钠/硫电池外壳一端密封法以及用该法制造的钠/硫电池制造技术

一种包含外壳和密封部件的钠／硫电池。外壳和密封部件均由合成材料构成，合成材料包含一基片和一可变形金属涂层，金属层用机械方法固接于基片。基片构成材料比可变形金属坚固。外壳开口端有一伸出的圆形凸缘。用固相结合法将密封部件固接于圆形凸缘。（*该技术在2010年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术论及钠/硫电池，尤其是钠/硫电池外壳的密封方法。传统的铅酸电池使用电解液-稀释硫酸-分离两个固体电极，钠/硫电池与此不同，使用固体电解质-通常为β-氧化铝-分离两个液体电极，即液体硫电极和液体钠电极。图一为部分剖开的钠/硫电池透视图。图中电池各部分按数字标明顺序说明如下1.外壳，为一直立钢质(也可不是钢质)圆筒，内层涂有防腐铝或铝合金，用作硫电极的终端;2.β-氧化铝固体电解质环圈;3.钠电极4.硫电极，处于外壳与环圈中间。电池温度保持在300℃至400℃之间，使钠电极和硫电极均处于液体状态;5.α-氧化铝绝缘圆盘，封盖固体电解质环圈;6.钢质圆形密封盘，封盖外壳，其内层也涂有防腐铝或铝合金;7.中心终端圆盘，置于5上，必要的联结由焊接连通;8.细长的电流集电极，处于3(钠电极)中，与外壳轴向延伸，通过5与7连接并伸出其外。由于硫本质上不导电，因此在1和2(外壳和环圈)之间须要提供电连接手段，通常用碳纤维网注入硫构成硫电极来达到导电目的。可作如下理解本电池内3与4(钠电极和硫电极)的位置可以互换。本电池必须以5(α-氧化铝圆盘)密封2(β-氧化铝环圈)的开口端，通常使用上釉工艺进行密封。6和7必须固接在5(α-氧化铝圆盘)上，形成密封。由于α-氧化铝在离子和电子状态都是绝缘的，所以要进行扩散结合。6.必须固接在1上，固接的方法是使用电子束、激光或TIG熔焊工艺。使用这些工艺的困难问题是所需的热可能损坏1(外壳)和6(密封圆盘)上的防腐涂层，或在焊接范围内形成热影响区。上述两种可能都会由于电池的电极材料腐蚀作用而比平常更快地造成电池的局部退化。按现有技术(本专利技术之前的技术)制造的钠/硫电池，其外壳和密封部件之间进行气密封合时一直存在困难。本专利技术提供一种使密封部件固接于外壳的钠/硫电池外壳密封方法。外壳和密封部件均由合成材料构成，此种合成材料含金属基片和用机械方式固接于基片上的可变形金属涂层。基片材料比可变形金属坚固。本专利技术所提供的方法为在外壳的开口端上向外伸出一圆形凸缘，用固相结合法将密封部件固接于圆形凸缘，从而密封外壳。在外壳的开口端向外伸出圆形凸缘至少有如下两个优点(1)密封部件固接外壳之处不和电极材料接触，因此，在外壳和密封部件固接过程中对外壳或密封部件的任何损坏或削弱都不会由于电池电极材料的腐蚀作用而加剧;(2)在外壳和密封部件固接过程中必须施加的压力，可以轴向施加。轴向施加压力和使用合成材料(此种材料包括涂于外壳和密封部件的可变形金属涂层)两者兼备，就有可能对外壳和密封部件进行固相结合。这样，外壳和密封部件之间就能构成圆形气密封合。密封部件固接于圆形凸缘后，圆形凸缘以及密封部件与之固接处最好在壳外周围弯伸。圆形凸缘和密封部件的悬空边缘要离开由密封部件密封的外壳一端。在圆形凸缘和密封部件的悬空边缘下方，最好将外壳向内弯曲，使电池整体直径只有外壳的基本直径那样大。可采用下述任何一种固相结合法将密封部件固接于圆形凸缘超声焊接，高速扩散结合(热压)或冷焊。本专利技术第二种解释提供一种由密封部件密封外壳一端的钠/硫电池。外壳和密封部件均由合成材料构成，合成材料含一基片和一可变形金属涂层，该涂层用机械方法固接于基片上。基片材料比可变形金属坚固。外壳一端包含一个向外伸出的圆形凸缘，用固相结合法将密封部件固接于圆形凸缘。本专利技术提供的钠/硫电池中，用固相结合法将外壳和密封部件固接之处不和电池的电极材料接触。因此，电池电极材料的腐蚀作用不会加剧外壳或密封部件的损坏或削弱。圆形凸缘以及密封部件与之固接处，最好在壳外周围弯伸，圆形凸缘和密封部件的悬空边缘要离开上述外壳一端。