CN207183452U - 一种钠离子水系电池 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种钠离子水系电池，包括电芯、电池壳和电解液，电解液中的溶剂为钠盐；电芯包括依次叠置并卷绕的正极片、第一隔离膜、负极片、第二隔离膜，正极片包括正极集流体和涂覆在正极集流体的涂覆区上的正极材料层，正极集流体的厚度小于20um；负极片包括负极集流体和涂覆在负极集流体的涂覆区上的负极材料层，负极集流体的厚度小于20um。本实用新型的有益效果是：通过控制各结构的厚度及选材，可以有效保证电池的性能，满足压实密度高、电池体积能量密度高、使用寿命长以及安全性高的使用需求。
Description
技术领域
本实用新型涉及电池领域，尤其涉及一种钠离子水系电池。
背景技术
传统有机系锂离子二次电池，以锂离子在正负极活性材料上的嵌入脱出和在两极板间的扩散作为充放电基本原理，具有能量密度高，倍率高和循环寿命长的特点。在性能上可以满足储能系统的技术要求。然而，由于其大量使用易燃的有机电解质，在生产和使用过程中会造成爆燃事故，有安全性问题缺陷。并且随着纯电动汽车的发展，大量废弃电池的出现，对未来废弃电池处理提出了严峻挑战，如何避免电池造成的二次污染问题，将成为日后电池发展的一个头等大事。特别在电解液处理问题上，里面含有大量含氟有机物，如何有效的处理将影响整个电池产业的发展。因此亟需一种能够克服上述问题的电池。
实用新型内容
本实用新型所要解决的技术问题是提供一种钠离子水系电池，以克服上述现有技术中的不足。
本实用新型解决上述技术问题的技术方案如下：一种钠离子水系电池，包括电芯、用于容纳电芯的电池壳和灌注于电池壳内的电解液，电解液中的溶剂为钠盐；电芯包括依次叠置并卷绕的正极片、第一隔离膜、负极片、第二隔离膜，正极片包括正极集流体和涂覆在正极集流体的涂覆区上的正极材料层，正极材料层内含有有机钠离子电池正极材料，正极集流体的极耳区上设有正极极耳，正极集流体采用不锈钢材料制成，正极集流体的厚度小于20um，正极片的厚度为100-600um；负极片包括负极集流体和涂覆在负极集流体的涂覆区上的负极材料层，负极材料层内含有有机钠离子电池负极材料，负极集流体的极耳区上设有负极极耳，负极集流体采用不锈钢材料制成，负极集流体的厚度小于20um，负极片的厚度为100-600um。
本实用新型的有益效果是：通过控制各结构的厚度及选材，可以有效保证电池的性能，满足压实密度高、电池体积能量密度高、使用寿命长以及安全性高的使用需求。
在上述技术方案的基础上，本实用新型还可以做如下改进。
进一步，正极集流体采用不锈钢网状材料制成；负极集流体采用不锈钢网状材料制成。
采用上述进一步的有益效果是：原材料广泛、成本低。
进一步，正极集流体和/或负极集流体的正面和/或反面上设有球形凹槽，正极集流体的正面和/或反面所设球形凹槽使得其相对面形成外凸结构。
采用上述进一步的有益效果是：正极集流体和/或负极集流体上所设的球形凹槽和外凸结构，有效的扩大了集流体的表面积，使得集流体与正极材料层之间的接触面积更大，提高了充电速度，减小了自放电速度。
进一步，正极集流体的厚度为10-20um；负极集流体的厚度为10-20um。
采用上述进一步的有益效果是：原材料广泛、成本低，同时还能有效解决水系电池集流体腐蚀问题。
进一步，球形凹槽的深度为2um-3um。
进一步，球形凹槽的深度为2.3um。
进一步，正极集流体和/或负极集流体各面上所设球形凹槽的总面积占其该面面积的30％-46％。
采用上述进一步的有益效果是：能够有效的保证充放电速度的稳定。
进一步，电池壳的密封盖上开设有安全气孔。
采用上述进一步的有益效果是：水系电池在使用过程中难免出现析氢析氧现象，开设安全气孔能避免因在有些极端条件使用造成大量产气，电池内部压力过大，带来安全隐患的问题。
附图说明
图1为本实用新型所述钠离子水系电池的结构示意图；
