本發(fā)明涉及一種鈉硫電池固體電解質(zhì)陶瓷管成型方法。

背景技術(shù)：

鈉硫電池是以固體電解質(zhì)陶瓷管作為電解質(zhì)和隔膜，金屬鈉作為負(fù)極材料，非金屬硫作為正極材料的二次電池。它具有容量大、體積小、壽命長(zhǎng)、效率高等優(yōu)點(diǎn)，可應(yīng)用于電網(wǎng)削峰填谷、應(yīng)急電源、新能源接入、電能質(zhì)量?jī)?yōu)化等領(lǐng)域。

等靜壓成型是Na-β″-Al₂O₃粉料制備固體電解質(zhì)陶瓷管的關(guān)鍵步驟。在傳統(tǒng)工藝中，固體電解質(zhì)陶瓷管采用濕式等靜壓成型方法，其主要流程是粉料加入成型模具，即膠套模具內(nèi)，密封、除氣后放入壓力容器內(nèi)，用高壓泵在壓力容器和膠套模具之間注入加壓介質(zhì)，如水或油等液體，壓制成型。膠套模具的材質(zhì)為橡膠材質(zhì)，如聚氨酯等，壓制分為加壓、保壓和卸壓過程，Na-β″-Al₂O₃粉料在成型模具的型腔中壓制成型。

濕式等靜壓成型方法的特點(diǎn)是在壓制過程中膠套模具與加壓介質(zhì)相接觸。這種方法難以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化操作，生產(chǎn)效率低，不適合大批量生產(chǎn)；同時(shí)，操作人員在脫模時(shí)需要與加壓介質(zhì)接觸，勞動(dòng)條件差。

然而鈉硫電池要進(jìn)入商品化生產(chǎn),要求固體電解質(zhì)陶瓷管具備大批量生產(chǎn)的能力。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的的是為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種鈉硫電池固體電解質(zhì)陶瓷管成型方法，其能避免傳統(tǒng)濕式等靜壓成型難以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化操作，生產(chǎn)效率低的缺點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了鈉硫電池固體電解質(zhì)陶瓷管生坯的自動(dòng)化連續(xù)生產(chǎn)，有效提高了生產(chǎn)效率。

實(shí)現(xiàn)上述目的的一種技術(shù)方案是：一種鈉硫電池固體電解質(zhì)陶瓷管成型方法，包括下列步驟：

加料步驟：將Na-β″-Al₂O₃粉料加入到一個(gè)與鈉硫電池固體電解質(zhì)陶瓷管形狀對(duì)應(yīng)的成型模具的型腔內(nèi)，并將該型腔的頂部封閉；

壓裝步驟：在該成型模具的徑向外側(cè)套接一個(gè)主壓力容器的主袋；并通過位于所述主袋底部的底部封蓋，將所述成型模具鎖緊，并將該主壓力容器與一個(gè)壓力泵連通，通過所述壓力泵向所述主袋的徑向外側(cè)注入加壓介質(zhì)，對(duì)所述型腔內(nèi)的Na-β″-Al₂O₃粉料進(jìn)行壓制，將所述型腔內(nèi)的Na-β″-Al₂O₃粉料壓制成為鈉硫電池固體電解質(zhì)陶瓷管生坯；

脫模步驟：將所述鈉硫電池固體電解質(zhì)陶瓷管生坯從所述成型模具中取出。

進(jìn)一步的，所述加料步驟是通過一個(gè)噴嘴進(jìn)行的，所述噴嘴將Na-β″-Al₂O₃粉料從位于所述型腔頂部的加料口加入所述型腔。

再進(jìn)一步的，所述噴嘴的開度和打開時(shí)間可調(diào)。

進(jìn)一步的，在所述噴嘴將Na-β″-Al₂O₃粉料從位于所述型腔頂部的加料口加入所述型腔前，先通過一個(gè)加料升降裝置抬升所述成型模具，使所述加料口對(duì)準(zhǔn)所述噴嘴。

進(jìn)一步的，在所述噴嘴將Na-β″-Al₂O₃粉料從位于所述型腔頂部的加料口加入所述型腔的過程中，對(duì)所述成型模具進(jìn)行水平振動(dòng)。

更進(jìn)一步的，對(duì)所述成型模具的水平振動(dòng)是通過一個(gè)水平振動(dòng)裝置進(jìn)行的，該水平振動(dòng)裝置的振動(dòng)頻率可調(diào)。

