一种中高温电池的制作方法

本发明涉及高温电池领域，特别涉及一种中高温电池。

背景技术：

现有的电化学储能技术中，中高温电池如燃料电池、钠硫电池和液态金属电池等，具有清洁环保、高能量效率、灵活的能量和功率搭配输出等特征及优点，是应用前景非常好的储能技术。但是用于这一类电池的密封装置，由于需要长期在几百摄氏度的高温下保持良好的密封，同时密封装置还要求是绝缘的，能够经受高温电池内活性材料的腐蚀。

在有关中高温液态金属电池的密封设计中，专利名称为“中高温电池用密封结构及中高温电池”(授权号为cn206003856u)的专利中，采用陶瓷与金属过盈配合和熔融盐液封的方式配合实现密封、绝缘和防腐，但是在中高温下过盈配合方式的密封件因材料的热膨胀系数差异，会造成陶瓷件的热应力过大甚至发生开裂等，双重密封的方式也难以保证其气密性。

另一专利名称为“具有陶瓷芯的金属密封件”(授权号为103502703b)的专利中，提出用玻璃状材料作为中间层来提供连接，同时吸收不同材料粘结的热膨胀系数差异带来的变形。但是，上述技术的密封件结构复杂，密封率较小，玻璃状材料的粘结效果难以保持长效。

综上所述，如何提供一种包括结构简单、可靠性好、适用范围广，以及可批量化生产的密封装置的中高温电池，成了本领域技术人员亟需解决的技术问题。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是：提供一种包括结构简单、可靠性好、适用范围广，以及可批量化生产的密封装置的中高温电池。

本发明的解决方案是这样实现的：本发明提出了一种中高温电池，包括负极壳体、负极顶盖、正极壳体、绝缘内壳体以及设置于负极壳体和正极壳体之间的密封装置；密封装置包括中空的中心层，所述中心层的第一侧设有中空的第一连接层和第一金属层，所述第一连接层设置于所述中心层与所述第一金属层之间；所述中心层的第二侧还设有中空的第二连接层和第二金属层，所述第二连接层设置于所述中心层与所述第二金属层之间；所述中心层为绝缘的陶瓷层。此结构的中高温电池，从整体上来看，其密封装置为金属-陶瓷-金属的三明治结构，方便与电池的壳体等进行连接，与现有结构的密封件相比，其具有结构简单、可靠性好的优点，易于实现电池的串并联成组。同时，由于其型号和规格可根据需要进行调整，因此其适用范围广，可根据需要进行批量化生产。

本发明的另一技术方案在于在上述基础之上，所述负极壳体的一端与所述密封装置的上端通过焊接固定连接，所述正极壳体的一端与所述密封装置的下端通过焊接固定连接。

本发明的另一技术方案在于在上述基础之上，所述密封装置的中心层为非氧化物类绝缘陶瓷，其材质为氮化硅、氮化铝、氮化硼中的一种或多种组合。

本发明的另一技术方案在于在上述基础之上，所述第一金属层和第二金属层的材质分别为镍基高温合金、钛基合金、因瓦合金、可伐合金、不锈钢中的一种或多种组合。

本发明的另一技术方案在于在上述基础之上，所述第一连接层和第二连接层金属箔片，所述金属箔片为一层，或由多层金属箔片组合而成；所述第一连接层和第二连接层可以为相同的或不同的。

本发明的另一技术方案在于在上述基础之上，每层所述金属箔片的厚度介于5～500μm。

本发明的另一技术方案在于在上述基础之上，所述金属箔片的材质为钛、镍、金、银、铜、铝、钼、铌、可伐合金、不锈钢合金中的一种或多种组合。

本发明的另一技术方案在于在上述基础之上，所述第一连接层和第二连接层由钼/铜/钛3层金属箔片层组合而成，钛金属箔片靠近中间层一侧，钼金属箔片靠近金属外层一侧，在10^-4pa的真空环境下，加热至1100摄氏度后保温60分钟，并随炉冷却至常温。

本发明的另一技术方案在于在上述基础之上，所述第一金属层、第二金属层与所述中心层之间分别设有连接层，通过瞬时液相扩散焊接。

本发明的另一技术方案在于在上述基础之上，根据所述中心层的热膨胀系数和材质来选择与之匹配的第一连接层和第二连接层。本发明选用瞬时液相扩散焊接技术制备“金属-陶瓷-金属”的夹层结构密封件，密封装置位于正极壳体与负极壳体之间，且通过绝缘内环与正负极活性物质直接接触，可避免密封装置连接层与电池活性物质及其蒸汽发生化学反应，引起腐蚀；同时具有极好的气密性。

