本發(fā)明涉及電池領(lǐng)域，特別涉及一種液態(tài)金屬電池及其密封絕緣裝置。
背景技術(shù)：
目前，風(fēng)力和光伏等發(fā)電技術(shù)由于清潔無污染、可再生等優(yōu)點(diǎn)受到廣泛關(guān)注，但是由于風(fēng)力、太陽能等的強(qiáng)弱變化造成其發(fā)電技術(shù)存在不連續(xù)及穩(wěn)定性差，使其在并網(wǎng)推廣使用時(shí)受到極大限制。但是通過儲能電池的儲能以及輸出能夠?qū)崿F(xiàn)穩(wěn)定發(fā)電從而減少上述新型發(fā)電技術(shù)對電網(wǎng)的沖擊，使得電能利用率大大提高。因此發(fā)展對風(fēng)能、太陽能等能量儲存并平穩(wěn)輸出的大規(guī)模儲能技術(shù)成為電化學(xué)儲能領(lǐng)域重要任務(wù)。
目前主要的儲能技術(shù)有機(jī)械儲能和化學(xué)儲能等。其中物理儲能主要存在有抽水儲能和壓縮空氣儲能等；化學(xué)儲能主要有鉛酸電池、鋰離子電池、全釩液流電池、鈉硫電池、超級電容器和鋰空氣電池等。其中化學(xué)儲能由于其能量轉(zhuǎn)換效率高、成本相對較低而受到研究者的廣泛關(guān)注。但是在大規(guī)模電網(wǎng)儲能應(yīng)用中，這些電池具有電池成本過高、安全性差等問題。比如說鉛酸電池由于其正極活性材料二氧化鉛在充放電過程中易于脫落導(dǎo)致其循環(huán)壽命較短，而全釩液流電池的原材料由于釩具有很高的毒性且資源有限而受到限制，鋰離子電池在大規(guī)模儲能中具有良好的性能，但是其生產(chǎn)成本過高。因而開發(fā)出滿足成本低、循環(huán)壽命長、安全性好以及原材料豐富等特點(diǎn)，而且適合風(fēng)能、太陽能穩(wěn)定儲能、調(diào)節(jié)電網(wǎng)平衡的大規(guī)模電網(wǎng)儲能技術(shù)顯得迫不及待。
近些年來，液態(tài)金屬電池也逐漸走進(jìn)人們生活，這種電池的優(yōu)點(diǎn)包括：廉價(jià)的金屬組成正負(fù)極，無機(jī)鹽作為電解質(zhì)，在200～700℃的工作溫度下液態(tài)的正負(fù)極材料、熔融電解質(zhì)由于彼此間的密度不同以及不相容性而自動分層為自下而上存在的正極、電解質(zhì)和負(fù)極。這種電池具有庫倫效率高、倍率性能好、循環(huán)壽命長、成本低廉等優(yōu)點(diǎn)，適用于解決風(fēng)力、太陽能等發(fā)電并網(wǎng)儲能。
但是，液態(tài)金屬電池在運(yùn)行時(shí)也有其缺陷，由于電池在高溫下工作，因此對密封的要求也較高，如果密封不好會導(dǎo)致電池內(nèi)部電極材料和電解質(zhì)鹽變質(zhì)而導(dǎo)致電池失效，同時(shí)正負(fù)極材料以及電解質(zhì)鹽對正負(fù)極絕緣材料的腐蝕速率非常快，也會導(dǎo)致電池的壽命大大降低。
因此，如何提供一種密封性和耐腐蝕性均較好的、可用于液態(tài)金屬電池的，并能有效延長液態(tài)金屬電池的循環(huán)使用壽命的密封絕緣裝置，以及包括此密封絕緣裝置的液態(tài)金屬電池，成了本領(lǐng)域技術(shù)人員亟需解決的技術(shù)問題。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
基于現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明要解決的問題是：如何提供一種密封性和耐腐蝕性均較好的、可用于液態(tài)金屬電池的，并能有效延長液態(tài)金屬電池的循環(huán)使用壽命的密封絕緣裝置，以及包括此密封絕緣裝置的液態(tài)金屬電池。
