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钠硫电池中α-Al2O3与βAl2O3的封接尤为重要,对电池的性能、寿命、安全性有重要影响。然而由于技术保密和商业保密的原因,国外鲜有报道这一方面的研究,国内也只是采用商品玻璃密封,还存在很多问题。针对钠硫电池的玻璃密封材料,本文开展了三方面研究工作,取得了以下主要结论:
(1)基于硼硅酸盐玻璃,研究晶核剂、高场强掺杂剂对玻璃结构和析晶的影响。结果表明,碱金属氧化物含量超过7wt.%时,玻璃不析晶。单独添加TiO2和ZrO2等晶核剂,玻璃的析晶行为与基础玻璃相似,只析出了方石英晶相。掺杂复合晶核剂TiO2和ZrO2的玻璃析出了石英主晶相,还有少量的方石英和金红石。掺杂0.2wt.%的大半径高场强离子氧化物对玻璃的整体析晶没有促进作用,但是会促进石英的析出,抑制方石英的析晶,甚至抑制玻璃的整体析晶量。
(2)从降低粘度、改善润湿性、提高致密性出发,研究铋硼硅酸盐玻璃(玻璃陶瓷)的结构和密封性能。研究表明,掺杂10-50wt.%的Bi2O3,玻璃的室温~300℃热膨胀系数在6.6-7.7×10-6 K-1,适合钠硫电池中α-Al2O3和β-Al2O3密封。TiO2可以作为该铋硼硅酸盐玻璃的成核剂,所开发的铋硼硅酸盐玻璃陶瓷具有良好的封接性能。
(3)从钠硫电池的成本和商业化出发,研究开发了同时具有低热膨胀系数和低转变温度的无铅低温封接玻璃。研究表明,本文开发研究的无铅低温封接玻璃,具有较低的玻璃转变温度(315~440℃),同时具有低的热膨胀系数(6.8-9.0×10-6K-1),存在的一个问题是B2O3和Bi2O3分相严重,试验发现掺杂15wt.%以上的ZnO可以有效的抑制分相。