倾斜的小孔通道8，将所述储钠罐1内部的金属钠4和所述固态电解质陶瓷管3与所述负极集流体7之间的间隙连通；所述电池外壳2和所述固态电解质陶瓷管3之间设置硫电极9。
[0017]所述的负极集流体7为尺寸比固态电解质陶瓷管3内径略小的管材或棒材，材质为铝材、钢材或铜、合金等导电材料；所述的负极集流体7置于固态电解质陶瓷管3内部，上端与储钠罐1连接；所述的金属钠4容纳于储钠罐1内，放电过程中恪融金属钠4通过储钠罐1底部的小孔通道8流出并填充固态电解质陶瓷管3与负极集流体7之间的间隙，流出速度受小孔通道8尺寸控制(根据充放电速度，即金属钠需要的流速设置其尺寸)，充电过程中金属钠4通过固态电解质陶瓷管3进入到固态电解质陶瓷管3与负极集流体7之间的间隙后通过小孔通道8流回至储钠罐1内。
[0018]实施例2
在实施例1的基础上:
优选的，所述固态电解质陶瓷管3与所述负极集流体7之间的间隙的宽度为0.5mm。
[0019]优选的，所述的储钠罐1的顶部设置有用于密封金属钠4的电池顶盖10。
[0020]优选的或者更进一步的，所述的电池外壳2的底部设置有用于密封硫电极9的电池底盖11。
[0021]优选的，所述的固态电解质陶瓷管3的上端开口，下端为密封的圆底或者平底。
[0022]实施例3
在实施例1的基础上:
优选的，所述固态电解质陶瓷管3与所述负极集流体7之间的间隙的宽度为3mm。
[0023]优选的，所述的储钠罐1的顶部设置有用于密封金属钠4的电池顶盖10。
[0024]优选的或者更进一步的，所述的电池外壳2的底部设置有用于密封硫电极9的电池底盖11。
[0025]优选的，所述的固态电解质陶瓷管3的上端开口，下端为密封的圆底或者平底。
[0026]实施例4
在实施例1的基础上:
优选的，所述固态电解质陶瓷管3与所述负极集流体7之间的间隙的宽度为1.8mm。
[0027]优选的，所述的储钠罐1的顶部设置有用于密封金属钠4的电池顶盖10。
[0028]优选的或者更进一步的，所述的电池外壳2的底部设置有用于密封硫电极9的电池底盖11。
[0029]优选的，所述的固态电解质陶瓷管3的上端开口，下端为密封的圆底或者平底。
[0030]实施例5
在实施例1的基础上:
优选的，所述固态电解质陶瓷管3与所述负极集流体7之间的间隙的宽度为2.1mm。
[0031]优选的，所述的储钠罐1的顶部设置有用于密封金属钠4的电池顶盖10。
[0032]优选的或者更进一步的，所述的电池外壳2的底部设置有用于密封硫电极9的电池底盖11。
[0033]优选的，所述的固态电解质陶瓷管3的上端开口，下端为密封的圆底或者平底。
[0034]实施例6
图1为本发明结构的安全钠硫电池结构示意图，其中固态电解质陶瓷管3、储钠罐1、电池外壳2都通过陶瓷绝缘环5连接，组成正负极分开的电池。其主要特点是绝大部分金属钠4都存储在电池顶部的储钠罐1内，金属钠4熔融后通过储钠罐1底部的两个孔径为1_的小孔通道8流出，并填充满负极集流体7与固态电解质陶瓷管3之间的间隙，既能保持固态电解质陶瓷管3内表面一直有充足的钠覆盖，满足正常充放电需要，又可通过间隙大小控制固态电解质陶瓷管3破裂后能够与硫电极9中的单质硫直接接触的金属钠4的量，并可保护顶部的储钠罐1不易受热破坏。
