一种普鲁士蓝类钠离子电池

专利摘要:
本实用新型涉及一种普鲁士蓝类钠离子电池，电池内的卷芯包括依次设置的正极集流体层、正极材料层、电解质层、负极材料层和负极集流体层，所述电解质层为隔膜和液态电解质组成的液膜层，所述隔膜由聚合物基体层和表面吸液涂层构成，电芯内的各层之间依次顺序卷绕或叠片组装，正极材料层中的活性材料为普鲁士蓝类正极材料，制备的电池为水系钠离子电池或有机钠离子电池，所述普鲁士蓝类钠离子电池价格低廉，电化学性能优良，安全可靠，进而使其能够做到储能领域的大规模化使用。
公开号:CN214336748U
申请号:CN202120447883.6U
申请日:2021-03-02
公开日:2021-10-01
发明作者:尚雷
申请人:Hunan Yiputeng Technology Co ltd；
IPC主号:H01M4-58

专利说明:
[n0001] 本实用新型涉及电池技术领域，尤其是一种普鲁士蓝类钠离子电池。
[n0002] 近年来，风能、太阳能等清洁能源发展迅猛，发电量不断上升，但这些间歇式能源在并入电网时易引发频率不稳定的问题。为了确保电网的平稳运行，需要实时保持发电量与负荷之间的平衡，而电池储能为电网的高效调峰调频提供了可能。然而现有储能电池有锂离子电池、熔融钠电池和氧化还原流电池，该类电池的制造成本较高，这妨碍了它们在电网上大规模的应用。
[n0003] 室温钠离子电池成为发展大规模固定式储能系统最具竞争力的电池之一。与锂离子电池类似，其充放电过程一方面依靠钠离子在正负极之间嵌入脱出从而在内部形成通路，另一方面通过电子在电极上得失并传输得以在外电路产生电流。在这个过程中，正极材料往往提供电池工作时需要的钠离子，且在很大程度上决定着电池所能提供的输出电压，是电池的重要组成部分，也是钠离子电池的研究重点，因此，钠离子电池正极材料的选型，不仅决定了钠离子电池能量密度和功率密度的高低，而且决定了钠离子电池的成本，以及该钠离子电池能否在储能领域得到大规模的应用。
[n0004] 本实用新型所要解决的技术问题在于提供一种普鲁士蓝类钠离子电池。
[n0005] 本实用新型的技术方案：
[n0006] 一种普鲁士蓝类钠离子电池，电池内的卷芯包括依次设置的正极集流体层、正极材料层、电解质层、负极材料层和负极集流体层，所述正极材料层置于正极集流体的对称两面，对称两面的正极材料层厚度和材料相同，所述负极材料层置于负极集流体的对称两面，对称两面的负极材料层厚度和材料相同，所述正极材料层中的活性材料为六氰合铁酸铁钠(NaFeHCF)、六氰合铁酸镍钠(NaNiHCF)、六氰合铁酸铜钠(NaCuHCF)、六氰合铁酸锰钠(NaMnHCF)、六氰合铁酸锌钠(NaZnHCF)、六氰合铁酸钴钠(NaCoHCF)、六氰合锰酸镍钠(NaNiHCMn)、六氰合锰酸钴钠(NaCoHCMn)、六氰合锰酸铜钠(NaCuHCMn)或六氰合锰酸锌钠(NaZnHCMn)，所述负极材料层中的活性材料为硬碳、软碳、磷酸钛钠或六氰合锰酸锰钠(NaMnHCMn)，所述电解质层为隔膜和液态电解质组成的液膜层，所述隔膜由聚合物基体层和表面吸液涂层构成，电芯内的各层之间依次顺序卷绕或叠片组装。
[n0007] 优选的，上述普鲁士蓝类钠离子电池，所述正极集流体层为普通光面铝箔、涂炭铝箔、微孔铝箔或泡沫铝箔。
[n0008] 优选的，上述普鲁士蓝类钠离子电池，所述聚合物基体层为微孔聚烯烃膜、无纺布膜、纳米纤维膜或纤维素隔膜纸。
[n0009] 优选的，上述普鲁士蓝类钠离子电池，所述表面吸液涂层的材料为聚偏氟乙烯、聚偏氟乙烯-六氟丙烯、二氧化硅、勃姆石或聚四氟乙烯。
[n0010] 优选的，上述普鲁士蓝类钠离子电池，所述液态电解质为有机液体电解质、水系液体电解质或离子液体电解质。
[n0011] 优选的，上述普鲁士蓝类钠离子电池，所述负极集流体层为普通光面铝箔、涂炭铝箔、微孔铝箔、泡沫铝箔、普通光面铜箔、涂炭铜箔或微孔铜箔。
[n0012] 优选的，上述普鲁士蓝类钠离子电池，所述正极集流体层的厚度为5～50μm，负极集流体层的厚度为4～50μm。
