一种密封绝缘防腐系统及储能电池的制作方法

本实用新型涉及储能电池领域，特别涉及一种密封绝缘防腐系统及储能电池。

背景技术：

在现有的电化学储能技术中，中高温储能电池如钠硫电池、液态金属电池等储能技术具有无污染、高能量效率、灵活的功率和能量搭配输出等特征以及长寿命、低维护成本等优点，是应用前景非常好的储能技术。

中高温电池的电极材料多采用锂、钠等碱性金属中的一种或多种，电池在中高温环境下(150℃～750℃之间)工作时，电极材料或电解质材料存在熔融或汽化的可能。上述电极材料或电解质材料在室温时就极具活性，随着温度升高，其还原性能呈指数级增大。这对电池密封装置的设计提出了极高要求。

应用于电池正负极之间的密封装置，需同时具有密封(防止锂、钠及其合金等电池内部有效成分泄露)、防腐(装置自身需具有防腐效果，避免其被电池内锂、钠及其合金等腐蚀，导致有效活性成分含量减少或者被腐蚀区电绝缘性下降)和绝缘(在使用温度区间内，采用的绝缘材料在电池正负极间的体积电导率应大于10⁷Ω/cm)功能。另外，密封防腐绝缘装置需要小型化，使其应用于电池时达到提升电池体积能量密度的目的。

在有关中高温电池的密封设计中，多数采用装配的原理实现密封，如“一种液态金属电池装置”(申请号201420780918.8)、“半液态金属电极储能电池”(申请号201310131587.5)等专利中采用的绝缘陶瓷管绝缘为加装或者紧固的方式，密封性得不到保障，且上述专利的电池结构复杂，体积庞大。

再比如，“一种液态金属电池装置及其装配方法”(申请号201410350077.1)“中高温密封绝缘防腐系统、中高温储能电池及装配方法”等专利中提到了“采用密封绝缘陶瓷件将金属电流引出杆的顶端与电池壳体紧固”实现密封和绝缘，陶瓷仅紧固在金属电流引出杆上，故该密封方式不能满足中高温电池在高温下苛刻的密封要求(常温紧固时可能实现密封，但在高温下因材料膨胀系数差异导致陶瓷紧固件与紧固基体的热胀冷缩量不同，因此不能达到有效密封)。

还有从密封材料方面进行改进，例如“一种用于高温储能电池的密封材料及制备”(申请号201310702834.2)专利中提到了用CaAl2S4作为密封剂，用氧化铝等粉末+粘结剂构成一种高温储能电池的密封材料，需要用CaAl2S4作为密封剂，并混用粉末状物质高温热处理来实现密封，过程复杂。

综上所述，如何提供一种经济性、实用性以及密封效果、耐高温性和耐腐蚀性均较好的密封绝缘防腐系统及包括该密封绝缘防腐系统储能电池，成了本领域技术人员亟需解决的技术问题。

技术实现要素：

本实用新型要解决的技术问题是：提供一种经济性、实用性以及密封效果、耐高温性和耐腐蚀性均较好的密封绝缘防腐系统及包括该密封绝缘防腐系统储能电池。

本实用新型的解决方案是这样实现的：本实用新型提出一种密封绝缘防腐系统，包括用于引出电流的金属棒，所述金属棒的外围设有绝缘部和液封底座，所述液封底座设置于所述绝缘部的一侧，所述液封底座靠近绝缘部一侧设有折边，且与所述绝缘部密闭接触，并在金属棒与液封底座之间形成密封空腔，所述密封空腔内装盛有防腐料，所述绝缘部与所述液封底座之间还设有可起导电作用的盖板，所述盖板的一端插设于所述密封空腔内，所述盖板的另一端伸出所述密封空腔外。此结构的密封绝缘防腐系统，可在750度的极端高温下工作，运用于储能电池时，由于密封空腔内的防腐料浸没电池壳体内陶瓷部分，避免了电池壳体内活性物质与绝缘陶瓷管的接触，从而保证电池正常工作时电极和与其连接的设备之间的绝缘性、密封性和防腐性，有效提升了设备整体的安全性。

本实用新型的另一技术方案在于在上述基础之上，所述绝缘部为陶瓷管，所述陶瓷管固定设置于所述金属棒上，所述陶瓷管与所述盖板之间还设有起密封作用的第一封接环。此设置方式，在陶瓷管与盖板之间设置第一封接环，可以起到较好的密封作用，防止密封空腔内的防腐料从陶瓷管与盖板之间的缝隙泄漏，以及防止盖板和液封底座接触而发生短路。