進(jìn)一步的，壓裝步驟中，所述成型模具是通過一個(gè)壓裝升降裝置被推入所述主壓力容器內(nèi)的。

進(jìn)一步的，壓裝步驟中對(duì)所述型腔內(nèi)的Na-β″-Al₂O₃粉料的壓制分為三個(gè)過程，即加壓過程、保壓過程和卸壓過程，所述加壓過程的加壓速度為35MPa/s，最高壓力為200MPa，所述保壓過程的保壓時(shí)間為30s，所述卸壓過程分為三個(gè)階段，200～55MPa階段的卸壓速度為25MPa/s，55～15MPa階段的卸壓速度為1.5MPa/s,15MPa至標(biāo)準(zhǔn)大氣壓階段的卸壓速度為0.25MPa/s。

進(jìn)一步的，所述成型模具的型腔是由一個(gè)芯棒和一個(gè)同軸套接在所述芯棒徑向外側(cè)的膠管圍成的，所述膠管的頂部設(shè)有一個(gè)用于將所述型腔頂部的加料口封閉的膠管塞，脫模步驟中先取下所述膠管塞，再取下所述膠管和套接在所述芯棒上的鈉硫電池固體電解質(zhì)陶瓷管生坯，然后再依次將所述膠管和所述膠管塞復(fù)位。

進(jìn)一步的，所述加料步驟、所述壓裝步驟和所述脫模步驟是依次循環(huán)進(jìn)行的。

采用了本發(fā)明的一種鈉硫電池固體電解質(zhì)陶瓷管成型方法的技術(shù)方案，包括下列步驟：加料步驟：將Na-β″-Al₂O₃粉料加入到一個(gè)與鈉硫電池固體電解質(zhì)陶瓷管形狀對(duì)應(yīng)的成型模具的型腔內(nèi)，并將該型腔的頂部封閉；壓裝步驟：在該成型模具的徑向外側(cè)套接一個(gè)主壓力容器的主袋；并通過位于所述主袋底部的底部封蓋，將所述成型模具鎖緊，并將該主壓力容器與一個(gè)壓力泵連通，通過所述壓力泵向所述主袋的徑向外側(cè)注入加壓介質(zhì)，對(duì)所述型腔內(nèi)的Na-β″-Al₂O₃粉料進(jìn)行壓制，將所述型腔內(nèi)的Na-β″-Al₂O₃粉料壓制成為鈉硫電池固體電解質(zhì)陶瓷管生坯；脫模步驟：將所述鈉硫電池固體電解質(zhì)陶瓷管生坯從所述成型模具中取出。其技術(shù)效果是：其避免了傳統(tǒng)濕式等靜壓成型難以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化操作，生產(chǎn)效率低的缺點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了鈉硫電池固體電解質(zhì)陶瓷管生坯的自動(dòng)化連續(xù)生產(chǎn)，有效提高了生產(chǎn)效率。

附圖說明

圖1為鈉硫電池固體電解質(zhì)陶瓷管成型裝置的轉(zhuǎn)盤示意圖。

圖2為鈉硫電池固體電解質(zhì)陶瓷管成型裝置的成型模具示意圖。

圖3為鈉硫電池固體電解質(zhì)陶瓷管成型裝置的加料工位示意圖。

圖4為一種鈉硫電池固體電解質(zhì)陶瓷管成型裝置的壓裝工位示意圖。

圖5為一種鈉硫電池固體電解質(zhì)陶瓷管成型裝置的脫模工位示意圖。

具體實(shí)施方式

請(qǐng)參閱圖1至圖5，本發(fā)明的發(fā)明人為了能更好地對(duì)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：

請(qǐng)參閱圖1，鈉硫電池固體電解質(zhì)陶瓷管成型裝置，包括一個(gè)水平設(shè)置的轉(zhuǎn)盤900，轉(zhuǎn)盤900的頂面上均布有四個(gè)工位，依次為加料工位2、壓裝工位3、脫模工位4和等待工位5。每個(gè)所述工位上都設(shè)有一個(gè)用于鈉硫電池固體電解質(zhì)陶瓷管成型的成型模具1。

圖2為成型模具1，包括底座11、芯棒12、膠管13和膠管塞14。底座11的底面與轉(zhuǎn)盤900的頂面固定。芯棒12同軸固定在底座11的頂面上，芯棒12與底座11之間通過位于底座11頂面中的固定針111固定。膠管13底面開口，膠管13同軸套接在底座11和芯棒12的徑向外側(cè)。膠管13的內(nèi)圓周面與底座11的外圓周面之間的接觸面為錐面。底座11的外圓周面上設(shè)有一個(gè)對(duì)膠管13底面進(jìn)行支撐的外臺(tái)階面112。膠管13的內(nèi)圓周面設(shè)有一個(gè)與底座11頂面面接觸的，使底座11頂面支撐膠管13的內(nèi)臺(tái)階面131。