[n0013] 优选的，上述普鲁士蓝类钠离子电池，所述正极材料层的厚度为50～800μm，负极材料层的厚度为50～800μm。
[n0014] 优选的，上述普鲁士蓝类钠离子电池，所述电解质层的厚度为6～50μm。
[n0015] 本实用新型的优越性：
[n0016] 上述普鲁士蓝类钠离子电池，正极材料层中的活性材料采用自然界储量丰富的钠作为储能元素，极大的降低了钠离子电池的成本，同时使用价格低廉的铁基或锰基普鲁士蓝类正极材料制备的电池为水系钠离子电池或有机钠离子电池，因普鲁士蓝类正极材料具备开放式骨架结构的材料,能为大尺寸离子脱嵌提供足够的间隙空间，从而使钠离子电池具有较高的倍率性能和循环性能，加之其不受钴资源紧缺的限制，价格低廉，电化学性能优良，安全可靠,进而使普鲁士蓝类钠离子电池能够做到储能领域的大规模化使用；所述正极集流体层和负极集流体层都采用铝箔，极大降低了该类电池的制造成本，隔膜采用高分子聚合物和陶瓷材料作为涂层材料，不仅使该类钠离子电池的正极材料层和负极材料层的接触间距缩短，降低了其界面阻抗，还能提高其循环稳定性和安全性。
[n0017] 图1为本实用新型所述普鲁士蓝类钠离子电池的结构示意图；
[n0018] 图2为本实用新型所述正极集流体和对称两面正极材料层的结构示意图；
[n0019] 图3为本实用新型所述负极集流体和对称两面负极材料层的结构示意图。
[n0020] 图中：1-正极材料层 2-电解质层 3-负极材料层 4-正极集流体层
[n0021] 5-负极集流体层 6-液态电解质 7-表面吸液涂层 8-隔膜
[n0022] 实施例1
[n0023] 如图1所示，一种普鲁士蓝类钠离子电池，钠离子电池内的卷芯包括依次设置的正极集流体层4、正极材料层1、电解质层2、负极材料层3和负极集流体层5；所述正极材料层置于正极集流体的对称两面，对称两面的正极材料层厚度和材料相同(如图2所示)，所述负极材料层置于负极集流体的对称两面，对称两面的负极材料层厚度和材料相同(如图3所示)，所述正极集流体层4为普通光面铝箔、厚度为16μm，正极材料层1中的活性材料为六氰合铁酸铁钠(NaFeHCF)，正极材料层的厚度为800μm，所述电解质层2为由液体电解质6和隔膜8组成的液膜层，液体电解质6为有机液体电解质，所述隔膜8由聚合物基体层和表面吸液涂层7构成,隔膜8主体为聚合物基体层，所述聚合物基体层的材料为微孔聚烯烃膜，隔膜8的表面吸液涂层7的材料为聚偏氟乙烯，所述电解质层2的厚度为26μm，负极材料层3中的活性材料为硬碳，负极材料层的厚度为520μm，负极集流体层为普通光面铝箔、厚度为16μm，制备的普鲁士蓝类钠离子电池，0.5C/0.5C充放电测试，循环1500圈，容量保持率≥80％。
[n0024] 实施例2
[n0025] 如图1所示，一种普鲁士蓝类钠离子电池，钠离子电池内的卷芯包括依次设置的正极集流体层4、正极材料层1、电解质层2、负极材料层3和负极集流体层5；所述正极材料层置于正极集流体的对称两面，对称两面的正极材料层厚度和材料相同(如图2所示)，所述负极材料层置于负极集流体的对称两面，对称两面的负极材料层厚度和材料相同(如图3所示)，所述正极集流体层4为涂炭铝箔、厚度为26μm，正极材料层1中的活性材料为六氰合铁酸镍钠(NaNiHCF)，正极材料层的厚度为650μm，所述电解质层2为由液体电解质6和隔膜8组成的液膜层，液体电解质6为水系液体电解质，所述隔膜8由聚合物基体层和表面吸液涂层7构成，隔膜8主体为聚合物基体层，所述聚合物基体层的材料为纤维素隔膜纸，隔膜8的表面吸液涂层7的材料为勃姆石，所述电解质层2的厚度为34μm，负极材料层3中的活性材料为磷酸钛钠，负极材料层的厚度为800μm，负极集流体层为涂炭铝箔、厚度为26μm，制备的普鲁士蓝类钠离子电池，0.5C/0.5C充放电测试，循环2000圈，容量保持率≥80％。
[n0026] 实施例3
