[发明专利]一种用于高温储能电池的密封材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及高温储能电池的密封材料，特别是可以用于（半）液态金属电池、锂/硫化铁电池等高温体系的密封材料，属于储能材料与技术领域。

背景技术

随着我国经济的高速发展，能源问题正日益成为制约我国经济社会可持续发展的瓶颈。发展风能、太阳能等可再生能源发电技术，能够有效缓解国民经济发展过程中面临的能源、资源、环境之间矛盾。但是风能、太阳能等可再生能源发电具有波动性和间歇性，大规模直接接入电网将对电力系统的调度控制和安全运行带来很大困难。而大规模储能技术的应用将有效解决这一难题。众多储能技术中，储能电池其具有无污染运行、高能量效率、灵活的功率和能量特征以及长寿命、低维护等优点而成为储能技术研究和应用的热点。目前相对比较成熟的技术有锂离子电池、钠硫电池和液流电池等，这些储能电池技术的多项储能参数特别是成本与寿命等无法满足当前储能市场的要求，所以，迫切需要研发成本更低的新型储能技术。

新近发展起了的液态金属电池、半液态金属电池具有运行寿命长，储能成本低等优点。但是，目前（半）液态金属电池的应用仍然存在一些问题，特别是电池的高温密封和高温材料腐蚀等问题。锂/硫化铁电池也是一类具有较好应用前景的储能电池，其发展同样需要克服高温密封和腐蚀等材料和技术问题。

高温储能电池由于在高温下运行，合适的密封技术对实现高温电池储能技术至关重要。良好的密封技术不仅可以保证储能的质量，避免空气、水对电池关键材料产生的影响，延长电池的寿命，还可以大大降低电池运行的后期维护成本。现有的适用于高温条件的密封技术主要有压缩和粘结。常规的压缩密封技术通过金属间的直接连接或者采用气密性的弹性材料实现。前者很难实现被密封连接两个部件之间电绝缘性，后者由于受到所用密封材料热稳定性的限制，使得常规硅橡胶密封材料的环境温度不能超过200℃。因此，必须将密封部位远离温度较高的电池运行部位，这显然增加了电池的成本和尺寸。近来，出现一种云母片替代硅橡胶的压缩密封技术，通过使用片状云母纸作为密接材料，并在封接界面上添加玻璃、金属等柔性中间层从而减少漏气率，达到密封的效果。并且云母性质稳定，适合高温密封环境，但是由于云母需要引入额外的加压装置，从而加大了电池系统的复杂性，且界面往往缺陷很多，气密性、长期稳定性差，该技术有待进一步提高。粘结密封是通过将材料加热到高温并冷却使密封材料结晶而获得与密封部位分子间结合，从而达到密封的效果，是目前高温储能电池主要应用的密封技术，此技术主要的密封材料是玻璃/玻璃陶瓷材料，该法主要通过控制组分和热处理条件控制结晶，调整密封玻璃的热膨胀系数，提高其与被封接元件的匹配度来降低应力。玻璃与玻璃陶瓷具有价格低廉、寿命长、容易大规模制备等优点。

但是玻璃/玻璃陶瓷密封材料也存在缺点：一、现有的密封玻璃在高温下的最初几个小时内就开始析晶，随着时间的延长，热膨胀系数（CTE）可能发生显著的变化，最终会因热应力过大使密封失效；二、密封材料与电池的其他材料间的高温化学相容性差，会发生各种高温化学反应，这些化学反应会影响密封界面结构的稳定性。因此，要实现高温储能电池的长期稳定，不仅要提高密封材料的热稳定性，还必须解决密封材料与其他材料间的高温反应问题。

发明内容

基于上述问题，本发明的目的在于提供一种用于高温储能电池的密封材料，用来解决现有高温储能电池密封材料的热稳定性、化学稳定性不足的技术问题。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种用于高温储能电池的密封材料，其特征在于：所述密封材料是将CaAl₂S₄作为密封剂，以氧化铝、氧化钙、氧化镁、氧化硼、氮化硼和氮化铝粉末中的一种或多种组合物作为密封材料热膨胀系数的调节剂，加上己烷粘结剂构成，其中所述密封剂与所述热膨胀系数调节剂的质量比为10-50%。

其中，所述己烷粘结剂由己烷与聚异丁烯组成，其比例为1:19。

本发明还提供一种CaAl₂S₄密封材料的制备方法，其包括以下步骤：

制备硫化钙原料：将硫酸钙与过量的炭黑研磨混合后放入陶瓷管中，密封后在1100-1200℃保温2-10h，制得所需的硫化钙；