本發(fā)明涉及一種鈉硫電池負(fù)極的封裝方法。

背景技術(shù)：

鈉硫電池是一種以硫磺為正極活性物質(zhì)，金屬鈉為負(fù)極活性物質(zhì)，以β″-氧化鋁電解質(zhì)陶瓷管為電解質(zhì)隔膜的儲能電池。鈉硫電池在300～330℃工作溫度下，鈉離子透過電解質(zhì)隔膜與硫磺之間發(fā)生可逆反應(yīng)，形成能量的釋放和儲存。作為負(fù)極活性材料的金屬鈉，由于具有強(qiáng)腐蝕性，且極易發(fā)生燃燒甚至爆炸，因此，在鈉硫電池中，需要盡可能有效提高金屬鈉的利用率。在我國前期開發(fā)的鈉硫電池中，在電解質(zhì)陶瓷管內(nèi)通過毛細(xì)作用來增大金屬鈉與電解質(zhì)陶瓷管內(nèi)表面的接觸面積，且在進(jìn)行口部封裝時(shí)采用在手套箱內(nèi)惰性氣氛環(huán)境下封裝，封裝時(shí)為微正壓。

通過毛細(xì)作用提高鈉硫電池內(nèi)鈉的利用效率，難以保證鈉硫電池性能的一致性。此外，該封裝工藝要求鈉硫電池負(fù)極在冷態(tài)，即常溫下為微正壓，當(dāng)在鈉硫電池處于運(yùn)行溫度下，壓力可達(dá)約2個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓，鈉硫電池長期在較高的氣壓下運(yùn)行，鈉硫電池負(fù)極的各封接部位會產(chǎn)生應(yīng)力，大大降低鈉硫電池的壽命。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種鈉硫電池負(fù)極的封裝方法，其可以確保鈉硫電池產(chǎn)品性能的一致性，延長鈉硫電池的使用壽命。

實(shí)現(xiàn)上述目的的一種技術(shù)方案是：一種鈉硫電池負(fù)極的封裝方法，用于將包括電解質(zhì)陶瓷管、安全管和負(fù)極密封蓋的注鈉件和負(fù)極極耳，封接在一起，包括下列步驟：

注鈉步驟：在真空條件下將液態(tài)金屬鈉注入所述注鈉件中，并通過毛細(xì)作用，使液態(tài)金屬鈉充滿位于所述安全管和所述電解質(zhì)陶瓷管之間的反應(yīng)腔室；

焊接固定步驟：將所述注鈉件以及所述負(fù)極極耳，與真空焊接箱內(nèi)的焊接夾具固定；

抽真空步驟：先將所述真空焊接箱內(nèi)的氣壓抽真空至10Pa以下，再向所述真空焊接箱內(nèi)補(bǔ)充惰性氣體至，使所述真空焊接箱內(nèi)的氣壓不超過2×10⁴Pa；

焊接步驟：使所述負(fù)極極耳的底面與所述負(fù)極密封蓋的頂面同軸受力貼合，沿著所述負(fù)極極耳和所述負(fù)極密封蓋外圓周之間的環(huán)形間隙進(jìn)行激光焊接，將所述負(fù)極極耳與所述負(fù)極密封蓋固定，形成鈉硫電池負(fù)極；