在圆形凸缘和密封部件的悬空边缘下方，最好将外壳向内弯曲，使电池整体直径只有外壳的基本直径那样大。现仅通过例子并参考附图解释本专利技术如下附图说明图1是已知具断开部分的钠/硫电池透视图;图2为图1电池外壳和密封部件之间连接情况图解;图3为使用本专利技术的方法密封钠/硫电池图解;图4表示图3钠/硫电池的外壳和密封部件作超声焊接的装置示意图;图5和图6为用本专利技术方法密封的钠/硫电池具体情况的进一步图解;图1已作详细说明，不另赘述。图2表示密封部件(6)固接于电池外壳(1)的传统方法。密封部件(6)有一向上的周边凸缘(9)，此凸缘用电子束焊接法固接于外壳的内侧(或用上面说过的激光焊接法或TIG焊接法)。图3表示本专利技术的方法。将密封部件(16)连接于外壳(11)。如图所示，在外壳(11)开口的一端有一向外伸出的圆形凸缘(20)，密封部件(16)在凸缘(20)之上伸出，用超声焊接法与之固接。图3钠/硫电池其他部件与图1图2中钠/硫电池部件相同，因此使用的标志数码也相同。外壳(11)与密封部件(16)均用合成材料构成，此种合成材料含一钢质基片和一可变形金属涂层，例如铝或铝合金，涂层使用机械方法固定于基片。外壳(11)与密封部件(16)的焊接呈圆形，其直径大于外壳(11)直径。如图3所示，焊接处不和电池内包含电极材料的部件接触，因此外壳(11)或密封部件(16)的合成材料在焊接时受到的损坏或削弱不至于因电极材料的腐蚀作用而加剧。外壳(11)和密封材料(16)的焊接或结合是一种固相结合，通过诸如扩散结合法(热压)，超声焊接或冷焊等方法进行。图4表示使用超声焊接法把外壳(11)的凸缘(20)和密封部件连接的装置。图中(21)标示的工作亦即要用超声焊接的两部件，作为两个组成部分分别以(21a)和(21b)标示。(22)为频率发生器，此发生器可产生10KHz至36KHz的输出。用此发生器产生所需频率的高频输出信号。此种信号与一压电晶体(24)配合，该晶体对施加的信号作出反应，在相同频率上发出少量振动。此振动靠超声极(26 sonotrode)传送到工件(21)。圆形超声极(26)按所需大小用淬火钢、钛或其他合适材料制成，其形状便于扩大超声振动并使其焦点调至所需位置。超声振动通过超声极(26)上的锯齿(27)传至上面的组成部件(21a)。当焊接负载(用箭头B表示)施加于工件(21)时，超声极表面的锯齿便嵌入材料，从而把超声振动传送到上面的组成部件(21a)。下面的组成部件置于支座(28)上。支座(28)的锯齿(未在图中显示)使下面的组成部件(21b)固定于其位，因此在焊接时上下两部件(21a，21b)之间便可以发生相对移动。图示的装置使用的是横向驱动超声极，便于使与焊接界面相关的焊嘴动作成为非扭力性的，只使用平移超声振动来产生焊接。麦格罗·希尔书籍公司出版，舒瓦兹(M.M Schwartz)著《金属连接手册》一书对圆形焊接形成有说明。然而过去的方案如描述的那样使用扭力性驱动偶联装置，使焊嘴(锯齿)在与焊接界面(上下部件之间)平行的平面上作扭力性振动位移。与上述非扭力性方法相比，以前的方案缺点是由于扭力损耗而需要较高的能级来产生焊接。作为替换方法，也可以用超声极当作连续缝焊机，焊嘴装在靠近上面部件的位置上，工件相对于超声极转动。如图4所示，上面部件(21a)由钠/硫电池的密封部件(16)构成，下面部件由外壳(11)的圆形凸缘(20)构成。因为密封部件(16)是和外壳(11)的凸缘(20)焊接的，焊接负载可以施加轴向压力。与径向施加压力相比，轴向施加压力比本文档来自技高网...

【技术保护点】
钠／硫电池外壳一端密封的方法，外壳及密封部件由合成材料构成，此种合成材料包含一个基片和一个可变形金属涂层，金属层用机械方法固接于上述基片上，基片构成材料比上述可变形金属坚固，方法包括以下步骤：在上述外壳一端形成一伸出的圆形凸缘，用固相结合法将密封部件固接于圆形凸缘，从而密封了外壳。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：克里斯托弗奥耐尔贝尔，
申请(专利权)人：克劳赖德塞兰特电力公司，
类型：发明
国别省市：GB[英国]