為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種密封絕緣裝置，包括頂蓋，所述頂蓋上設(shè)有多個(gè)正極接頭和至少一個(gè)負(fù)極接頭，所述正極接頭與所述負(fù)極接頭絕緣設(shè)置；所述頂蓋中部設(shè)有通孔，所述負(fù)極接頭設(shè)置于所述通孔內(nèi)，所述負(fù)極接頭與所述頂蓋間設(shè)有多個(gè)絕緣部；多個(gè)所述正極接頭均勻分布于所述負(fù)極接頭的外圍，且其一端與所述頂蓋固定連接；所述絕緣部與所述頂蓋及負(fù)極接頭之間均設(shè)有密封件。此結(jié)構(gòu)的密封絕緣裝置，用于液態(tài)金屬電池上時(shí)，由于負(fù)極接頭與頂蓋間設(shè)置多個(gè)絕緣部，絕緣部及負(fù)極之間均設(shè)有密封件，與現(xiàn)有結(jié)構(gòu)的密封絕緣裝置相比，其密封效果和絕緣效果均更為出色，能有效延長液態(tài)金屬電池的循環(huán)使用壽命。
作為本發(fā)明一種密封絕緣裝置在一方面的改進(jìn)，所述負(fù)極接頭包括負(fù)極引出棒，所述負(fù)極引出棒的兩端之間設(shè)有環(huán)狀板，所述環(huán)狀板垂直于所述負(fù)極引出棒設(shè)置。
作為本發(fā)明一種密封絕緣裝置在一方面的改進(jìn)，所述絕緣部包括套設(shè)于所述負(fù)極引出棒上的第一絕緣部，所述第一絕緣部設(shè)置于所述環(huán)狀板與所述頂蓋之間。
作為本發(fā)明一種密封絕緣裝置在一方面的改進(jìn)，所述第一絕緣部的中部設(shè)有凹陷部，所述環(huán)狀板收容于所述凹陷部內(nèi)。
作為本發(fā)明一種密封絕緣裝置在一方面的改進(jìn)，所述密封絕緣裝置還包括壓板，所述壓板套設(shè)于所述負(fù)極引出棒上，并與所述負(fù)極引出棒絕緣，所述壓板的外圍設(shè)有多個(gè)用于連接正極接頭的連接部。
作為本發(fā)明一種密封絕緣裝置在一方面的改進(jìn)，所述絕緣部還包括套設(shè)于所述負(fù)極引出棒上的第二絕緣部，所述第二絕緣部設(shè)置于所述環(huán)狀板與所述壓板之間，且其部分置于所述凹陷部內(nèi)。
作為本發(fā)明一種密封絕緣裝置在一方面的改進(jìn)，所述第一絕緣部和第二絕緣部的材質(zhì)為陶瓷、無機(jī)鹽、膠粘劑等其中的一種或一種以上。
作為本發(fā)明一種密封絕緣裝置在一方面的改進(jìn)，所述陶瓷為氧化鋯、氧化鋁、氮化鋁、氮化硼、碳化硅等結(jié)構(gòu)陶瓷其中的一種或多種；所述無機(jī)鹽為氟化鋰、氯化鋰、溴化鋰、碘化鋰、碘化鋰、氯化鉀、氯化鈣、氯化鈉等鹵化物鹽中的一種；所述無機(jī)鹽的前處理過程包括在Ar、N2及惰性氣氛下，在0℃～1000℃保溫0～24小時(shí)；所述膠粘劑為丙烯酸、環(huán)氧、聚氨酯、氧化銅、氧化鋁中的一種或者一種以上。
作為本發(fā)明一種密封絕緣裝置在一方面的改進(jìn)，所述膠粘劑的成分包括兩種時(shí)，其比例范圍為(0.1：2)～(2：0.1)；所述膠粘劑的預(yù)處理溫度介于40～800℃。
作為本發(fā)明一種密封絕緣裝置在一方面的改進(jìn)，所述密封件包括第一密封圈，所述第一密封圈設(shè)置于所述第一絕緣部與所述頂蓋之間。
