一种双极性极片和钠离子双极性电池的制作方法

1.本发明属于蓄电池技术领域，具体为一种双极性极片和钠离子双极性电池。


背景技术：

2.传统钠离子电池和锂离子电池内部包含一组正极片和负极片，此组正、负极片通过多层叠加或正负极卷绕实现不同容量的电池。极片叠加或卷绕形式的电池均处在电流汇流的极耳、极耳再和电池外部正负极连接，电池外部正负极之间需要导线连接实现电池单体之间的串联或并联实现容量和电压之间的任意组合。
3.叠片结构的极耳宽度远远小于极片宽度，正片极片的电流集中于极耳处，过大的电流导致此处温度上升、甚至发生极耳熔断。由于极耳宽度处在设计上限，为保证有足够的极耳截面积来满足承载电流的设计，因此无法使用更薄的正负极集流体，也无法设计出更大倍率充放电的电池。
4.对于混合动力汽车，汽车在制动过程会将机械能转化为电池的电能，由于钠离子电池和锂离子电池的上述特征，能量回收存在上限回收效率，本发明的电池结构电子直接从集流体的一端流向另一端，集流体的厚度即为电子的传输距离，极片面积即为电子传输面积。欧姆电阻远远小于传统的极片以及叠片或卷绕形式的电池，因此可以实现高倍率充电，提高能量回收效率。