泄壓步驟：對所述真空焊接箱泄真空，打開所述真空焊接箱的箱門，取出鈉硫電池負(fù)極。

進(jìn)一步的，所述注鈉步驟中，液態(tài)金屬鈉通過插接在所述負(fù)極密封蓋中心的中心孔中的注鈉針，注入所述注鈉件。

進(jìn)一步的，所述注鈉步驟中，液態(tài)金屬鈉在惰性氣體的氣氛中進(jìn)行冷卻。

進(jìn)一步的，所述焊接固定步驟中，所述注鈉件固定在所述焊接夾具的下夾具中，所述負(fù)極極耳由所述焊接夾具的上夾頭夾持。

進(jìn)一步的，所述焊接步驟中，所述真空焊接箱內(nèi)的氣壓保持恒定。

再進(jìn)一步的，所述焊接步驟中，通過同時(shí)進(jìn)行的真空泵的抽氣以及惰性氣體輸入泵的充氣，來保持所述真空焊接箱內(nèi)的氣壓的恒定的。

更進(jìn)一步的，焊接步驟結(jié)束，所述真空泵和所述惰性氣體輸入泵同步關(guān)閉。

采用了本發(fā)明的一種鈉硫電池負(fù)極的封裝方法的技術(shù)方案，用于將包括電解質(zhì)陶瓷管、安全管和負(fù)極密封蓋的注鈉件和負(fù)極極耳，封接在一起，包括下列步驟：注鈉步驟：在真空條件下將液態(tài)金屬鈉注入所述注鈉件中，并通過毛細(xì)作用，使液態(tài)金屬鈉充滿位于所述安全管和所述電解質(zhì)陶瓷管之間的反應(yīng)腔室；焊接固定步驟：將所述注鈉件以及所述負(fù)極極耳，與真空焊接箱內(nèi)的焊接夾具固定；抽真空步驟：先將所述真空焊接箱內(nèi)的氣壓抽真空至10Pa以下，再向所述真空焊接箱內(nèi)補(bǔ)充惰性氣體至，使所述真空焊接箱內(nèi)的氣壓不超過2×10⁴Pa；焊接步驟：使所述負(fù)極極耳的底面與所述負(fù)極密封蓋的頂面同軸受力貼合，沿著所述負(fù)極極耳和所述負(fù)極密封蓋外圓周之間的環(huán)形間隙進(jìn)行激光焊接，將所述負(fù)極極耳與所述負(fù)極密封蓋固定，形成鈉硫電池負(fù)極；泄壓步驟：對所述真空焊接箱泄真空，打開所述真空焊接箱的箱門，取出鈉硫電池負(fù)極。其技術(shù)效果是：一是可有效保證鈉硫電池負(fù)極中金屬鈉與電解質(zhì)陶瓷管接觸面積的一致性，二是可以保證鈉硫電池在運(yùn)行溫度時(shí)，鈉硫電池負(fù)極內(nèi)部的壓力仍為負(fù)壓，保證鈉硫電池負(fù)極內(nèi)部壓力的一致性，從而有效避免了鈉硫電池受熱應(yīng)力而封裝失效，因此確保了鈉硫電池產(chǎn)品性能的一致性，延長鈉硫電池的使用壽命。

附圖說明

圖1為注鈉件的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本發(fā)明的一種鈉硫電池負(fù)極的封裝方法中注鈉步驟的操作示意圖。

圖3為本發(fā)明的一種鈉硫電池負(fù)極的封裝方法中焊接步驟的操作示意圖。

圖4為封裝完成后鈉硫電池負(fù)極的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

請參閱圖1，本發(fā)明的發(fā)明人為了能更好地對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行理解，下面通過具體地實(shí)施例，并結(jié)合附圖進(jìn)行詳細(xì)地說明：

鈉硫電池負(fù)極包括注鈉件和負(fù)極極耳9。所述注鈉件包括電解質(zhì)陶瓷管1和同軸套接在電解質(zhì)陶瓷管1徑向內(nèi)側(cè)的安全管2。電解質(zhì)陶瓷管1的頂端為開口端，封接有陶瓷絕緣環(huán)3。安全管2的頂部通過負(fù)極密封蓋8封閉。負(fù)極密封蓋8的徑向中心設(shè)有用于注鈉的中心孔81。陶瓷絕緣環(huán)3的頂面與負(fù)極密封蓋8的外圓周之間通過負(fù)極封接環(huán)5連接。負(fù)極封接環(huán)5將電解質(zhì)陶瓷管1和安全管2徑向之間的反應(yīng)腔室封閉。沿著陶瓷絕緣環(huán)3的底面和外圓周面,封接正極封接環(huán)4。安全管2和所述反應(yīng)腔室中均存儲有液態(tài)金屬鈉，其中所述反應(yīng)腔室中的液態(tài)金屬鈉可透過電解質(zhì)陶瓷管1,與正極的液態(tài)硫磺發(fā)生反應(yīng)。安全管2的底部設(shè)有可將安全管2與所述反應(yīng)腔室連通的底部通孔21。

本發(fā)明的一種鈉硫電池負(fù)極的封裝方法，包括下列步驟:

注鈉步驟：在真空箱內(nèi)對待注鈉的注鈉件進(jìn)行真空注鈉，在真空箱內(nèi)，將注鈉針10插入負(fù)極密封蓋8的中心孔81中，液態(tài)金屬鈉從中心孔81注入安全管2，并通過安全管2底部的底部小孔21，進(jìn)入由安全管2、電解質(zhì)陶瓷管1、陶瓷絕緣環(huán)3、負(fù)極封接環(huán)5和負(fù)極密封蓋8所圍成的反應(yīng)腔室中，并通過氣壓作用充滿所述反應(yīng)腔室。剩余液態(tài)金屬鈉填充安全管2內(nèi)，并將安全管2和所述反應(yīng)腔室內(nèi)的空氣排出。