图2为图1中电芯的结构示意图；
图3为图2中电芯展开后的断面图；
图4为实施例一中正极集流体或负极集流体的结构示意图；
图5为实施例二中正极集流体的结构示意图；
图6为实施例二中负极集流体的结构示意图。
附图中，各标号所代表的部件列表如下：
1、电芯，110、正极片，111、正极集流体，112、正极材料层，113、正极极耳，120、第一隔离膜，130、负极片，131、负极集流体，132、负极材料层，133、负极极耳，140、第二隔离膜，2、电池壳，3、球形凹槽，4、外凸结构。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本实用新型，并非用于限定本实用新型的范围。
实施例一：如图1、图2、图3、图4所示，一种钠离子水系电池，包括电芯1、用于容纳电芯1的电池壳2和灌注于电池壳2内的电解液，电解液中的溶剂为钠盐，电池壳2的密封盖上开设有安全气孔。
电芯1包括从上至下依次叠置并卷绕的正极片110、第一隔离膜120、负极片130、第二隔离膜140，正极片110的宽度等于负极片130的宽度，第一隔离膜120的宽度等于第二隔离膜140的宽度，第一隔离膜120的两端均伸出到正极片110和负极片130外，第二隔离膜140的两端均伸出到负极片130外，第一隔离膜120和第二隔离膜140的设置，使得电池在循环充放电的过程中不易短路，可快速充放电、环境友好，正极片110包括正极集流体111和正极材料层112，正极集流体111包括涂覆区和极耳区，正极材料层112涂覆在正极集流体111的涂覆区上(正极集流体111正反两面均设有涂覆区)，正极集流体111的正反两面均设有极耳区，极耳区位于正极集流体111的端部，正极集流体111正面的极耳区上设有正极极耳113，正极集流体111反面的极耳区上设置有多孔材料层，多孔材料采用已知的多孔材料，可选自无机多孔材料或有机多孔材料的至少一种，正极集流体111反面所设多孔材料层的厚度等于正极集流体111反面所设正极材料层112的厚度，这样不仅可以提高电芯1的存储电解液能力外，还可以提高电芯1的结构对称性，电芯1表面更加平整，正极材料层112内含有有机钠离子电池正极材料，另外，正极集流体111采用不锈钢材料制成，正极集流体111的厚度小于20um，正极集流体111的厚度优选为10-20um，最好为10um，正极片110的厚度为100-600um，其中，正极片110的厚度为100-600um，以及匹配的正极集流体111的厚度为10um，这样能有效的利用离子的嵌入脱出，从而保证正极片110整个的密实度，提高了单位体积能量密度。
负极片130包括负极集流体131和负极材料层132，负极集流体131包括涂覆区和极耳区，负极材料层132涂覆在负极集流体131的涂覆区上(负极集流体131正反两面均设有涂覆区)，负极集流体131的正反两面均设有极耳区，极耳区位于负极集流体131的端部，
负极集流体131反面的极耳区上设有负极极耳133，负极集流体131正面的极耳区上设置有多孔材料层，多孔材料采用已知的多孔材料，可选自无机多孔材料或有机多孔材料的至少一种，负极集流体131正面所设多孔材料层的厚度等于负极集流体131正面所设正极材料层112的厚度，这样不仅可以提高电芯1的存储电解液能力外，还可以提高电芯1的结构对称性，电芯1表面更加平整，负极材料层132内含有有机钠离子电池负极材料，负极集流体131采用不锈钢材料制成，负极集流体131的厚度小于20um，负极集流体131的厚度优选为10-20um，最好为10um，负极片130的厚度为100-600um。电芯1卷绕完成后，正极极耳113和负极极耳133分别位于电芯1的两端充分利用了内部空间，有利于提高电池能量密度。