技术实现要素：

5.本发明的一个目的在于提供一种能够使电子直接从集流体的一侧流向另一侧的双极性极片，实现电子具有最小的传输距离以及极片具有最大的电流传输面积，从而无限提高极片的电流承载能力。
6.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种双极性极片，包括集流体，集流体的正面和背面的边缘各预留涂胶区，并在涂胶区涂覆密封胶，且在正面的密封胶围成的区域内涂覆正极活性物质，在背面的密封胶围成的区域内涂覆负极活性物质。
7.在上述技术方案中，集流体的一面为正极活性物质，一面为负极活性物质，与具有现有的正负极活性物质分布在集流体左右两部分的极片相比，该双极性极片的电子直接从集流体的一面流向另一面，即集流体的厚度即为电子的传输距离，由于集流体的厚度远小于长度或宽度，因此这种双极性极片中电子从正极到负极的距离非常短，另外，在该双极性极片中，集流体正面面积即为电子传输面积，因此欧姆电阻远远小于传统的极片。
8.作为优选方案，集流体单侧的密封胶的厚度大于对应侧的活性物质的厚度。双极性极片作为组成电池的单元，通过一定数量的双极性极片的叠加得到不同电压的双极性电池，对于叠加的各层双极性极片，可通过使高于活性物质的密封胶部分融化，并对相邻的极片进行粘合固定和密封。
9.作为优选方案，所述双极性极片为薄片结构，具备折叠以及卷绕成卷的性能。双极性电池厚度小、表面积大的薄片结构，内部温度更加均匀，更利于电池散热和加热。
10.作为优选方案，所述双极性极片的集流体均为铝材质，可使用该种双极性极片制作钠离子电池。
11.本发明的另一个目的在于提供一种钠离子双极性电池，实现电子具有最小的传输距离以及极片具有最大的电流传输面积的目的，从而无限提高极片的电流承载能力。
12.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种钠离子双极性电池，包括正极片和负极片，以及在正极片和负极片之间沿着厚度方向叠加的若干权利要求-所述的双极性极片，该钠离子双极性电池种双极性极片、正极片和负极片中的集流体均为铝材质。具体地，所述正极片与双极性极片相比没有背面的负极活性物质及负极活性物质周边的密封胶，且集流体的一侧延伸形成预留的正极极耳部，所述负极片与双极性极片相比没有背面的正极活性物质及正极活性物质周边的密封胶，且集流体的一侧延伸形成预留的负极极耳部；所述正极片、负极片和各双极性极片满足正极活性物质正对负极活性物质，且在正极活性物质和负极活性物质之间设置隔膜，该隔膜中吸附电解质。
13.在上述技术方案中，叠加的双极性极片通过无极耳连接部件连接的方式串联，节约连接部件的成本以及占用的空间，且通过设置双极性极片叠加的层数可以得到不同电压大小的双极性电池，通过设置单个极片中活性物质的重量，可以得到不同容量大小的电池。这种双极性电池中，由于电子直接从集流体的一面穿过另一面，而这个电流路径具有很小的距离以及很大的面积，因此欧姆电阻远远小于传统的极片，且每个双极性电池的正极极耳部和负极极耳部与集流体具有相同的宽度，因此可以满足电池的高倍率充放电需求，在诸如油电混动的机动设备中可以实现提高能量回收效率的目的。
14.优选地，所述钠离子双极性电池还包括整体包裹并密封正极片、负极片以及双极性极片的绝缘层，正极极耳部和负极极耳部穿过绝缘层并裸露在外部。
15.优选地，所述正极片、负极片和双极性极片之间相邻的密封胶粘合在一起，实现对电池的固定及密封，确保电池具有稳定的充放电性能。
16.优选地，所述正极极耳部和负极极耳部具有与集流体的侧面相同的横截面形状，从而使正极极耳部和负极极耳部具有最大的尺寸，提高电流承载能力，满足其高倍率充放电性能对极耳的要求。
17.优选地，正极片和负极片中的集流体均为铝材质，正极活性物质为层状氧化物材料、聚阴离子化合物材料、普鲁士及其类似物材料、有机化合物材料中的一种；负极活性物质为碳素材料、合金型负极材料、氧化物型负极材料、硫化物型负极材料中的一种；电解质为溶解了包含六氟磷酸钠、高氯酸钠、natfsi、naftfsi、nafsi的链状或环状酯类化合物。
18.综上所述，本发明提供的钠离子双极性电池具有以下有益效果：
19.1.组合的双极性电池电压大小取决于双极性极片叠加的层数，这种无极耳无连接部件串联的电池可提供不同的电池电压；
20.2.双极性电池极片的裁切口不在电池内部，因此极片没有边缘毛刺；
21.3.节约连接部件的成本以及占用的空间，还可以大大提高电池的倍率充放电性能；
22.4.双极性电池面积大，厚度小，内部温度更加均匀，更利于电池散热和加热；
23.5.由其制成的双极性钠离子电池组无外部串联，或者大幅减少电池的串联，节约连接部件，提升能量密度；
24.6.串联电池组中在充放电时，基础单元单元电池的电流相同，电压不同，当一个基础单元电池落后时，造成其他基础单元电池的电压波动，电流却不变化容易加速落后基础单元电池的损坏，甚至热失控。采用并联方式增加容量，如果一个电池单元异常或者损坏，可以屏蔽充放电，电压不变容量降低，但是电池组仍然可以正常使用。避免了传统铅酸电池或者锂离子电池电池串联的组合模式，一个基础单元损坏后，整个电池组将无法使用的缺陷。
25.7.极性钠离子电池组的尺寸特点决定了散热性能非常好，无极耳连接内阻非常小，非常适合大倍率充放电使用工况的电动自行车或电摩。
附图说明
26.此处所说明的附图用来提供对本技术的进一步理解，构成本技术的一部分，本技术的示意性实施例及其说明用于解释本技术，并不构成对本技术的不当限定。在附图中：
27.图1为本发明提供的双极性极片实施例的剖面结构示意图；
28.图2为本发明提供的双极性极片的局部剖切结构示意图；
29.图3为本发明提供的双极性极片中正极极片的剖切结构示意图；
30.图4为本发明提供的双极性极片中负极极片的剖切结构示意图；
31.图5为本发明提供的利用图1-4所示双极性极片制成的钠离子双极性电池的剖切结构示意图。
32.图中，集流体1、负极活性物质2、正极活性物质3、密封胶4、双极性极片5、正极片6、负极片7、隔膜8、绝缘层9、正极极耳部11、负极极耳部12。
具体实施方式
33.以下将配合附图及实施例来详细说明本技术的实施方式，借此对本技术如何应用技术手段来解决技术问题并达成技术功效的实现过程能充分理解并据以实施。