本实用新型的另一技术方案在于在上述基础之上，所述第一封接环套设于所述陶瓷管上，且其边缘向一侧翻卷形成第一卷边，所述第一卷边与的盖板密封接触。此设置方式，第一封接环设有与盖板密封接触的第一卷边，其密封效果更好。

本实用新型的另一技术方案在于在上述基础之上，所述密封绝缘防腐系统还包括防溢盖，所述防溢盖盖设于所述液封底座的折边上，且所述防溢盖的内侧与所述盖板密封接触。此设置方式，通过在盖板与液封底座之间设置防溢盖，可有效防止防腐料从液封底座与盖板之间泄漏。

本实用新型的另一技术方案在于在上述基础之上，所述金属棒上还套设有第二封接环，所述第二封接环的一端抵持于所述陶瓷管上，并与陶瓷管密封接触。此设置方式，通过在金属棒与陶瓷管之间设置第二封接环，进一步提高了金属棒与陶瓷管的密封效果。

本实用新型的另一技术方案在于在上述基础之上，所述第二封接环靠近陶瓷管的一端向外翻卷形成第二卷边，所述第二卷边与所述陶瓷管密封接触。此设置方式，可有效提高陶瓷管与第二封接环的密封性。

本实用新型的另一技术方案在于在上述基础之上，所述盖板包括置于凸起部和与凸起部成一体的折弯部，所述凸起部置于所述密封空腔内，且与所述液封底座之间保留预定间隙，所述折弯部置于密封空腔外。

本实用新型的另一技术方案在于在上述基础之上，所述陶瓷管、金属棒、第一封接环和第二封接环的表面为粗糙度介于1.2至2.4的平面或曲面，所述陶瓷管、金属棒、第一封接环和第二封接环的位置固定后，在氢气氛保护下用金属化工艺进行高温处理，实现陶瓷管、金属棒、第一封接环和第二封接环间的连接

本实用新型的另一技术方案在于在上述基础之上，所述防溢盖为的材质为耐电池正负极材料和电解质材料腐蚀的氧化铍、氮化硼、氮化铝、氮化硅、金刚石、单晶硅、多晶硅和碳化硅中的一种或一种以上。

本实用新型的另一技术方案在于在上述基础之上，所述防腐料为氟化钠、氟化钾、氟化锂、氟化镁、氯化钠、氯化镁、氯化钾、溴化锂和锂酸铝中的一种或一种以上，所述防腐料的熔点介于150℃～750℃。

本实用新型的另一技术方案在于在上述基础之上，所述陶瓷管为玻璃、氧化铝陶瓷、氧化锆陶瓷、氧化镁陶瓷和刚玉陶瓷中的一种。

本实用新型的另一技术方案在于在上述基础之上，所述第一封接环和第二封接环为铁镍合金、铁镍钴合金、铁镍铬合金和铁铬合金中的一种。

本实用新型的另一技术方案在于在上述基础之上，所述金属棒为铝棒、铜棒、镍棒、钨棒、钛棒、钽棒、铂金棒、不锈钢棒中的一种或几种组成的合金。

另一方面，本实用新型还提出一种储能电池，包括电池壳体和设置于电池壳体上的密封绝缘防腐系统，所述密封绝缘防腐系统为根据权利要求1至13中任一项所述的密封绝缘防腐系统。

本实用新型的另一技术方案在于在上述基础之上，所述密封绝缘防腐系统通过盖板与所述电池壳体固定连接；所述储能电池以金属锂、金属钠或者锂钠合金为负极、且其工作温度在100～750℃。

附图说明

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

图1为本实用新型一种密封绝缘防腐系统的剖视示意图；

图2为储能电池的剖视示意图。

附图标记对应关系为：

1金属棒 2陶瓷管 3第一封接环

4第二封接环 5盖板 6防溢盖

7液封底座 8防腐料 9凸起部

10电池壳体 11第一卷边 12第二卷边

13折边

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型进行详细描述，本部分的描述仅是示范性和解释性，不应对本实用新型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。

