CN212182451U - 一种钠离子电池的电极构造 - Google Patents

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张国兴
王磊
张耀法
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Abstract

本实用新型公开了一种钠离子电池的电极构造，包括若干集流体，其特征在于，所述集流体上设置有至少一个穿孔，所述集流体上涂覆有电极层，相邻两个所述集流体之间设置有隔膜和电解液，相比现有技术，穿孔为提高单体电池整体能量密度，通过具有穿孔结构的集流体上的微小孔洞，增加集流体表面活性物质负载量，提高单体电池能量密度，同时这些穿孔结构有助于电化学反应过程中的电解质在各个方向的离子传递能力，可以提高不同充电和放电速率下的充电和放电效率。

Description

一种钠离子电池的电极构造
技术领域
本实用新型涉及钠离子电池制造领域，具体涉及一种钠离子电池的电极构造。
背景技术
近年来，电化学储能装置(EESDs)，如锂离子电池、铅酸电池和超级电容器已经广泛应用于电动车辆(electric vehicles，EVs)， 混合动力电动车辆(hybrid electricvehicles，HEVs)，插电式混合动力电动车辆(plug-in hybrid electric vehicles，PHEVs)，无线电动工具，无线电源供应和其它的电力储存系统。电化学储能装置经过多年来研究和改良虽然取得了重大进展，但是它的能源密度(energy density)、功率密度(powerdensity)和使用寿命仍然难以满足要求。随着可穿戴式电子设备的快速发展，迫切需要研发灵活、轻便、高能量密度的电化学储能装置。
钠是地球上储量较丰富的元素之一，与锂的化学性能类似，因此也可能适用于锂离子电池体系。钠离子电池与锂离子电池相比较有诸多优势，比如（1）成本低；钠盐原材料丰富，采用铁锰镍基正极材料相比较锂离子电池的三元正极材料，原料成本降低一半。（2）可使用低浓度电解液；由于钠盐的特性，同样浓度的电解液，钠盐电导率高于锂电解液20%左右。（3）钠离子不与铝反应形成合金，负极可使用铝箔作为集流体，即可降低成本也可降低电池重量。（4）安全性能好；钠离子电池不存在过放特性，可将电池放电到0V状态。
钠离子电池主要由正极、负极、电解液和隔膜构成，而电极由电极材料和集流体组成。电极材料是电化学储能装置充放电时的主要反应堆，在电化学反应过程中它们可以通过集流体传输电子，因此，集流体是用于完成电流回路的材料的基本附件。电解质对电池体系性能的影响很大，它要具有较宽的电化学窗口、良好的化学稳定性以及较高的离子电导。
发明内容
为解决现有技术的不足，本实用新型的目的在于提供一种可以降低电池重量，缓解电池首次充放电过程中的不可逆离子损失，提高电池的能量密度的钠离子电池的电极构造。
为了实现上述目标，本实用新型采用如下的技术方案：
一种钠离子电池的电极构造，包括若干集流体，其特征在于，所述集流体上设置有至少一个穿孔，穿孔为提高单体电池整体能量密度，通过具有穿孔结构的集流体上的微小孔洞，增加集流体表面活性物质负载量，提高单体电池能量密度，同时这些穿孔结构有助于电化学反应过程中的电解质在各个方向的离子传递能力，可以提高不同充电和放电速率下的充电和放电效率，所述集流体上涂覆有电极层，相邻两个所述集流体之间设置有隔膜和电解液。
优选地，前述集流体由箔材制成，所述箔材是由金属或非金属材料制成
再优选地，前述电极层由电极材料制成，所述电极材料包括正极活性物质和负极活性物质，所述正极活性物质包括钠钴氧化物、钠锰氧化物、钠基多元过渡金属氧化物、钠钒氧化物、过渡金属磷酸钠盐及过渡金属氟磷酸钠盐、磷酸铁钠(NaFePO4 ) 、钠锰氧化物(NaXMnO2 )、三元体系（NaTMO2，TM=Ni，Co，Fe，Mn，Cr以及其他过渡金属），所述负极活性物质包括碳材料、钠合金。
更优选地，前述负极活性物质包括碳材料、钠合金，负极活性物质为石墨、乙炔黑、中间相碳微球（MCMB）等中的一种或几种混合。
更优选地，前述隔膜由聚合物多孔隔膜制成
进一步优选地，前述电解液由有机钠盐溶液制成，所述有机钠盐溶液中包括钠盐、溶剂以及添加剂，所述钠盐包括NaCIO4、NaPF6和NaTFSI，所述溶剂由高纯有机溶剂制成，所述溶剂为溶剂为碳酸乙烯酯（EC）、碳酸丙烯酯（PC）、碳酸二乙酯（DEC）、1,2-二甲氧基乙烷（DME）、四氢呋喃（THF）、2-甲基四氢呋喃（2-MTHF），所述添加剂由功能保护添加剂制成，所述添加剂包括成膜保护类添加剂。
本实用新型的有益之处在于：（1）集流体质量减轻，一定程度上使得电池重量减轻；（2）箔材内阻降低，提升电池能量密度及倍率性能；（3）增加电解液的保液量，有利于循环寿命的提高；（4）增强活性材料与集流体之间的附着力；（5）增强电池内钠离子在各个方向上的传递能力，提升电解液中的离子迁移速率，增加离子迁移路径，提高不同充电和放电速率下的充电和放电效率。
附图说明
图1是本实用新型的结构示意图；
图2是本实用新型的制造方法的步骤流程图；
图3是本实用新型的一种应用示意图；
图4是本实用新型的另一种应用示意图。