作為本發(fā)明一種密封絕緣裝置在一方面的改進(jìn)，所述密封件包括第二密封圈，所述第二密封圈設(shè)置于所述環(huán)狀板與所述第一絕緣部之間。
另一方面，本發(fā)明還提出一種液態(tài)金屬電池，包括殼體和設(shè)置于殼體端部的密封絕緣裝置，所述殼體和密封絕緣裝置圍合成密閉空腔，所述密封絕緣裝置為如上任一項(xiàng)所述的密封絕緣裝置。
作為本發(fā)明一種密封絕緣裝置在一方面的改進(jìn)，所述殼體內(nèi)還設(shè)有導(dǎo)電坩堝，所述頂蓋的下部抵持于所述導(dǎo)電坩堝的上端，所述頂蓋的端部抵持于所述殼體的頂部內(nèi)側(cè)。
作為本發(fā)明一種密封絕緣裝置在一方面的改進(jìn)，所述導(dǎo)電坩堝內(nèi)還設(shè)有電解質(zhì)、正極和負(fù)極，所述負(fù)極還包括負(fù)極集流體，所述負(fù)極引出棒的下端插設(shè)于所述負(fù)極上。
作為本發(fā)明一種密封絕緣裝置在一方面的改進(jìn)，所述負(fù)極集流體的材質(zhì)為多孔泡沫金屬；所述正極的材質(zhì)為堿或堿土金屬合金；所述負(fù)極的材質(zhì)為堿金屬、鎂，或者鎂與鈣的金屬合金；所述電解質(zhì)為低熔點(diǎn)無機(jī)鹽混合物，或者低熔點(diǎn)無機(jī)鹽混合物和陶瓷粉末的共混物。
附圖說明
構(gòu)成本發(fā)明的一部分的附圖用來提供對本發(fā)明的進(jìn)一步理解，本發(fā)明的示意性實(shí)施例及其說明用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對本發(fā)明的不當(dāng)限定。
圖1為本發(fā)明一種液態(tài)金屬電池的剖面示意圖。
1殼體 2導(dǎo)電坩堝 3正極
4電解質(zhì) 5負(fù)極 6負(fù)極引出棒
7頂蓋 8第一絕緣部 9第二絕緣部
10第一密封圈 11第二密封圈 12第一墊片
13第二墊片 14螺帽 15壓板
16環(huán)狀板
具體實(shí)施方式
需要說明的是，在不沖突的情況下，本發(fā)明中的實(shí)施例及實(shí)施例中的特征可以相互組合。下面將參考附圖并結(jié)合實(shí)施例來詳細(xì)說明本發(fā)明。
本發(fā)明實(shí)施例如下，如圖1所示的密封絕緣裝置，包括頂蓋7，頂蓋7上設(shè)有多個(gè)正極接頭和至少一個(gè)負(fù)極接頭，并且，正極接頭與負(fù)極接頭之間絕緣設(shè)置。更為具體地，頂蓋7的中部設(shè)有一個(gè)通孔，負(fù)極接頭設(shè)置于通孔內(nèi)，多個(gè)正極接頭則均勻地分布于負(fù)極接頭的外圍，正極接頭的下端與頂蓋7的上表面固定連接，或?yàn)橐惑w式結(jié)構(gòu)。同時(shí)，為防止頂蓋7與負(fù)極接頭短路，負(fù)極接頭與頂蓋7之間還設(shè)有多個(gè)絕緣部。為提高密封絕緣裝置的密封效果，絕緣部與負(fù)極接頭之間均設(shè)置一個(gè)或多個(gè)密封件。此結(jié)構(gòu)的密封絕緣裝置，用于液態(tài)金屬電池上時(shí)，由于負(fù)極接頭與頂蓋7間設(shè)置多個(gè)絕緣部，絕緣部及負(fù)極5之間均設(shè)有密封件，與現(xiàn)有結(jié)構(gòu)的密封絕緣裝置相比，其密封效果和絕緣效果均更為出色，能有效延長液態(tài)金屬電池的循環(huán)使用壽命。
