CN220400625U - 一种高能量密度混合型钠离子电池正极片 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种高能量密度混合型钠离子电池正极片，包括正极集流体，正极集流体的阴阳两面涂覆设置有第一正极材料层和第二正极材料层，第一正极材料层、第二正极材料层为不同正极材料膜层或第一正极材料层、第二正极材料层为由不同正极材料膜层形成的复合结构层。本实用新型的高能量密度混合型钠离子电池正极片具有能量密度高、电化学性能优异和安全性有效均衡的特点。
Description
技术领域
本实用新型涉及钠离子电池技术领域，具体是指一种高能量密度混合型钠离子电池正极片。
背景技术
钠离子电池是工作原理与锂离子电池类似的二次电池。在充电过程中，钠离子从正极材料释放出来，并通过电解质传输到负极材料中嵌入。而在放电过程中，钠离子则从负极材料中脱出并通过电解质移动到正极材料中，释放出储存的能量。
目前钠离子电池的正极材料主要有层状氧化物、普鲁士蓝和聚阴离子三种类型。聚阴离子作为钠离子电池材料具有低成本、长寿命和高安全的特点，具有较好的应用潜力。但是，聚阴离子作为钠离子电池正极材料存在能量密度较低的缺陷。聚阴离子其结构中带有许多负电荷基团，可以吸引和嵌入正电荷的钠离子。然而，由于聚阴离子本身的大尺寸和较低的导电性能，其能量密度相对较低，制约了其的推广应用。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种高能量密度混合型钠离子电池正极片，具有能量密度高、电化学性能优异和安全性有效均衡的特点。
本实用新型可以通过以下技术方案来实现：
本实用新型公开了一种高能量密度混合型钠离子电池正极片，包括正极集流体，正极集流体的阴阳两面涂覆设置有第一正极材料层和第二正极材料层，第一正极材料层、第二正极材料层为不同正极材料膜层或第一正极材料层、第二正极材料层为由不同正极材料膜层形成的复合结构层。
进一步地，正极材料膜层为聚阴离子材料膜层、层状氧化物材料膜层和/或普鲁士蓝材料膜层，侧重于采用聚阴离子材料作为基础，然后混合层状氧化物材料和/或普鲁士蓝材料提升能量密度。
进一步地，正极材料膜层采用辊涂、刮涂、喷涂、挤压涂布或转移涂布方式设置在正极集流体上。操作较为便捷，可以适用现有的涂布设备进行加工制作。
进一步地，复合结构层中的正极材料膜层至少为两层，并至少包括一设置于最外层的聚阴离子材料膜层，以有效提升正极片用作钠离子电池的安全性。在实际中，并不局限为两层，可以设置为三层或更多层。
进一步地，复合结构层中，不同正极材料膜层在其接触面形成结合纹路，形成不同材料直接充分接触界面，也方便电解液的浸润和渗透，提升电池性能。
进一步地，复合结构层中，不同正极材料膜层在干燥后通过辊压成型，辊压成型方式包括热辊压或冷辊压，实现极片具有较好的延展性，方便后续卷绕加工。
进一步地，正极集流体为铝箔、铜箔、铝网或铜网。一般来说，优选网状结构，附着更多活性材料，提升能量密度。
进一步地，正极集流体的表面涂覆设置有导电胶层，从而使用正极材料膜层更好的与正极集流体结合，避免脱落或脱层。
本实用新型的另外一个方面在于保护钠离子电池，该钠离子电池采用上述正极片层叠或卷绕而成。
本实用新型一种高能量密度混合型钠离子电池正极片，具有如下的有益效果：
第一、能量密度高，以层状氧化物和聚阴离子的混合为例，通过采用混合型正极片，层状氧化物的压实密度是3.3 g/cm3,可逆容量150mAh/g；聚阴离子的压实密度是2.2g/cm3, 可逆容量102mAh/g。若以1:1的面密度涂布，双层结构的正极极片的压实理论压实应为2.75 g/cm3，克容量126mAh/g，相较纯聚阴离子相比，其体积能量密度提升25%，重量能量密度提升＞23.5%；孔隙率降低带来的注液量减少；
第二、电化学性能优异，相较混合物料后的一次涂布工艺，采用双层结构涂布有利之处还在于：层状氧化物或普鲁士蓝材料的压实密度大，聚阴离子的压实密度小，在垂直于电极的方向，电极的压实密度呈现梯度分布，靠近正极集流体侧即层状氧化物或普鲁士蓝材料的厚度方向压实密度大，外表面的聚阴离子的厚度方向压实密度小，表面的压实密度小促进了电解液的浸润，随着循环过程中电极内部电解液的消耗，外层电解液逐步向内部扩散，保证了电池的有效性；
第三、安全性有效均衡，采用混合型的正极片设置，聚阴离子材料设置作为最外的膜层，既避免层状氧化物作直接作为正极材料基于Co、Ni等金属造成的安全性隐患，也有效克服普鲁士蓝作为极片最外膜层在极端条件下（例如极高温度或极酸性/碱性环境）下变得不稳定可能发生分解或产生有毒气体。
附图说明
图1-2为本实用新型两种类型的高能量密度混合型钠离子电池正极片的结构示意图；
附图中的标记包括：100、正极集流体；200、正极材料层； 300、正极材料层；201、负极材料膜层；301、正极材料膜层。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型的技术方案，下面结合实施例及附图对本实用新型产品作进一步详细的说明。