芯棒12的外圓周面和頂面，和膠管13之間形成與鈉硫電池固體電解質(zhì)陶瓷管形狀對(duì)應(yīng)的型腔15，底座1用于對(duì)芯棒12和膠管13進(jìn)行定位，保證得到的與鈉硫電池固體電解質(zhì)陶瓷管的壁厚是均勻的。膠管13的頂部設(shè)有一個(gè)加料口132，加料口132通過膠管塞14封閉。膠管塞14與加料口132之間的徑向接觸面為一個(gè)倒錐面，以防止加壓過程中膠管塞14脫落。

本發(fā)明的一種鈉硫點(diǎn)電池固體電解質(zhì)陶瓷管成型方法包括三步，即加料步驟、壓裝步驟和脫模步驟：

加料步驟是在加料工位2進(jìn)行的。

加料工位2包括加料機(jī)械臂21、位于轉(zhuǎn)盤900下方的加料升降裝置22，位于加料升降裝置22頂部，能使成型模具1水平振動(dòng)的水平振動(dòng)裝置23、噴嘴24，以及加料傳感器25。

當(dāng)未填裝Na-β″-Al₂O₃粉料的成型模具1運(yùn)轉(zhuǎn)到加料工位2時(shí)，加料傳感器25首先發(fā)出一個(gè)信號(hào)給加料機(jī)械臂21，使加料機(jī)械臂21將膠管塞14取走。

由于加料傳感器25與加料升降裝置22之間設(shè)有緩沖器，因此加料傳感器25在加料機(jī)械臂21將膠管塞14取走后延時(shí)發(fā)出一個(gè)信號(hào)給加料升降裝置22，提升成型模具1，使成型模具1的加料口132對(duì)準(zhǔn)噴嘴24。

由于加料傳感器25與噴嘴24以及水平振動(dòng)裝置23之間均設(shè)有緩沖器，且該兩個(gè)緩沖器的延時(shí)相同但長(zhǎng)于加料傳感器25與加料升降裝置22之間的緩沖器，因此在成型模具1提升至指定高度后，加料傳感器25同時(shí)向噴嘴24和水平振動(dòng)裝置23發(fā)出信號(hào)，噴嘴24對(duì)型腔15進(jìn)行加料，水平振動(dòng)裝置23對(duì)成型模具1進(jìn)行水平振動(dòng)。因?yàn)槟z管13與底座11之間的接觸面進(jìn)行了改進(jìn)，可防止振動(dòng)過程中膠管13和芯棒12之間發(fā)生偏移，從而保證鈉硫電池固體電解質(zhì)陶瓷管壁厚的均勻性，加料時(shí)，Na-β″-Al₂O₃粉料從加料口132進(jìn)入型腔15，并靠重力下落將型腔15填充。通過調(diào)整噴嘴24的開度和打開時(shí)間能夠控制加料速度；通過調(diào)整水平振動(dòng)裝置23的振動(dòng)頻率能夠控制Na-β″-Al₂O₃粉料的堆積密度。

加料完畢后，即加料到規(guī)定高度后，加料傳感器25發(fā)出信號(hào)，使加料升降裝置22控制成型模具1下降，使成型模具1的底面與轉(zhuǎn)盤900的頂面等高，加料機(jī)械臂21將膠管塞14裝回加料口132。

壓裝步驟是在壓裝工位3進(jìn)行的。

壓裝工位3包括：位于成型模具1下方的壓裝升降裝置31、主壓力容器32、壓力泵33和壓裝傳感器34。主壓力容器32包括主袋321以及用于將主袋321底部封閉的底部封蓋322。主袋321用聚氨酯或橡膠制成。壓力泵33與主壓力容器32連通。

壓裝傳感器34在檢測(cè)到填裝了Na-β″-Al₂O₃粉料的成型模具1運(yùn)行到壓裝工位3時(shí)，發(fā)出信號(hào)，觸發(fā)壓裝升降裝置31，將成型模具1推升至指定高度，使成型模具1位于主壓力容器32的主袋321內(nèi)，即膠管13的徑向外側(cè)套接主壓力容器32的主袋321。