正极集流体111和/或负极集流体131的正面和/或反面上设有球形凹槽3，最好是正极集流体111的正面和正极集流体111的反面均设有圆形的球形凹槽3，负极集流体131的正面和负极集流体131的反面均设有圆形的球形凹槽3，正极集流体111的正面所设球形凹槽3使得正极集流体111的反面形成外凸结构4，正极集流体111的反面所设球形凹槽3使得正极集流体111的正面形成外凸结构4，负极集流体131的正面所设球形凹槽3使得负极集流体131的反面形成外凸结构4，负极集流体131的反面所设球形凹槽3使得负极集流体131的正面形成外凸结构4。正极集流体111和负极集流体131上所设球形凹槽3的深度为2um-3um，具体可为2um、2.3um、2.7um、3um，球形凹槽3的深度最好为2.3um，球形凹槽3的半径为2.8um。
正极集流体111和/或负极集流体131各面上所设球形凹槽3的总面积占其该面(该面指设置了球形凹槽3的面)面积的30％-46％，具体可为30％、33.6％、38.1％、40.8％、43.3％、46％，最好为33.6％。
实施例二：如图1、图2、图3、图5、图6所示，一种钠离子水系电池，包括电芯1、用于容纳电芯1的电池壳2和灌注于电池壳2内的电解液，电解液中的溶剂为钠盐，电池壳2的密封盖上开设有安全气孔。
电芯1包括从上至下依次叠置并卷绕的正极片110、第一隔离膜120、负极片130、第二隔离膜140，正极片110的宽度等于负极片130的宽度，第一隔离膜120的宽度等于第二隔离膜140的宽度，第一隔离膜120的两端均伸出到正极片110和负极片130外，第二隔离膜140的两端均伸出到负极片130外，第一隔离膜120和第二隔离膜140的设置，使得电池在循环充放电的过程中不易短路，可快速充放电、环境友好，正极片110包括正极集流体111和正极材料层112，正极集流体111包括涂覆区和极耳区，正极材料层112涂覆在正极集流体111的涂覆区上(正极集流体111正反两面均设有涂覆区)，正极集流体111的正反两面均设有极耳区，极耳区位于正极集流体111的端部，正极集流体111正面的极耳区上设有正极极耳113，正极集流体111反面的极耳区上设置有多孔材料层，多孔材料采用已知的多孔材料，可选自无机多孔材料或有机多孔材料的至少一种，正极集流体111反面所设多孔材料层的厚度等于正极集流体111反面所设正极材料层112的厚度，这样不仅可以提高电芯1的存储电解液能力外，还可以提高电芯1的结构对称性，电芯1表面更加平整，正极材料层112内含有有机钠离子电池正极材料，另外，正极集流体111采用不锈钢材料制成，最好是由不锈钢网状材料制成，正极集流体111的厚度小于20um，正极集流体111的厚度优选为10-20um，最好为10um，正极片110的厚度为100-600um，其中，正极片110的厚度为100-600um，以及匹配的正极集流体111的厚度为10um，这样能有效的利用离子的嵌入脱出，从而保证正极片110整个的密实度，提高了单位体积能量密度。
负极片130包括负极集流体131和负极材料层132，负极集流体131包括涂覆区和极耳区，负极材料层132涂覆在负极集流体131的涂覆区上(负极集流体131正反两面均设有涂覆区)，负极集流体131的正反两面均设有极耳区，极耳区位于负极集流体131的端部，负极集流体131反面的极耳区上设有负极极耳133，负极集流体131正面的极耳区上设置有多孔材料层，多孔材料采用已知的多孔材料，可选自无机多孔材料或有机多孔材料的至少一种，负极集流体131正面所设多孔材料层的厚度等于负极集流体131正面所设正极材料层112的厚度，这样不仅可以提高电芯1的存储电解液能力外，还可以提高电芯1的结构对称性，电芯1表面更加平整，负极材料层132内含有有机钠离子电池负极材料，负极集流体131采用不锈钢材料制成，最好是由不锈钢网状材料制成，负极集流体131的厚度小于20um，负极集流体131的厚度优选为10-20um，最好为10um，负极片130的厚度为100-600um。电芯1卷绕完成后，正极极耳113和负极极耳133分别位于电芯1的两端充分利用了内部空间，有利于提高电池能量密度。