本实用新型实施例如下，请参见图1和图2所示的密封绝缘防腐系统，包括用于引出电流的金属棒1，金属棒1竖直设置，金属棒1的外围分别固定设置绝缘部和液封底座7，液封底座7设置于绝缘部一侧，即图1中所示的上下位置关系，液封底座7靠近绝缘部的一侧，即其上部设有向上折起的折边13，并与绝缘部密闭接触，在金属棒1与液封底座7之间形成密封空腔，密封空腔用于装盛防腐料8，绝缘部与液封底座7之间还设有可起导电作用的盖板5，盖板5优选为金属盖板5，盖板5的一端插入密封空腔内，并与防腐料8接触，而盖板5的另一端则伸出密封空腔外。此结构的密封绝缘防腐系统，可在750度的极端高温下工作，运用于储能电池时，由于密封空腔内的防腐料8浸没电池壳体10内陶瓷部分，避免了电池壳体10内活性物质与绝缘陶瓷管2的接触，从而保证电池正常工作时电极和与其连接的设备之间的绝缘性、密封性和防腐性，有效提升了设备整体的安全性。

在上述实施例的基础上，本实用新型另一实施例中，如图1所示，绝缘部具体为具有绝缘效果的陶瓷管2，陶瓷管2固定设置于金属棒1上，陶瓷管2与盖板5之间还设有第一封接环3，第一封接环3的下侧与陶瓷管2密封接触，右侧与盖板5密封接触。此设置方式，在陶瓷管2与盖板5之间设置第一封接环3，可以起到较好的密封作用，防止密封空腔内的防腐料8从陶瓷管2与盖板5之间的缝隙泄漏。

在上述实施例的基础上，本实用新型另一实施例中，如图1所示，第一封接环3为中空的圆环，其套设于陶瓷管2上，其边缘的外侧向下翻卷形成第一卷边11，第一卷边11与盖板5密封接触。此设置方式，第一封接环3设有与盖板5密封接触的第一卷边11，其密封效果更好。

在上述实施例的基础上，本实用新型另一实施例中，如图1所示，密封绝缘防腐系统还包括防溢盖6，防溢盖6具有绝缘功能，优选为陶瓷防溢盖6，防溢盖6盖设于液封底座7的折边13上，并与折边13密封接触，同时，防溢盖6的内侧还与盖板5密封接触。此设置方式，通过在盖板5与液封底座7之间设置防溢盖6，可有效防止防腐料8从液封底座7与盖板5之间泄漏。

在上述实施例的基础上，本实用新型另一实施例中，如图1所示，金属棒1上还套设有第二封接环4，第二封接环4的上端抵持于陶瓷管2上，并与陶瓷管2密封接触。此设置方式，通过在金属棒1与陶瓷管2之间设置第二封接环4，进一步提高了金属棒1与陶瓷管2的密封效果。

在上述实施例的基础上，本实用新型另一实施例中，如图1所示，为增大第二封接环4与陶瓷管2之间的密封性，第二封接环4靠近陶瓷管2的一端，即图中所示的上端向外侧弯折形成第二卷边12，第二卷边12的上部与陶瓷管2密封接触。此设置方式，可有效提高陶瓷管2与第二封接环4的密封性。

在上述实施例的基础上，本实用新型另一实施例中，如图1所示，盖板5具体包括凸起部9和与凸起部9成一体的折弯部，凸起部9置于密封空腔内，并与防腐料8接触，且与所述液封底座7之间保留预定间隙，折弯部则置于密封空腔外，剖面形状为两个相对的横置L形，并用于与其它导电部件固定连接。

在上述实施例的基础上，本实用新型另一实施例中，陶瓷管2、金属棒1、第一封接环3和第二封接环4的表面为粗糙度介于1.2至2.4的平面或曲面，陶瓷管2、金属棒1、第一封接环3和第二封接环4通过金属化的方式装配成金属化件，即在绝缘陶瓷管2、金属棒1、金属封接环间的接触面丝印金属化膏，加工时，通过夹具试压，并固定陶瓷管2、金属棒1、第一封接环3和第二封接环4的位置，之后，再在氢气氛保护下用金属化工艺进行高温处理，即陶瓷管、金属棒、第一封接环和第二封接环在氢气氛保护下用金属化工艺进行高温处理，实现陶瓷管2、金属棒1、第一封接环3和第二封接环4间的固定连接和密封。更进一步地，液封底座7通过焊接方式固定在金属棒1上，并置于陶瓷管2下侧；金属棒1、第一封接环3和第二封接环4均采用与绝缘陶瓷管2热膨胀系数相近或基本一致的金属材料。

在上述实施例的基础上，本实用新型另一实施例中，对于防溢盖6，其材质优选为耐电池正负极材料和电解质材料腐蚀的氧化铍、氮化硼、氮化铝、氮化硅、金刚石、单晶硅、多晶硅和碳化硅中的一种或一种以上。

