[发明专利]一种多管式钠硫电池

说明书

本发明提供一种多管式钠硫电池，包括正极、正极外壳、负极和负极外壳，所述负极通过阵列排布的多个复合负极管延伸至正极中，多个复合负极管共负极布置，所述复合负极管包括内层的多孔金属层及附着在外层的由多孔金属层支撑的固体电解质层。本发明通过多孔金属层的设计解决了管式钠硫电池陶瓷管易破裂的现象，从而提升电池性能以及安全等级；通过在复合负极管多孔金属层中吸附离子液体的方法降低电池工作温度，从而降低制造成本、延长电池使用寿命；同时进一步改进了电池结构，采取用多个复合负极管阵列排布及正负极活性物质隔离措施，达到进一步提高电池功率密度和电池安全性的目的。

技术领域

本发明涉及电池技术领域，具体涉及一种多管式钠硫电池。

背景技术

以金属钠为负极、单质硫为正极的一种电池是当今动力电池行业的一个重要发展方向，典型的钠硫电池设计为管式结构，其管壁采用固体电解质陶瓷材料。钠硫电池具有许多特色之处：与现有锂离子电池相比，一是比能量高。其理论比能量为760Wh/Kg，实际产品已大于300Wh/Kg；二是可大电流充放电，其放电电流密度一般可达200-300mA/cm2，并瞬时间可放出其3倍的固有能量；再一个是充放电效率高。由于采用beta-氧化铝玻璃陶瓷材料做固体电解质兼隔膜，所以没有通常采用液体电解质和有机高分子多孔隔膜的二次电池那种自放电及“穿梭效应”，充放电电流效率几乎100%。

但钠硫电池也有严重不足之处，其陶瓷管易破裂，造成熔融态的负极金属钠与正负极活性物硫大量接触，引起剧烈化学反应而燃烧。这种严重安全隐患制约着该种电池在电动车等移动设备上的应用。另外，其工作温度在300-350℃，导致电池结构材料易老化 ，制造成本亦较高。

发明内容

基于现有钠硫电池技术存在的不足之处，本发明提供一种多管式钠硫电池，通过使用复合负极管以解决传统钠硫电池陶瓷管易破裂的安全隐患问题，并通过在复合负极管多孔金属层吸附离子液体的方法，改善熔融金属钠与固体电解质界面相容性，从而达到降低电池工作温度的目的。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种多管式钠硫电池，包括正极、正极外壳、负极和负极外壳，所述正极为含有活性硫的正极S/C复合活性物质，所述负极为含有钠金属负极活性物质，所述负极通过阵列排布的若干个复合负极管延伸至正极中，若干个复合负极管共负极布置，所述复合负极管包括内层的多孔金属层及附着在外层的由多孔金属层支撑的固体电解质层，该多孔金属层与负极外壳相连，共同作为负极集电极，所述正极外壳与正极中的碳材料相接触共同构成正极集电极。

所述正极与负极之间设置有绝缘环，该绝缘环与固体电解质层连接。

所述多孔金属层中吸附有离子液体。

所述多孔金属层的厚度为0.2～1.5mm。

所述多孔金属层中多孔金属平均孔径为0.1～5um，孔隙率为50～80%。

所述固体电解质层的厚度为0.015～0.060mm。

由以上技术方案可知，本发明将复合负极管应用到钠硫电池中以解决陶瓷管易破裂的安全隐患；通过在多孔金属层中吸附离子液体的设计降低了管式钠硫电池工作温度，从而延长电池寿命和降低制造成本；同时进一步改进了电池结构，采取用多个复合负极管阵列排布及正负极活性物质空间隔离措施，达到提高电池功率密度和电池安全性的目的，并以此构成了钠硫电池全新的技术路线和实用的技术方案。

附图说明

图1为本发明多管式钠硫电池的纵向剖视图，并示出了绝缘环所在区域的局部放大图；

图2为本发明中复合负极管的结构示意图；

图3为本发明固体电解质层出现破裂点时自动堵塞形成机理示意图。