图中附图标记的含义：10、集流体，20、电极材料，30、穿孔，40、隔膜。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本实用新型作具体的介绍。
图1是本实用新型的结构示意图；本实用新型的电极构造基本可作为钠离子电池的正极或负极，正极极片是由正极集流体和正极活性物质组成，正极集流体采用穿孔铝箔，负极极片是由负极集流体和负极活性物质组成，负极集流体采用穿孔铜箔。
一种钠离子电池的电极构造，包括若干集流体10，集流体10由箔材制成，箔材是由金属或非金属材料制成，集流体10上设置有至少一个穿孔30，该些穿孔30可以采用规律的或不规律的方式排列，孔径一致，这些穿孔30有助于电化学反应过程中的电解质在各个方向的离子传递能力，可以提高不同充电和放电速率下的充电和放电效率，集流体10上涂覆有电极层，相邻两个集流体10之间设置有隔膜40和电解液，隔膜40由聚合物多孔膜制成。
电极层由电极材料20制成，电极材料20是一种电活性材料，用以在电化学反应过程中作为充电和放电的电流电路；电极材料20包括正极活性物质和负极活性物质，正极活性物质包括钠钴氧化物、钠锰氧化物、钠基多元过渡金属氧化物、钠钒氧化物、过渡金属磷酸钠盐、过渡金属氟磷酸钠盐、磷酸铁钠(NaFePO4 ) 、钠锰氧化物 (NaXMnO2 )、三元体系（NaTMO2，TM=Ni，Co，Fe，Mn，Cr以及其他过渡金属），负极活性物质包括碳材料、钠合金，负极浆料为石墨、乙炔黑、中间相碳微球（MCMB）等中的一种。
电解液由有机钠盐溶液制成，有机钠盐溶液中包括钠盐、溶剂以及添加剂，所述钠盐包括NaCIO4、NaPF6和NaTFSI，溶剂由高纯有机溶剂制成，溶剂为溶剂为碳酸乙烯酯（EC）、碳酸丙烯酯（PC）、碳酸二乙酯（DEC）、1,2-二甲氧基乙烷（DME）、四氢呋喃（THF）、2-甲基四氢呋喃（2-MTHF），添加剂由功能保护添加剂制成，添加剂包括成膜保护类添加剂。
本专利提出特殊电极结构的钠离子电池适合应用于电动车辆，混合动力电动车辆，插电式混合动力电动车辆，无线电动工具，无线电源供应和其它的电力储存系统。
图2是本实用新型的制造方法的步骤流程图：
方法一：在集流体10上通过机械工艺进行加工穿孔30，准备电极材料20的浆料，将电极材料20的浆料均匀涂覆在集流体10的表面，通过干燥处理后，在集流体10的表面形成均匀的涂层结构；
方法二：先准备电极材料20的浆料，将电极材料20的浆料均匀涂覆在集流体10的表面，通过干燥处理后，在集流体10的表面形成均匀的涂层结构，随后通过机械工业进行打孔，得到带有穿孔30的集流体10。
图3是本实用新型的电极构造的一种应用示意图,如图所示，本实用新型提出的电极构造以叠片的方式组装成叠片结构，在相邻二个相邻的正负极极片20之间由隔膜40分隔开，避免短路。多层叠片完成后，使用铝塑膜或者硬壳包装电芯，注入电解液，封装为铝离子电池。
图4，本实用新型的电极构造也可以应用于卷绕结构的铝离子电池。将正负极极片20、隔膜40隔开避免短路，正极、隔膜以及负极三层通过卷绕制备出圆形或者方形的电芯。使用铝塑膜或者硬壳包装电芯，注入电解液，封装为铝离子电池。
本实用新型的有益之处在于：（1）集流体10质量减轻，一定程度上使得电池重量减轻；（2）箔材内阻降低，提升电池能量密度及倍率性能；（3）增加电解液的保液量，有利于循环寿命的提高；（4）增强活性材料与集流体10之间的附着力；（5）增强电池内钠离子在各个方向上的传递能力，提升电解液中的离子迁移速率，增加离子迁移路径，提高不同充电和放电速率下的充电和放电效率。
以上显示和描述了本实用新型的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，上述实施例不以任何形式限制本实用新型，凡采用等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本实用新型的保护范围内。

Claims (4)

1.一种钠离子电池的电极构造，包括若干集流体，其特征在于，所述集流体上设置有至少一个穿孔，所述集流体上涂覆有电极层，相邻两个所述集流体之间设置有隔膜和电解液。
2.根据权利要求1所述的一种钠离子电池的电极构造，其特征在于，所述集流体由箔材制成，所述箔材是由金属或非金属材料制成。
3.根据权利要求1所述的一种钠离子电池的电极构造，其特征在于，所述电极层由电极材料制成，所述电极材料包括正极活性物质和负极活性物质。
4.根据权利要求1所述的一种钠离子电池的电极构造，其特征在于，所述隔膜由聚合物多孔隔膜制成。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN115799443A (zh) * 2023-02-06 2023-03-14 中自环保科技股份有限公司 一种钠离子电池微孔铝箔电极及其制备方法
EP4152462A4 (en) * 2021-06-26 2024-03-06 Contemporary Amperex Technology Co Ltd FLAT PLATE SODIUM METAL BATTERY AND ELECTROCHEMICAL DEVICE

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