在上述實(shí)施例的基礎(chǔ)上，本發(fā)明另一實(shí)施例中，如圖1所示，負(fù)極接頭包括負(fù)極引出棒6，負(fù)極引出棒6豎直設(shè)置，負(fù)極引出棒6的兩端之間還設(shè)有環(huán)狀板16，環(huán)狀板16垂直負(fù)極引出棒6的中心線設(shè)置。需要說明的是，環(huán)狀板16與負(fù)極引出棒6之間可以為焊接式固定連接，還可以為一體鑄造成型結(jié)構(gòu)，在此不作具體限定。
在上述實(shí)施例的基礎(chǔ)上，本發(fā)明另一實(shí)施例中，如圖1所示，對于絕緣部，具體包括套設(shè)于負(fù)極引出棒6上的第一絕緣部8，更為具體地，第一絕緣部8設(shè)置于負(fù)極引出棒6的下部，即環(huán)狀板16以下，置于環(huán)狀板16與頂蓋7之間。
在上述實(shí)施例的基礎(chǔ)上，本發(fā)明另一實(shí)施例中，如圖1所示，第一絕緣部8的中部設(shè)有凹陷部，類似于圓形餐碟結(jié)構(gòu)，中部下凹，碟口向外伸展，并抵持于正極接頭上，環(huán)狀板16則全部收容于凹陷部內(nèi)。
在上述實(shí)施例的基礎(chǔ)上，本發(fā)明另一實(shí)施例中，如圖1所示，密封絕緣裝置還包括壓板15，壓板15套設(shè)于負(fù)極引出棒6的上部，即環(huán)狀板16之上，同時(shí)，由于壓板15的外圍還設(shè)有多個(gè)用于連接正極接頭的連接部，因此，為防止正極3與負(fù)極5接觸，壓板15與負(fù)極引出棒6之間絕緣設(shè)置。需要說明的是，連接部具體可包括設(shè)置于壓板15上多個(gè)連接孔，連接孔均勻分布于外圍，連接孔內(nèi)設(shè)有連接件，通過連接件把壓板15可拆卸地固定設(shè)置于正極接頭上，連接件優(yōu)選為螺栓、螺帽14或螺絲，此外，為增加連接的可靠性，防止連接件松脫，連接件與壓板15之間還可設(shè)置第一墊片12和第二墊片13，第一墊片12和第二墊片13重疊設(shè)置。
在上述實(shí)施例的基礎(chǔ)上，本發(fā)明另一實(shí)施例中，如圖1所示，絕緣部還包括套設(shè)于負(fù)極引出棒6上的第二絕緣部9，更為具體地，第二絕緣部9設(shè)置于環(huán)狀板16與壓板15之間，并且，第二絕緣部9的下部置于凹陷部內(nèi)，壓板15則套設(shè)于第二絕緣部9的上部。此設(shè)置方式，從結(jié)構(gòu)上徹底阻斷了壓板15與負(fù)極引出棒6的物理接觸，有效降低了短路發(fā)生的可能性。
在上述實(shí)施例的基礎(chǔ)上，本發(fā)明另一實(shí)施例中，對于第一絕緣部8和第二絕緣部9的材質(zhì)，優(yōu)選兩者的材質(zhì)相同，且為陶瓷、無機(jī)鹽、膠粘劑等其中的一種或一種以上。
在上述實(shí)施例的基礎(chǔ)上，本發(fā)明另一實(shí)施例中，上述陶瓷，優(yōu)選為氧化鋯、氧化鋁、氮化鋁、氮化硼、碳化硅等結(jié)構(gòu)陶瓷其中的一種或多種；上述無機(jī)鹽，優(yōu)選為氟化鋰、氯化鋰、溴化鋰、碘化鋰、碘化鋰、氯化鉀、氯化鈣、氯化鈉等鹵化物鹽中的一種，并且進(jìn)行或不進(jìn)行前處理，同時(shí)，無機(jī)鹽的前處理過程包括在Ar、N2及其他惰性氣氛下，在0℃～1000℃保溫0～24小時(shí)；對于膠粘劑，優(yōu)選為丙烯酸、環(huán)氧、聚氨酯、氧化銅、氧化鋁等其中的一種或者一種以上。
在上述實(shí)施例的基礎(chǔ)上，本發(fā)明另一實(shí)施例中，更進(jìn)一步地，當(dāng)膠粘劑的成分包括兩種時(shí)，兩種成分的比例范圍為(0.1：2)～(2：0.1)；并且，膠粘劑的預(yù)處理溫度介于40～800℃。
