CN219642864U - 一种钠镁混合电池 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种钠镁混合电池，包括电芯、电解液和外壳，所述电芯包括正极片、负极片和隔膜，所述正极片的正极活性材料包括钠离子层状氧化物材料、钠离子聚阴离子材料或钠离子普鲁士蓝材料中的其中一种；所述负极片的材料为纯镁或镁合金，且厚度在0.05mm以下。上述一种钠镁混合电池的制备工艺简单且成本低廉，其正极片具有快速的离子电导率和高结构稳定性，负极片在充放电过程中能够实现无枝晶沉积/溶解，具有高本征安全性，因此对于风力发电机、水力发电、备用电源等规模储能产业发展具有很大的实用价值。
Description
技术领域
本实用新型涉及钠镁电池技术领域，具体涉及一种钠镁混合电池。
背景技术
近年来，锂电池已被广泛应用于能源领域。然而，金属锂负极在充放电过程中极易生长枝晶，导致刺穿隔膜后引发起火爆炸，并且锂电池的原料成本不断升高，无法满足大规模制备的低成本要求。而钠和镁在地壳中的丰度要远远大于锂，因而开发钠电池和镁电池可以大幅度地降低电池的成本。
目前，钠电池在充放电过程中容易发生容量的快速衰减，并且钠在空气中不稳定，不易于运输，而镁电池中Mg2+在固相极片内的扩散移动较慢，使得倍率性能较差。因此这两种电池均未达到实际使用需求，对于风力发电、水力发电以及备用电源等规模储能产业发展，还需开发新型可充放电池。
实用新型内容
针对现有技术存在的不足，本实用新型提出一种钠镁混合电池，具有良好的充放电性能、稳定性和安全性。
为了实现上述目的，本实用新型是通过如下的技术方案来实现：一种钠镁混合电池，包括电芯、电解液和外壳，所述电芯包括正极片、负极片和隔膜，所述隔膜设置在正极片和负极片之间，所述外壳包裹在电芯最外层，所述电解液设置在外壳内；
所述正极片的正极活性材料包括钠离子层状氧化物材料、钠离子聚阴离子材料或钠离子普鲁士蓝材料中的其中一种；
所述负极片的材料为纯镁或镁合金。
进一步地，所述正极片上设有集流体和正极极耳，所述集流体的内侧面涂覆有正极活性材料，且正极片的内侧面设置有正极空箔区，所述正极极耳设置在正极空箔区；
所述集流体为铝箔或碳纸中的其中一种，所述正极极耳为铝带。
进一步地，所述负极片上设有负极极耳，所述负极极耳为镍带。
进一步地，所述正极片、负极片和隔膜呈叠片体结构或卷绕体结构。
进一步地，所述隔膜为玻璃纤维隔膜、聚乙烯薄膜、聚丙烯薄膜或PE/PP复合薄膜中的其中一种。
进一步地，所述电解液为Na/Mg双盐电解液。
进一步地，所述Na/Mg双盐电解液中的Mg/Na原子比为0.5:1～1:1，所述电解液包括含Na/Mg双离子的[AlCl4]—/乙二醇二甲醚溶液、[TFSI]—/乙二醇二甲醚溶液或[TFSI]—/无水乙腈溶液中的其中一种。
进一步地，所述外壳为铝塑膜壳体。
上述一种钠镁混合电池的有益效果是：
(1)正极片的正极活性材料为钠离子层状氧化物材料、钠离子聚阴离子材料或钠离子普鲁士蓝材料，具有快速的离子电导率和良好的结构稳定性，而负极片为纯镁或镁合金箔片，金属镁负极在充放电过程中能够实现无枝晶沉积/溶解，具有高本征安全性。
(2)原料主要为钠、镁、锰等无毒无污染的绿色材料，元素丰度较高，原材料成本较低。并且制备工艺也较为简单，正极片均采用常规设备进行搅拌和涂布，能够有效简化制备过程，电芯采用常规叠片式或卷绕式工艺制备，适合工业化生产，因此能够有效降低电芯材料成本。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式，下面将对具体实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。
图1为本实用新型一实施例提供的一种钠镁混合电池的主视图；
图2为图1所示的一种钠镁混合电池的电芯的示意图；
附图标记：
10-电芯、11-正极片、111-正极极耳、12-负极片、121-负极极耳、13-隔膜；20-外壳。
具体实施方式
下面将结合附图对本实用新型技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本实用新型的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本实用新型的保护范围。