34.图1和图2为本发明提供的双极性极片的一个实施例，双极性极片为薄片结构，具备折叠以及卷绕成卷的性能，包括集流体1，根据所要制作的电池种类，集流体1可以选用单一材质，例如铝、镍、铂等金属材质，也可以选用双层材质，例如正面为铝背面为铜的铜铝双层材质。集流体1的正面和背面的边缘各预留涂胶区，并在涂胶区涂覆密封胶4，且在正面的密封胶4围成的区域内涂覆正极活性物质3，在背面的密封胶4围成的区域内涂覆负极活性物质2，且使得集流体1单侧的密封胶的厚度大于对应侧的活性物质的厚度。对于这种集流体1的一面为正极活性物质3另一面为负极活性物质2的双极性极片，与现有的正负极活性物质分布在集流体同侧左右两部分的极片相比，该双极性极片具备电子直接从集流体的一面流向另一面的条件，即集流体的厚度即为电子的传输距离，由于集流体的厚度远小于长度或宽度，因此这种双极性极片中电子从正极到负极的距离非常短，另外，在该双极性极片中，集流体1正面面积即为电子传输面积，因此欧姆电阻远远小于传统的极片。
35.基于上述双极性极片，本发明还提出一种钠离子双极性电池，每个双极性电池包括一个如图3所示的正极片6、一个如图4所示的负极片7，以及若干图1所示的双极性极片5，且最外层包裹绝缘层9，实现对电池的密封。该钠离子双极性电池种双极性极片5、正极片6和负极片7中的集流体均为铝材质。具体地，正极片6与双极性极片5相比没有背面的负极活
性物质2及负极活性物质2周边的密封胶4，负极片与双极性极片5相比没有背面的正极活性物质3及正极活性物质3周边的密封胶4，且正极片6与负极片7的集流体的一侧均按全长尺寸延伸，并分别形成正极极耳部11和负极极耳部12。且正极活性物质3为层状氧化物材料、聚阴离子化合物材料、普鲁士及其类似物材料、有机化合物材料中的一种；负极活性物质2为碳素材料、合金型负极材料、氧化物型负极材料、硫化物型负极材料中的一种；电解质为溶解了包含六氟磷酸钠、高氯酸钠、natfsi、naftfsi、nafsi的链状或环状酯类化合物。
36.图5示出了本实施例提供的钠离子双极性电池的平置状态示意图，该双钠离子极性电池使用11片图1所示的双极性基片5，双极性基片5按照负极朝上正极朝下的方式整齐堆叠，上述正极片6的正极活性物质正对最上部的双极性基片5的负极活性物质，负极片7的负极活性物质正对最下部的双极性基片5的正极活性物质，且在相邻的正极活性物质和负极活性物质之间均设置隔膜8。另外，双极性电池中相邻的极片堆叠后，对密封胶区域加热加压，密封胶融化后将全部极片粘接在一起，密封胶和隔膜起到密封和绝缘的作用。双极性电池的任意一个边的任意一个宽度不加热加压，并形成注液口，且确保正极极耳部11和负极极耳部12伸出绝缘层9，以及极耳周边的密封性，然后通过注液口向绝缘层9内进行注液工序，化成结束后对整个电池加压，并对注液口加热加压密封，最后得到合格的双极性电池。
37.本实施例中，所用正负极片的集流体的尺寸为0.05mm*220mm*300mm，且正极极耳部11和负极极耳部12引出长度为20mm；双极性极片中集流体尺寸为0.01mm*200mm*300mm，中间活性物质涂覆区为180mm*280mm，四周的密封胶宽度10mm；所用隔膜尺寸为0.02mm*202mm*302mm，四周超出双极性电池集流体1mm，材质选用pet材质的拉伸多孔膜或者纤维膜，也可以选用pi、芳纶等熔点高于160℃以上的材料制备的多孔隔膜。
38.双极性极片中，正负极活性物质的n/p比按照1.0-2.0，正极活性物质涂覆面密度200g/m2、负极活性物质涂覆面密度100g/m2。最终得到的双极性极片的厚度为0.18mm-0.20mm；正极极片厚度为0.10mm-0.12mm；负极极片厚度为0.16mm-0.18mm。可根据上述方式获得双极性钠离子电池极片，钠离子正极片和钠离子负极片，并按照上述双极性电池的堆叠方式将双极性钠离子电池极片、钠离子正极片和钠离子负极片堆叠形成12v,24v,48v,60v,72v等基础单元电压的整数倍的钠离子电池。而对于一块48v的双极性电池来说，其厚度为3.6mm、长宽尺寸为200mm*300mm的面积，双极性电池组容量为1.2ah，且通过加大双极性极片的面积，可以增加电池组的容量。
39.该实施例中，叠加的双极性极片通过无极耳连接部件连接的方式串联，节约连接部件的成本以及占用的空间，且通过设置双极性极片叠加的层数可以得到不同电压大小的双极性电池，通过设置单个极片中活性物质的重量，可以得到不同容量大小的电池。这种双极性电池中，由于电子直接从集流体的一面穿过另一面，而这个电流路径具有很小的距离以及很大的面积，因此欧姆电阻远远小于传统的极片，且每个双极性电池的正极极耳部11和负极极耳部12与集流体具有相同的宽度，实现电子具有最小的传输距离以及极片具有最大的电流传输面积的目的，从而无限提高极片的电流承载能力，因此可以满足电池的高倍率充放电需求，在诸如油电混动的机动设备中可以实现提高能量回收效率的目的。
40.另外，可以将上述钠离子双极性电池应用于电动自行车，由于这种电池占用空间小，能卷绕，因此电池仓位置可以设计到脚踏板和连接脚踏板的座桶底部，而这种电池仓设
计可以最大限度的提高电池仓的长宽尺寸和最大限度的降低脚踏板高度，几乎不占用座桶内部的储物空间，将电动自行车重心最大限度降低以及座椅完全设计到后轮上方。因此，使用这种电池，可以使电动自行车的设计不受电池仓的限制，使电动自行车的操控安全性大幅度提升，驾驶舒适性高幅度提高。
41.如在说明书及权利要求当中使用了某些词汇来指称特定组件。本领域技术人员应可理解，硬件制造商可能会用不同名词来称呼同一个组件。本说明书及权利要求并不以名称的差异来作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的差异来作为区分的准则。如在通篇说明书及权利要求当中所提及的“包含”为一开放式用语，故应解释成“包含但不限定于”。“大致”是指在可接收的误差范围内，本领域技术人员能够在一定误差范围内解决所述技术问题，基本达到所述技术效果。
42.需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的商品或者系统不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种商品或者系统所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的商品或者系统中还存在另外的相同要素。
43.上述说明示出并描述了本发明的若干优选实施例，但如前所述，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述发明构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。