此结构的中高温电池，相应地，也具有密封装置所具有的优点，即结构简单、可靠性好，同时还具有适用范围广，易于批量化生产的优点。单体电池结构简单，易于实现串并联成组，有效提升电池堆的能量密度。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1为本发明一种中高温电池的结构示意图；

图2为图1中a－a的剖视示意图；

图3为图2密封装置的结构示意图。

附图标记对应关系为：

1中心层2第一连接层3第二连接层

4第一金属层5第二金属层6密封装置

7正极壳体8负极壳体9负极顶盖

10绝缘陶瓷内环11负极引流杆12负极

13电解质14正极

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行详细描述，本部分的描述仅是示范性和解释性，不应对本发明的保护范围有任何的限制作用。此外，本领域技术人员根据本文件的描述，可以对本文件中实施例中以及不同实施例中的特征进行相应组合。

本发明实施例如下，请参见图1至图3所示的中高温电池及其密封装置，中高温电池包括负极壳体8、负极顶盖9、正极壳体7、绝缘内壳体10以及设置于负极壳体8和正极壳体7之间的密封装置6。密封装置6具体包括呈中空状的中心层1，即中心层1的中部设有通孔，中心层1的第一侧，即图中所示的上侧设有中空的第一连接层2和第一金属层4，且第一连接层2设置于中心层1与第一金属层4之间。同样，中心层1的第二侧，即图中所示的下侧也设有中空的第二连接层3和第二金属层5，第二连接层3设置于中心层1与第二金属层5之间，并且通孔贯穿于第一金属层4、第一连接层2、中心层1、第二连接层3和第二金属层5。中心层1为陶瓷层，即其材质为陶瓷。此结构的中高温电池，从整体上来看，其密封装置6形成了金属-陶瓷-金属的三明治结构，方便与电池的壳体等进行连接，其具有结构简单、可靠性好，易于串并联成组的优点。同时，由于其型号和规格可根据需要进行调整，因此其适用范围广，可根据需要进行批量化生产。

在上述实施例的基础上，本发明另一实施例中，负极壳体8的一端，即图中所示的下端与密封装置6的上端通过焊接固定连接，正极壳体7的上端与密封装置6的下端通过焊接固定连接。

在上述实施例的基础上，本发明另一实施例中，当中心层1为陶瓷层时，优选为非氧化物类绝缘陶瓷，具体可以为氮化硅、氮化铝、氮化硼等中的一种或多种组合。

在上述实施例的基础上，本发明另一实施例中，对于第一金属层4和第二金属层5，其材质可以分别为镍基高温合金、钛基合金、因瓦合金、可伐合金、不锈钢等中的一种或其中的多种组合。需要说明的是，第一金属层4和第二金属层5的材质可以相同，也可以不同。

在上述实施例的基础上，本发明另一实施例中，对于第一连接层2和第二连接层3，其优选为金属箔片，在一种实施例中，金属箔片可以为一层，也可以由多层金属箔片组合而成。

在上述实施例的基础上，本发明另一实施例中，而每层金属箔片的厚度优选介于5～500μm。

在上述实施例的基础上，本发明另一实施例中，对于金属箔片的材质，优选为钛、镍、金、银、铜、铝、钼、铌、可伐合金、不锈钢合金等中的一种或多种组合。

在上述实施例的基础上，本发明另一实施例中，需要说明的是，第一连接层2和第二连接层3分别包括钼金属箔片、铜金属箔片和钛金属箔片，钛金属箔片靠近中心层1一侧，钼金属箔片靠近第一金属外层4和第二金属层4、5一侧，在10^-4pa的真空环境下，加热至1100摄氏度后保温60分钟，并随炉冷却至常温。

在上述实施例的基础上，本发明另一实施例中，对于第一金属层4、第二金属层5与所述中心层1之间的连接方式，优选为瞬时液相扩散焊接，即采用比金属箔片作中间夹层，在加热到连接温度时，中间层熔化，在结合面上形成瞬间液膜，在保温过程中，随着低熔点组元向母材的扩散，液膜厚度随之减小直至消失，再经一定时间的保温而使成分均匀化。

在上述实施例的基础上，本发明另一实施例中，壳体内还设有负极12和正极14，如图2所示，负极12设置于电解质13上的上部或电解质13的内部，负极12上还设有用于把负极12引出壳体的负极引流杆11，而正极14则设置于电解质13的下方，更为具体地，正极14的下端与壳体的底部接触，正极14的两侧与绝缘内环10的内侧接触，正极14的上端与电解质13的下端接触。

此结构的中高温电池，相应地，也具有密封装置6所具有的优点，即结构简单、可靠性好，同时还具有适用范围广，易于批量化生产的优点。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。