一种钠离子水系电池的加工方法，包括如下步骤：
S01、正极浆料：按照一定比例称取正极活性材料、导电剂、粘结剂放入行星搅拌机内，加入适量水，开启搅拌，待搅拌均匀后，将搅拌机抽成负压，继续搅拌一段时间，制得正极浆料；
S02、负极浆料：按照一定比例称取负极活性材料、导电剂放入行星搅拌机内，加入适量水，开启搅拌，搅拌均匀，将配好的粘结剂乳液加入，待混合均匀后，将搅拌机抽成负压，继续搅拌一段时间，制得负极浆料；
S03、涂覆：用涂覆机将正极浆料/负极浆料，涂覆在不锈钢的正极集流体111/负极集流体131上，保证涂布时无颗粒无划痕无龟裂；
S04、将经过涂覆后的正极集流体111/负极集流体131经过滚压、分切、烘烤、焊极耳、卷绕、入壳、滚槽、检测、注液、换气、封口。
其中，正极活性材料选用有有机钠离子电池正极材料，负极活性材料选用有有机钠离子电池负极材料，粘结剂选用水性材料粘结剂，优选SBR和CMC混合粘结剂。
尽管上面已经示出和描述了本实用新型的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本实用新型的限制，本领域的普通技术人员在本实用新型的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
Claims (8)
1.一种钠离子水系电池，包括电芯(1)、用于容纳电芯(1)的电池壳(2)和灌注于电池壳(2)内的电解液，其特征在于，电解液中的溶剂为钠盐；所述电芯(1)包括依次叠置并卷绕的正极片(110)、第一隔离膜(120)、负极片(130)、第二隔离膜(140)，所述正极片(110)包括正极集流体(111)和涂覆在正极集流体(111)的涂覆区上的正极材料层(112)，所述正极材料层(112)内含有有机钠离子电池正极材料，所述正极集流体(111)的极耳区上设有正极极耳(113)，所述正极集流体(111)采用不锈钢材料制成，所述正极集流体(111)的厚度小于20um，所述正极片(110)的厚度为100-600um；所述负极片(130)包括负极集流体(131)和涂覆在负极集流体(131)的涂覆区上的负极材料层(132)，所述负极材料层(132)内含有有机钠离子电池负极材料，所述负极集流体(131)的极耳区上设有负极极耳(133)，所述负极集流体(131)采用不锈钢材料制成，所述负极集流体(131)的厚度小于20um，所述负极片(130)的厚度为100-600um。
2.根据权利要求1所述的一种钠离子水系电池，其特征在于，所述正极集流体(111)采用不锈钢网状材料制成；所述负极集流体(131)采用不锈钢网状材料制成。
3.根据权利要求1所述的一种钠离子水系电池，其特征在于，所述正极集流体(111)和/或所述负极集流体(131)的正面和/或反面上设有球形凹槽(3)，所述正极集流体(111)的正面和/或反面所设球形凹槽(3)使得其相对面形成外凸结构(4)。
4.根据权利要求2或3所述的一种钠离子水系电池，其特征在于，所述正极集流体(111)的厚度为10-20um；所述负极集流体(131)的厚度为10-20um。
5.根据权利要求3所述的一种钠离子水系电池，其特征在于，所述球形凹槽(3)的深度为2um-3um。
6.根据权利要求5所述的一种钠离子水系电池，其特征在于，所述球形凹槽(3)的深度为2.3um。
7.根据权利要求6所述的一种钠离子水系电池，其特征在于，所述正极集流体(111)和/或所述负极集流体(131)各面上所设球形凹槽(3)的总面积占其该面面积的30％-46％。
8.根据权利要求1所述的一种钠离子水系电池，其特征在于，所述电池壳(2)的密封盖上开设有安全气孔。
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