在上述实施例的基础上，本实用新型另一实施例中，对于防腐料8，其材料优选为氟化钠(NaF)、氟化钾(KF)、氟化锂(LiF)、氟化镁(MgF2)、氯化钠(NaCl)、氯化镁(MgCl2)、氯化钾(KCl)、溴化锂(LiBr)和锂酸铝(AlLiO2)中的一种或一种以上，并且，防腐料8的熔点介于150℃～750℃之间。

在上述实施例的基础上，本实用新型另一实施例中，对于陶瓷管2，优选为玻璃、氧化铝陶瓷、氧化锆陶瓷、氧化镁陶瓷和刚玉陶瓷中的一种。

在上述实施例的基础上，本实用新型另一实施例中，对于第一封接环3和第二封接环4，其材质优选为铁镍合金(Fe-Ni)、铁镍钴合金(Fe-Ni-CO)、铁镍铬合金(Fe-Ni-Cr)和铁铬合金(Fe-Cr)的一种。

在上述实施例的基础上，本实用新型另一实施例中，对于金属棒1，优选为铝棒、铜棒、镍棒、钨棒、钛棒、钽棒、铂金棒、不锈钢棒中的一种或几种组成的合金。

另一方面，如图2所示，本实用新型还提出一种储能电池，包括电池壳体10和设置于电池壳体10上的密封绝缘防腐系统，密封绝缘防腐系统为如上所述的密封绝缘防腐系统。

在上述实施例的基础上，本实用新型另一实施例中，如图2所示，密封绝缘防腐系统通过盖板5与所述电池壳体10固定连接。此外，储能电池以金属棒1为正极，以金属锂、金属钠或者锂钠合金为负极，且其工作温度在100～750℃。

上述结构的密封绝缘防腐系统和储能电池，原理如下：

首先，本实用新型利用液封的原理实现第一道密封、防腐和绝缘功能，即在金属化件下端加装的液封底座7和液封用防腐料8构成的液封装置。防腐料8选用导离子但不导电子的低熔点盐，将盐填充在液封底座7中，当电池在中高温(150℃～750℃)下工作时，液封底座7中的盐发生固液相转变熔化成液态，并铺展在液封底座7中,从而达到液封的目的，可有效阻止电极材料、电解质材料等活性物质从电池壳体10内向外泄露或者腐蚀绝缘陶瓷管2，以及电池壳体10外部的氧气、水分等进入到电池内部。

防溢盖6兼具绝缘和防止熔融态防腐料8溢出的功能。金属棒1、防溢盖6、液封底座7和防腐料8可以直接和电池壳体10中的金属或金属蒸气(300～750℃下负极金属气化形成，负极可以为锂、钠等碱土金属或碱金属的合金)接触，实现密封并耐锂、钠、镁及其合金腐蚀。

其次，本实用新型利用金属化的原理实现第二道密封、防腐和绝缘的功能，即在陶瓷管2下端面和金属棒1下端间用金属化处理连接第二封接环4，使陶瓷管2、第二封接环4和金属棒1形成连接；在陶瓷管2上端面和盖板5内侧采用金属化处理连接第一封接环3，使陶瓷管2、第一封接环3和盖板5连接。经过金属化处理的金属棒1、陶瓷管2、第一封接环3、第二封接环4及盖板5具有密封的功能，其中陶瓷管2兼具密封和绝缘的功能。盖板5凸起部9下端浸没在液封底座7中的防腐料8中，从而阻止了电池壳体10内电极材料、电解质材料等活性物质从内向外腐蚀绝缘陶瓷管2，达到防腐的目的。

更进一步的，选用在不同温度时具有相近膨胀系数的金属和陶瓷材料进行匹配，再利用金属化的原理来实现该中高温防腐系统的密封绝缘防腐功能。

综上，本实用新型在金属化加工的基础上，利用物理密封和液封的原理，在正极和负极间巧妙地实现双重密封，具有优良的气密性和防腐蚀性能，保障了储能电池在150℃～750℃间工作时的使用寿命，同时兼具绝缘和小型化的特点。本实用新型在保证机械强度的前提下极大地减小了电池体积，弥补了目前单一采用物理装配、液封、化学粘结等方式实现密封的简易密封绝缘防腐装置无法缩小电池单体体积的不足，同时简化了结构，降低了成本。

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