在上述實(shí)施例的基礎(chǔ)上，本發(fā)明另一實(shí)施例中，如圖1中所示，對于密封件，具體包括第一密封圈10、第一密封圈10設(shè)置于所述第一絕緣部8與頂蓋7之間。更為具體地，壓板15的上表面開設(shè)有第一密封槽，第一密封圈10設(shè)置于第一密封槽內(nèi)。
在上述實(shí)施例的基礎(chǔ)上，本發(fā)明另一實(shí)施例中，如圖1所示，對于密封件，還包括第二密封圈11、第二密封圈11設(shè)置于環(huán)狀板16與第一絕緣部8之間。更為具體地，環(huán)狀板16的下表面上開設(shè)有第二密封槽，第二密封圈11設(shè)置于第二密封槽內(nèi)。對于第一密封圈10和第二密封圈11，可以起到較好的密封作用，有效防止電解液等液體泄漏。此外，第一密封圈10的材質(zhì)可以多種多樣，優(yōu)選為不銹鋼，且其截面形狀為圓環(huán)形。
另一方面，本發(fā)明還提出一種液態(tài)金屬電池，包括側(cè)面和底面封閉，頂部敞開設(shè)置的殼體1，以及設(shè)置于殼體1端部的密封絕緣裝置，如圖1所示，殼體1與密封絕緣裝置圍合成一個(gè)密封空腔，述密封絕緣裝置具體為如上所述的述密封絕緣裝置。
在上述實(shí)施例的基礎(chǔ)上，本發(fā)明另一實(shí)施例中，如圖1所示，殼體1內(nèi)還設(shè)有導(dǎo)電坩堝2，密封絕緣裝置的頂蓋7的下部抵持于導(dǎo)電坩堝2的上端，頂蓋7的端部則抵持于殼體1的頂部內(nèi)側(cè)，并通過焊接等連接方式把頂蓋7和殼體1固定連接在一起，并形成一個(gè)完全密閉的空腔結(jié)構(gòu)。
在上述實(shí)施例的基礎(chǔ)上，本發(fā)明另一實(shí)施例中，如圖1所示，導(dǎo)電坩堝2內(nèi)還設(shè)有電解質(zhì)4、正極3和負(fù)極5，負(fù)極5包括負(fù)極集流體，并且負(fù)極引出棒6的下端插設(shè)于負(fù)極5上，并通過負(fù)極引出棒6把電流引出殼體1外。
在上述實(shí)施例的基礎(chǔ)上，本發(fā)明另一實(shí)施例中，對于負(fù)極集流體的材質(zhì)，優(yōu)選為多孔泡沫金屬。對于正極3的材質(zhì)，優(yōu)選為堿或堿土金屬合金；而對于負(fù)極5的材質(zhì)，則優(yōu)選為堿金屬、鎂，或者鎂與鈣的金屬合金；對于電解質(zhì)4，在一種實(shí)施例中，可以為低熔點(diǎn)無機(jī)鹽混合物，在其它實(shí)施例中，還可以為低熔點(diǎn)無機(jī)鹽混合物和陶瓷粉末的共混物。
此外，對于殼體1、負(fù)極引出棒6、頂蓋7、壓板15、第一墊片12、第二墊片13及螺帽14的材質(zhì)均優(yōu)選為不銹鋼。
上述結(jié)構(gòu)的液態(tài)金屬電池，與現(xiàn)有結(jié)構(gòu)的液態(tài)金屬電池相比，其密封絕緣裝置是液態(tài)金屬電池長循環(huán)壽命的保證，密封絕緣裝置在保持液態(tài)金屬電池低成本的基礎(chǔ)上，能夠有效保證電池的密封性，同時(shí)，還能有效抑制液態(tài)金屬電池內(nèi)部電化學(xué)材料對正、負(fù)極之間絕緣部的腐蝕，進(jìn)而防止正、負(fù)極由于短路而失效，同時(shí)防止液態(tài)金屬電池密封失效，因此大大提高了液態(tài)金屬電池的循環(huán)壽命。
以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。