请参阅图1和图2，本实用新型提供一种钠镁混合电池，包括电芯10、电解液和外壳20，电芯10包括正极片11、负极片12和隔膜13。
具体地，正极片11的正极活性材料包括钠离子层状氧化物材料、钠离子聚阴离子材料或钠离子普鲁士蓝材料中的其中一种，采用上述任一一种材料的正极片不仅具有快速的离子电导率，还具有良好的结构稳定性，并且钠的制备简单、成本低廉。负极片12为纯镁或镁合金箔片，厚度不大于0.05mm，采用纯镁或镁合金的负极片，在充放电过程中能够实现无枝晶沉积/溶解，具有高本征安全性，并且可塑性较高。
正极片11上设有集流体和正极极耳111，集流体的内侧面涂覆有正极活性材料，且正极片的内侧面的一端设置有正极空箔区，正极极耳设置在正极空箔区。负极片12上设有负极极耳121，正极极耳111和负极极耳121均延伸出外壳20上端，在本实施方式中，正极极耳为铝带，负极极耳为镍带，均具有消耗的导电性，且质地较软，便于与集流体焊接或粘接。集流体为铝箔或碳纸中的一种，铝箔可为光面铝箔或毛面铝箔，根据实际需求进行选择。
隔膜13位于正极片11和负极片12之间，隔膜为玻璃纤维(GF)隔膜13、聚乙烯(PE)薄膜、聚丙烯(PP)薄膜或PE/PP复合薄膜中的其中一种，可根据实际需求进行选择。
具体地，电解液为Na/Mg双盐电解液，Na/Mg双盐电解液中的Mg/Na原子比为0.5:1～1:1，电解液包括含Na/Mg双离子的[AlCl4]—/乙二醇二甲醚溶液、[TFSI]—/乙二醇二甲醚溶液或[TFSI]—/无水乙腈溶液中的其中一种，采用上述几种溶液，能够为正极材料提供补钠来源，维持金属镁负极表面均匀的沉积/溶解，提高电池的循环稳定性。
具体地，外壳为铝塑膜壳体，正极片11、负极片12和隔膜13呈叠片体结构或卷绕体结构，铝塑膜壳体包裹在最外层，电解液添加在铝塑膜壳体内部。
上述一种钠镁混合电池电池，含有钠离子材料的正极片具有快速的离子电导率和高结构稳定性，金属镁负极片在充放电过程中能够实现无枝晶沉积/溶解，具有高本征安全性。并且主要原料为钠、镁、锰等无毒无污染的绿色材料，元素丰度较高，原材料成本较低。制备工艺也较为简单，正极片均采用常规设备进行搅拌和涂布，能够有效简化制备过程，电芯采用常规叠片式或卷绕式工艺制备，适合工业化生产，能够有效降低电芯材料成本。
以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求和说明书的范围当中。
Claims (7)
1.一种钠镁混合电池，其特征在于：包括电芯、电解液和外壳，所述电芯包括正极片、负极片和隔膜，所述隔膜设置在正极片和负极片之间，所述外壳包裹在电芯最外层，所述电解液设置在外壳内；
所述正极片的正极活性材料包括钠离子层状氧化物材料或钠离子聚阴离子材料的其中一种；
所述负极片的材料为纯镁或镁合金；
所述电解液为Na/Mg双盐电解液。
2.根据权利要求1所述的一种钠镁混合电池，其特征在于：所述正极片上设有集流体和正极极耳，所述集流体的内侧面涂覆有正极活性材料，且正极片的内侧面设置有正极空箔区，所述正极极耳设置在正极空箔区；
所述集流体为铝箔或碳纸中的其中一种，所述正极极耳为铝带。
3.根据权利要求1所述的一种钠镁混合电池，其特征在于：所述负极片上设有负极极耳，所述负极极耳为镍带。
4.根据权利要求1所述的一种钠镁混合电池，其特征在于：所述正极片、负极片和隔膜呈叠片体结构或卷绕体结构。
5.根据权利要求1所述的一种钠镁混合电池，其特征在于：所述隔膜为玻璃纤维隔膜、聚乙烯薄膜、聚丙烯薄膜或PE/PP复合薄膜中的其中一种。
6.根据权利要求1所述的一种钠镁混合电池，其特征在于：所述Na/Mg双盐电解液中的Mg/Na原子比为0.5:1～1:1，所述电解液包括含Na/Mg双离子的[AlCl4]—/乙二醇二甲醚溶液、[TFSI]—/乙二醇二甲醚溶液或[TFSI]—/无水乙腈溶液中的其中一种。
7.根据权利要求1所述的一种钠镁混合电池，其特征在于：所述外壳为铝塑膜壳体。
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