[0035]图3为实物325Ah电池在陶瓷管破坏后电池表面温度变化曲线。图3中DEC2A-100号电池代表以本发明结构组装的一个钠硫电池实例。所述DEC2A-100号电池外壳表面绑定K型热电偶，正负极表面连接电流和电压测试线，放入保温炉中升温至350°C后开始充放电。在一次正常充电至接近充电末期时该电池电压快速下降，并且降温取出后电池外部完整，无泄漏和密封破坏情况，这是电池中固态电解质陶瓷管3破坏导致失效的明显特征，监测其失效前后电池表面温度变化情况能反映电池的安全程度。图3所示的T1为电池外壳中间高度位置测温点所得温度数据，T2为电池外壳顶部(接近金属钠从储钠罐流出点)位置测温点所得温度数据，由图中数据可以看出固态电解质陶瓷管3破坏后该电池表面温度由正常工作温度升高约20°C，最高温度在380°C左右，这一过程的温度升高是由固态电解质陶瓷管3破裂后固态电解质陶瓷管3与负极集流体7之间间隙中的金属钠4与硫直接接触反应释放的热量所导致；随着这一部分金属钠4快速消耗完毕，电池温度平缓下降，然后两次升至400°C左右，这一过程的温度升高是由储钠罐1中的金属钠4缓慢流出与其下面的硫反应释放热量所致。由这一实例中采用本发明结构的钠硫电池在固态电解质陶瓷管3破坏后电池表面温度升高只有50°C左右，不对电池结构件构成破坏，不引起活性物质泄漏和着火等问题，体现了非常高的安全性。
【主权项】
1.一种安全钠硫电池，包括储钠罐(1)、电池外壳(2)以及固态电解质陶瓷管(3)，其特征在于:所述储钠罐(1)中存放有金属钠(4)，所述储钠罐(1)的底部连接有绝缘陶瓷环(5)，所述绝缘陶瓷环(5)的底部连接所述固态电解质陶瓷管(3)的顶部，所述绝缘陶瓷环(5)的外壁通过金属连接件(6)与所述电池外壳(2)的内壁连接；所述固态电解质陶瓷管(3)的内部设置有负极集流体(7)，所述负极集流体(7)的顶部与所述储钠罐(1)连接；所述储钠罐(1)的底部设置有倾斜的小孔通道(8)，将所述储钠罐(1)内部的金属钠(4)和所述固态电解质陶瓷管(3)与所述负极集流体(7)之间的间隙连通；所述电池外壳(2)和所述固态电解质陶瓷管(3)之间设置硫电极(9)。2.根据权利要求1所述的一种安全钠硫电池，其特征在于:所述固态电解质陶瓷管(3)与所述负极集流体(7)之间的间隙的宽度为0.5-3mm。3.根据权利要求1所述的一种安全钠硫电池，其特征在于:所述的储钠罐(1)的顶部设置有用于密封金属钠(4)的电池顶盖(10)。4.根据权利要求1或3所述的一种安全钠硫电池，其特征在于:所述的电池外壳(2)的底部设置有用于密封硫电极(9 )的电池底盖(11)。5.根据权利要求1所述的一种安全钠硫电池，其特征在于:所述的固态电解质陶瓷管(3)的上端开口，下端为密封的圆底或者平底。
【专利摘要】本发明涉及一种安全钠硫电池，属于储能电池技术领域。本发明电池的储钠罐中存放有金属钠，所述储钠罐的底部连接有绝缘陶瓷环，所述绝缘陶瓷环的底部连接所述固态电解质陶瓷管的顶部，所述绝缘陶瓷环的外壁通过金属连接件与所述电池外壳的内壁连接。本发明储钠罐设置在固态电解质陶瓷管上方，使得在电池内部的陶瓷管发生破坏时，能够降低金属钠和硫瞬间剧烈反应的可能性，保持电池外部完整，避免活性物质泄漏、着火。
【IPC分类】H01M2/04, H01M2/02, H01M10/39, H01M10/38
【公开号】CN105390756
【申请号】CN201510817550
【发明人】林久, 唐光盛, 朱睿
【申请人】中国东方电气集团有限公司
【公开日】2016年3月9日
【申请日】2015年11月23日