成型模具1抬升到位后，壓裝傳感器34向主壓力容器32的底部封蓋322發(fā)出信號(hào)，使主壓力容器32的底部封蓋322將膠管13鎖緊。

通過壓裝傳感器34觸發(fā)壓力泵33，壓力泵33連通主壓力容器32，因此壓力泵33在主袋321的徑向外側(cè)注入加壓介質(zhì)，使主壓力容器32開始對(duì)型腔15內(nèi)的Na-β″-Al₂O₃粉料進(jìn)行壓制，壓制分為加壓、保壓和卸壓過程。Na-β″-Al₂O₃粉料在成型模具1的型腔15中壓制成型。加壓速度為35MPa/s，最高壓力為200MPa，保壓時(shí)間為30s，卸壓分為三個(gè)階段，200～55MPa階段的卸壓速度為25MPa/s，55～15MPa階段的卸壓速度為1.5MPa/s,15MPa至標(biāo)準(zhǔn)大氣壓階段的卸壓速度為0.25MPa/s，可手動(dòng)控制。

壓制完畢后，壓裝傳感器34使底部封蓋322解鎖，同時(shí)壓裝傳感器34發(fā)出一個(gè)信號(hào)，使壓裝升降裝置31下降，使成型模具1的底面與轉(zhuǎn)盤900的頂面平行。

上述的技術(shù)措施，通過將加壓介質(zhì)注入主袋321的徑向外側(cè)，采用干式等靜壓成型工藝大大提升了鈉硫電池固體電解質(zhì)陶瓷管的生產(chǎn)能力，適應(yīng)了鈉硫電池要進(jìn)入商品化生產(chǎn)的要求。這樣的設(shè)計(jì)使主袋321將加壓介質(zhì)密封在主壓力容器32的主袋321外，在壓制過程中成型模具1不與加壓介質(zhì)相接觸。因此易于實(shí)現(xiàn)鈉硫電池固體電解質(zhì)陶瓷管生坯生產(chǎn)的自動(dòng)化操作，生產(chǎn)效率高，適合大批量生產(chǎn)。

脫模步驟是在脫模工位4上進(jìn)行的。

脫模工位4包括脫模機(jī)械臂41，膠管夾42、生坯夾43、清掃刷44、和脫模傳感器45。脫模傳感器45與生坯夾43、清掃刷44之間均連有緩沖器，脫模傳感器45與脫模機(jī)械臂41之間連有兩路并聯(lián)的線路，一路線路設(shè)有緩沖器，另外一路線路，脫模傳感器45直接連接脫模機(jī)械臂41。脫模傳感器45與膠管夾42之間連有兩路并聯(lián)的緩沖器，且該兩路緩沖器的延時(shí)是不同的。

當(dāng)脫模傳感器45檢測(cè)到裝有鈉硫電池固體電解質(zhì)陶瓷管生坯的成型模具1運(yùn)行到脫模工位4時(shí)，先觸發(fā)脫模機(jī)械臂41，再依次延時(shí)觸發(fā)膠管夾42、生坯夾43、清掃刷44、膠管夾42和脫模機(jī)械臂41。

脫模傳感器45第一次觸發(fā)脫模機(jī)械臂41后，脫模機(jī)械臂41將膠管塞14取走。

脫模傳感器45觸發(fā)膠管夾42，膠管夾42將膠管13提起。

膠管13被取走后，脫模傳感器45觸發(fā)生坯夾43，生坯夾43將所述生坯提起，放到下料臺(tái)上。

然后，脫模傳感器45觸發(fā)清掃刷44，清掃刷44對(duì)整個(gè)芯棒12和底座11進(jìn)行清潔，除去上面的結(jié)余料。

清潔完畢后，脫模傳感器45觸發(fā)膠管夾42將膠管13重新放回到底座11上。

最后，脫模傳感器45第二次觸發(fā)脫模機(jī)械臂41將膠管塞14復(fù)位。

加料、壓裝和脫模過程全部完成后，轉(zhuǎn)盤900逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)90°,加料工位2的成型模具1轉(zhuǎn)到壓裝工位3，壓裝工位3的成型模具1轉(zhuǎn)到脫模工位4。脫模工位4的成型模具1轉(zhuǎn)到等待工位5。等待工位5的模具轉(zhuǎn)到加料工位1，如此循環(huán)。

本發(fā)明的一種鈉硫電池固體電解質(zhì)陶瓷管成型方法避免了傳統(tǒng)濕式等靜壓成型難以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化操作，生產(chǎn)效率低的缺點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了鈉硫電池固體電解質(zhì)陶瓷管生坯的自動(dòng)化連續(xù)生產(chǎn)，有效提高了生產(chǎn)效率。

本技術(shù)領(lǐng)域中的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)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(duì)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(duì)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)。