[n0027] 如图1所示，一种普鲁士蓝类钠离子电池，钠离子电池内的卷芯包括依次设置的正极集流体层4、正极材料层1、电解质层2、负极材料层3和负极集流体层5；所述正极材料层置于正极集流体的对称两面，对称两面的正极材料层厚度和材料相同(如图2所示)，所述负极材料层置于负极集流体的对称两面，对称两面的负极材料层厚度和材料相同(如图3所示)，所述正极集流体层4为微孔铝箔、厚度为18μm，正极材料层1中的活性材料为六氰合铁酸铜钠(NaCuHCF)，正极材料层的厚度为350μm，所述电解质层2为由液体电解质6和隔膜8组成的液膜层，液体电解质6为水系液体电解质，所述隔膜8由聚合物基体层和表面吸液涂层7构成，隔膜8主体为聚合物基体层，所述聚合物基体层的材料为纤维素隔膜纸，隔膜8的表面吸液涂层7的材料为二氧化硅，所述电解质层2的厚度为50μm，负极材料层3中的活性材料为六氰合锰酸锰钠(NaMnHCMn)，负极材料层的厚度为380μm，负极集流体层为微孔铝箔、厚度为16μm，制备的普鲁士蓝类钠离子电池，0.5C/0.5C充放电测试，循环1800圈，容量保持率≥80％。
[n0028] 实施例4
[n0029] 如图1所示，一种普鲁士蓝类钠离子电池，钠离子电池内的卷芯包括依次设置的正极集流体层4、正极材料层1、电解质层2、负极材料层3和负极集流体层5；所述正极材料层置于正极集流体的对称两面，对称两面的正极材料层厚度和材料相同(如图2所示)，所述负极材料层置于负极集流体的对称两面，对称两面的负极材料层厚度和材料相同(如图3所示)，所述正极集流体层4为泡沫铝箔、厚度为50μm，正极材料层1中的活性材料为六氰合铁酸锰钠(NaMnHCF)，正极材料层的厚度为250μm，所述电解质层2为由液体电解质6和隔膜8组成的液膜层，液体电解质6为离子液体电解质，所述隔膜8由聚合物基体层和表面吸液涂层7构成，隔膜8主体为聚合物基体层，所述聚合物基体层的材料为无纺布膜，隔膜8的表面吸液涂层7的材料为聚偏氟乙烯-六氟丙烯，所述电解质层2的厚度为20μm，负极材料层3中的活性材料为软碳，负极材料层的厚度为180μm，负极集流体层为泡沫铝箔、厚度为50μm，制备的普鲁士蓝类钠离子电池，0.5C/0.5C充放电测试，循环1000圈，容量保持率≥80％。
[n0030] 实施例5
[n0031] 如图1所示，一种普鲁士蓝类钠离子电池，钠离子电池内的卷芯包括依次设置的正极集流体层4、正极材料层1、电解质层2、负极材料层3和负极集流体层5；所述正极材料层置于正极集流体的对称两面，对称两面的正极材料层厚度和材料相同(如图2所示)，所述负极材料层置于负极集流体的对称两面，对称两面的负极材料层厚度和材料相同(如图3所示)，所述正极集流体层4为普通光面铝箔、厚度为16μm，正极材料层1中的活性材料为六氰合铁酸锌钠(NaZnHCF)，正极材料层的厚度为150μm，所述电解质层2为由液体电解质6和隔膜8组成的液膜层，液体电解质6为有机液体电解质，所述隔膜8由聚合物基体层和表面吸液涂层7构成，隔膜8主体为聚合物基体层，所述聚合物基体层的材料为纳米纤维膜，隔膜8的表面吸液涂层7的材料为聚四氟乙烯，所述电解质层2的厚度为12μm，负极材料层3中的活性材料为硬碳，负极材料层的厚度为80μm，负极集流体层为普通光面铜箔、厚度为8μm，制备的普鲁士蓝类钠离子电池，0.5C/0.5C充放电测试，循环1200圈，容量保持率≥80％。
[n0032] 实施例6
[n0033] 如图1所示，一种普鲁士蓝类钠离子电池，钠离子电池内的卷芯包括依次设置的正极集流体层4、正极材料层1、电解质层2、负极材料层3和负极集流体层5；所述正极材料层置于正极集流体的对称两面，对称两面的正极材料层厚度和材料相同(如图2所示)，所述负极材料层置于负极集流体的对称两面，对称两面的负极材料层厚度和材料相同(如图3所示)，所述正极集流体层4为涂炭铝箔、厚度为10μm，正极材料层1中的活性材料为六氰合锰酸镍钠(NaNiHCMn)，正极材料层的厚度为100μm，所述电解质层2为由液体电解质6和隔膜8组成的液膜层，液体电解质6为水系液体电解质，所述隔膜8由聚合物基体层和表面吸液涂层7构成，隔膜8主体为聚合物基体层，所述聚合物基体层的材料为纤维素隔膜纸，隔膜8的表面吸液涂层7的材料为聚偏氟乙烯，所述电解质层2的厚度为6μm，负极材料层3中的活性材料为磷酸钛钠，负极材料层的厚度为60μm，负极集流体层为微孔铜箔、厚度为8μm，制备的普鲁士蓝类钠离子电池，0.5C/0.5C充放电测试，循环1200圈，容量保持率≥80％。
