璃等。作为优选，其使用温度彡350 °C。
[0016]所述的密封件B材料不限，包括耐高温的高分子、石墨、玻璃等。作为优选，其使用温度彡350 °C。
[0017]所述的输入管道为金属材料，如各类耐高温耐腐蚀不锈钢等。
[0018]所述的密封件A、B与各部件之间的密封，可以通过压力紧固的方式。当所述的密封件A、B材料为耐高温材料时，也可以通过高温烧结的方法进行真空密封，具体是将电池储能模块放入高温炉进行加热，使耐高温材料充分润湿，随后降低到室温，从而形成界面的润湿结合密封。作为优选，还在电池储能模块外围采用耐高温材料进行密封包装，进一步形成外围保护，避免氧化气体进入电极中。
[0019]在实际应用中，可以将N(N多1)个本发明的平板型结构钠镍电池储能模块，即第一储能模块、第二储能模块……第N储能模块串联集成在一起构成电池组。集成时，第一储能模块、第二储能模块……第N储能模块自左向右依次连接在一起，并且当N ^ 2时，省去第η(1 < η < Ν-1)储能模块中的下电流导出板，同时使第η+1储能模块中的上电流导出板作为第η个内部连接板，使各模块中的穿孔通道连通。
[0020]作为优选，所述的电池组还设置上下盖板、两块绝缘板(上绝缘板与下绝缘板)与两块中空的密封件Β (上密封件Β与下密封件Β)。
[0021]上盖板位于第一储能模块中的上电流导出板左侧，二者之间设置上绝缘板，上盖板与上绝缘板之间设置上密封件Β，用于密封上盖板与上绝缘板边缘的空隙；上绝缘板与第一储能模块中的上电流导出板之间设置上密封件Β，用于密封上绝缘板与第一储能模块中的上电流导出板边缘的空隙。
[0022]下盖板位于第Ν储能模块中的下电流导出板右侧，二者之间设置下绝缘板，下盖板与下绝缘板之间设置下密封件Β，用于密封下盖板与下绝缘板边缘的空隙；下绝缘板与第Ν储能模块中的下电流导出板之间设置下密封件Β，用于密封下绝缘板与第Ν储能模块中的下电流导出板边缘的空隙。
[0023]并且，上下盖板、上绝缘板与下绝缘板、上密封件Β与下密封件Β的边缘设置穿孔，与所述Ν块储能模块中的穿孔通道共同形成电极熔融物质可流通的通道。输入管道的一开口端连接上盖板的穿孔，电极熔融物质经输入管道的另一开口端输入。
[0024]所述的上、下盖板为金属材料，如各类耐高温耐腐蚀不锈钢等。
[0025]所述的上、下绝缘板材料不限，优选采用耐高温的高分子材料或陶瓷。
[0026]所述的上、下密封件B材料不限，包括耐高温的高分子、石墨、玻璃等。作为优选，其使用温度< 350 °C。
[0027]所述的上、下盖板分别设置通孔，固定柱螺栓一端通过该两通孔，用以紧固电池组。所述的固定柱螺栓可采用耐高温的高分子、金属或者陶瓷等制成。
[0028]综上所述，本发明具有如下有益效果:
[0029](1)采用类似高温燃料电池板式结构电池的结构，首先，电解质可超薄到0.2mm甚至以下，超薄的电解质片其离子传导特性将得到最大的发挥，提高能量密度。其次，采用超薄电解质片组合电池组，电池之间存在的空间间隔可达到最小，体积能量密度有望进一步提尚;
[0030](2)采用板式结构进行非烧结的压力密封，密封难度与工艺大幅度简化，同时电池组出现某一单体电池不工作时，其他工作的电池能够实现可拆卸的重复利用；
[0031](3)制造工艺简单易实现，电池部件可拆卸多次重复使用，适合大容量储能的系统集成；可兼顾电池能量密度与功率密度，较好地实现电池能量密度与功率密度的平衡；
[0032](4)可根据使用要求，任意集成所需电压容量大小的电池组。
【附图说明】
[0033]图1是本发明实施例1中平板型结构钠-氯化镍电池组的结构示意图；
[0034]图2是图1中的电池储能模块的结构示意图；
[0035]图3是图1中上下导流板的结构示意图；
[0036]图4是图1中密封件A的结构示意图；
[0037]图5是图1中密封件B的结构示意图；
[0038]图6是图1中电解质片结构示意图。
具体实施方案
[0039]以下参照具体的附图与实施例来说明本发明。本领域技术人员可以理解，这些实施例仅用于说明此发明，其不以任何方式限制本发明的范围。
[0040]图1至图6中的附图标记为:1、输入管道；2、上盖板；3、上绝缘板；4、上电流导出板；5、密封件A ;6、密封件B ;63、第一上密封件B ;64、第二上密封件B ;65、下密封件B ;7、下电流导出板；8、电解质片；9、固定螺栓；10、下绝缘板；11、下盖板；12、输出管道；13、穿孔；
14、通孔。
[0041]实施例1:
[0042]本实施例中，平板型结构钠镍电池组的结构示意图如图1所示，包括第一储能模块、第二储能模块……第N储能模块。自左向右，第一储能模块、第二储能模块……第N储能模块依次串联集成在一起。
[0043]其中，各储能模块结构相同，其结构示意图如图2所示，从左到右方向，依次紧密排列着上电流导出板4、密封件A5、电解质片8、密封件B6，以及下电流导出板7(当N ^ 2时，第n(l < η < Ν-1)储能模块中的下电流导出板7可省去，使第η+1储能模块中的上电流导出板作为第η个内部连接板)。
[0044]上电流导出板4与电解质片8形成阴极腔，密封件Α5用于密封上电流导出板4与电解质片8边缘的空隙。
[0045]电解质片8与内部连接板7形成阳极腔，密封件Β6用于密封电解质片8与内部连接板7边缘的空隙。
[0046]电解质片材料为β 〃-Α1203，电解质片的厚度彡1.5mm。电解质片的结构示意图如图6所示，呈正方形，边缘设置两个独立的穿孔13。
[0047]上、下电流导出板主要用于充放电时的电子输入与放出，其材料为耐腐蚀的不锈