為防止液態(tài)金屬鈉的氧化，所述真空箱內(nèi)的氣氛必須為惰性氣氛，液態(tài)金屬鈉也必須在惰性氣氛中冷卻。

焊接固定步驟：待所述反應(yīng)腔室和安全管2內(nèi)的液態(tài)金屬鈉凝固后，將注鈉件與負(fù)極極耳9一起放入真空焊接箱，并用焊接夾具固定。所述注鈉件由所述焊接夾具的下夾具固定，負(fù)極極耳9由所述焊接夾具的上夾頭夾持。

抽真空步驟：關(guān)閉所述真空焊接箱的箱門，對所述真空焊接箱抽真空。

先采用真空泵對所述真空焊接箱抽真空，將安全管2內(nèi)的空氣從負(fù)極密封蓋8中心的中心孔81抽出，當(dāng)所述真空焊接箱內(nèi)的氣壓降至10Pa以下時(shí)，關(guān)閉所述真空泵，通過惰性氣體輸入泵向所述真空焊接箱內(nèi)補(bǔ)充惰性氣氛至2×10⁴Pa。

焊接步驟：所述上夾頭夾持的負(fù)極極耳9下降，使負(fù)極極耳9的底面與負(fù)極密封蓋8的頂面同軸受力貼合，負(fù)極極耳9的接線柱91位于中心孔81的正上方，沿著負(fù)極極耳9和負(fù)極密封蓋8外圓周之間的環(huán)形間隙進(jìn)行激光焊接，將負(fù)極極耳9和負(fù)極密封蓋8固定。

激光焊接過程中，所述真空泵的抽氣和所述惰性氣體輸入泵補(bǔ)充惰性氣體同時(shí)進(jìn)行，通過使用所述真空泵和所述惰性氣體輸入泵上的流量調(diào)節(jié)閥，使得所述真空焊接箱內(nèi)的氣壓在2×10⁴Pa保持恒定至焊接結(jié)束，激光焊接完畢，所述真空泵和所述惰性氣體輸入泵同步自動(dòng)關(guān)閉。

泄壓步驟：對所述真空焊接箱泄真空，打開所述真空焊接箱的箱門，取出鈉硫電池負(fù)極。

惰性氣體包括氮?dú)?、氬氣、氦氣等?/p>

本發(fā)明的一種鈉硫電池負(fù)極的封裝方法，先將液態(tài)金屬鈉在真空條件下注入注鈉件，并充滿所述注鈉件中位于電解質(zhì)陶瓷管1和安全管2之間的反應(yīng)腔室，剩余的液態(tài)金屬鈉填充在安全管2內(nèi)，這樣的操作可有效保證金屬鈉與電解質(zhì)陶瓷管1接觸面積的一致性，可有效保證鈉硫電池性能的一致性，

待液態(tài)金屬鈉冷卻凝固后將注鈉件放入真空激光焊接箱內(nèi)，通過先對真空焊接箱抽真空至10Pa，再補(bǔ)充對性氣體，使所述真空焊接箱內(nèi)的氣壓不超過2×10⁴Pa，在此負(fù)壓下對負(fù)極極耳9和負(fù)極密封蓋8進(jìn)行激光焊接，從而實(shí)現(xiàn)鈉硫電池負(fù)極的可靠有效封裝。這樣可以保證鈉硫電池在運(yùn)行溫度時(shí)，鈉硫電池負(fù)極內(nèi)部的壓力仍為負(fù)壓，保證鈉硫電池負(fù)極內(nèi)部壓力的一致性，從而有效避免了鈉硫電池受熱應(yīng)力而封裝失效?？杀ＷC鈉硫電池產(chǎn)品性能的一致性，延長鈉硫電池的使用壽命。

本技術(shù)領(lǐng)域中的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)認(rèn)識到，以上的實(shí)施例僅是用來說明本發(fā)明，而并非用作為對本發(fā)明的限定，只要在本發(fā)明的實(shí)質(zhì)精神范圍內(nèi)，對以上所述實(shí)施例的變化、變型都將落在本發(fā)明的權(quán)利要求書范圍內(nèi)。