如图1-2所示，本实用新型公开了一种高能量密度混合型钠离子电池正极片，包括正极集流体100，正极集流体100的阴阳两面涂覆设置有第一正极材料层和第二正极材料层，第一正极材料层、第二正极材料层为不同正极材料膜层200、300或第一正极材料层、第二正极材料层为由不同正极材料膜层201、301形成的复合结构层。具体地，正极材料膜层为聚阴离子材料膜层、层状氧化物材料膜层和/或普鲁士蓝材料膜层。
本实用新型对于工艺具有较好的通用性，正极材料膜层采用辊涂、刮涂、喷涂、挤压涂布或转移涂布方式设置在正极集流体上。具体地，复合结构层中，不同正极材料膜层在其接触面形成结合纹路。复合结构层中，不同正极材料膜层在干燥后通过辊压成型，辊压成型方式包括热辊压或冷辊压。采用现有成熟的涂布、辊压工艺即可满足生产要求，操作简单便捷。
在本实用新型中，为了保证安全性，复合结构层中的正极材料膜层至少为两层，并至少包括一设置于最外层的聚阴离子材料膜层。
在本实用新型中，对于正极集流体以现有的箔材为主，正极集流体为铝箔、铜箔、铝网或铜网。同时，为提升正极集流体与正极材料的结合能力，正极集流体的表面涂覆设置有导电胶层。
本实用新型的另外一个方面在于保护钠离子电池，该钠离子电池采用上述正极片层叠或卷绕而成。若使用双面分别为两种不同正极材料的正极片，至少一面的正极材料为聚阴离子，并且该聚阴离子位于卷芯朝向壳体的一侧。
实施例1
采用现有单面涂布工艺，在正极集流体上首先涂布层状氧化物正极材料形成正极材料膜层，经过烘箱烘干后，继续在正极材料膜层表面涂布聚阴离子型正极材料形成第二正极材料膜层，即得到单面具有两种正极材料的电极片。然后按照同样的方式操作涂覆正极就流体的另一面，得到完整的正极片。
实施例2
采用现有双面涂布工艺，在集流体的两面首先涂布层状氧化物正极材料形成正极材料膜层，经过烘箱烘干且辊压后，继续在正极材料膜层涂布聚阴离子型正极材料，形成第二正极材料膜层即得到两面具有两种正极材料的电极片。
实施例3
实施例3与实施例1相比，在于采用普鲁士蓝正极材料代替层状氧化物正极材料。
实施例4
实施例4与实施例2相比，在于采用普鲁士蓝正极材料代替层状氧化物正极材料。
实施例-4制备的电极片中，靠近正极集流体的两侧为层状氧化物正极材料，在层状氧化物正极材料的两个表面分别是聚阴离子正极材料。
实施例5
采用现有单面涂布工艺，在正极集流体上首先单面涂布层状氧化物正极材料形成正极材料膜层，经过烘箱烘干后，继续在正极集流体的另一面涂布聚阴离子型正极材料形成第二正极材料膜层，即得到双面具有两种正极材料的电极片。
实施例6
实施例6与实施例5相比，差异在于采用普鲁士蓝正极材料代替层状氧化物正极材料。
在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语诸如 “上”、“下”、“前”、“后”、 “左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上， 除非另有明确具体的限定。
在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
上述实施例仅为本实用新型的具体实施例，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些显而易见的替换形式均属于本实用新型的保护范围。
Claims (9)
1.一种高能量密度混合型钠离子电池正极片，包括正极集流体，其特征在于：所述正极集流体的阴阳两面涂覆设置有第一正极材料层和第二正极材料层，所述第一正极材料层、第二正极材料层为不同正极材料膜层或所述第一正极材料层、第二正极材料层为由不同正极材料膜层形成的复合结构层。
2.根据权利要求1所述的高能量密度混合型钠离子电池正极片，其特征在于：所述正极材料膜层为聚阴离子材料膜层、层状氧化物材料膜层和/或普鲁士蓝材料膜层。
3.根据权利要求2所述的高能量密度混合型钠离子电池正极片，其特征在于：所述正极材料膜层采用辊涂、刮涂、喷涂、挤压涂布或转移涂布方式设置在正极集流体上。
4.根据权利要求3所述的高能量密度混合型钠离子电池正极片，其特征在于：所述复合结构层中的正极材料膜层至少为两层，并至少包括一设置于最外层的聚阴离子材料膜层。
5.根据权利要求4所述的高能量密度混合型钠离子电池正极片，其特征在于：所述复合结构层中，不同正极材料膜层在其接触面形成结合纹路。
6.根据权利要求5所述的高能量密度混合型钠离子电池正极片，其特征在于：所述复合结构层中，不同正极材料膜层在干燥后通过辊压成型，所述辊压成型方式包括热辊压或冷辊压。
7.根据权利要求6所述的高能量密度混合型钠离子电池正极片，其特征在于：所述正极集流体为铝箔、铜箔、铝网或铜网。
8.根据权利要求7所述的高能量密度混合型钠离子电池正极片，其特征在于：所述正极集流体的表面涂覆设置有导电胶层。
9.一种钠离子电池，其特征在于：采用权利要求1-8任一项所述正极片层叠或卷绕而成。
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