[n0034] 实施例7
[n0035] 如图1所示，一种普鲁士蓝类钠离子电池，钠离子电池内的卷芯包括依次设置的正极集流体层4、正极材料层1、电解质层2、负极材料层3和负极集流体层5；所述正极材料层置于正极集流体的对称两面，对称两面的正极材料层厚度和材料相同(如图2所示)，所述负极材料层置于负极集流体的对称两面，对称两面的负极材料层厚度和材料相同(如图3所示)，所述正极集流体层4为普通光面铝箔、厚度为5μm，正极材料层1中的活性材料为六氰合锰酸铜钠(NaCuHCMn)，正极材料层的厚度为50μm，所述电解质层2为由液体电解质6和隔膜8组成的液膜层，液体电解质6为水系液体电解质，所述隔膜8由聚合物基体层和表面吸液涂层7构成，隔膜8主体为聚合物基体层，所述聚合物基体层的材料为纤维素隔膜纸，隔膜8的表面吸液涂层7的材料为二氧化硅，所述电解质层2的厚度为14μm，负极材料层3中的活性材料为六氰合锰酸锰钠(NaMnHCMn)，负极材料层的厚度为50μm，负极集流体层为普通光面铜箔、厚度为4μm，制备的普鲁士蓝类钠离子电池，0.5C/0.5C充放电测试，循环1200圈，容量保持率≥80％。
[n0036] 综上所述，本实用新型提供的普鲁士蓝类钠离子电池，正极集流体层和负极集流体层都可采用铝箔，极大降低了该类电池的制造成本。隔膜采用高分子聚合物和陶瓷材料作为涂层材料，不仅使该类钠离子电池的正极材料层和负极材料层的接触间距缩短，降低了其界面阻抗，还能提高其循环稳定性和安全性。
[n0037] 本实用新型正极材料层中的活性材料采用自然界储量丰富的钠作为储能元素，极大的降低了钠离子电池的成本。同时使用价格低廉的铁基或锰基普鲁士蓝类正极材料，因其具备开放式骨架结构的材料,能为大尺寸离子脱嵌提供足够的间隙空间，从而使钠离子电池具有较高的倍率性能和循环性能，加之其不受钴资源紧缺的限制，进而使普鲁士蓝类钠离子电池能够做到大规模化使用。
[n0038] 以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

权利要求:
Claims (9)
[0001] 1.一种普鲁士蓝类钠离子电池，其特征在于：电池内的卷芯包括依次设置的正极集流体层、正极材料层、电解质层、负极材料层和负极集流体层，所述正极材料层置于正极集流体的对称两面，对称两面的正极材料层厚度和材料相同，所述负极材料层置于负极集流体的对称两面，对称两面的负极材料层厚度和材料相同，所述正极材料层中的活性材料为六氰合铁酸铁钠、六氰合铁酸镍钠、六氰合铁酸铜钠、六氰合铁酸锰钠、六氰合铁酸锌钠、六氰合铁酸钴钠、六氰合锰酸镍钠、六氰合锰酸钴钠、六氰合锰酸铜钠或六氰合锰酸锌钠，所述负极材料层中的活性材料为硬碳、软碳、磷酸钛钠或六氰合锰酸锰钠，所述电解质层为隔膜和液态电解质组成的液膜层，所述隔膜由聚合物基体层和表面吸液涂层构成，电芯内的各层之间依次顺序卷绕或叠片组装。
[0002] 2.根据权利要求1所述的普鲁士蓝类钠离子电池，其特征在于：所述正极集流体层为普通光面铝箔、涂炭铝箔、微孔铝箔或泡沫铝箔。
[0003] 3.根据权利要求1所述的普鲁士蓝类钠离子电池，其特征在于：所述聚合物基体层为微孔聚烯烃膜、无纺布膜、纳米纤维膜或纤维素隔膜纸。
[0004] 4.根据权利要求1所述的普鲁士蓝类钠离子电池，其特征在于：所述表面吸液涂层的材料为聚偏氟乙烯、聚偏氟乙烯-六氟丙烯、二氧化硅、勃姆石或聚四氟乙烯。
[0005] 5.根据权利要求1所述的普鲁士蓝类钠离子电池，其特征在于：所述液态电解质为有机液体电解质、水系液体电解质或离子液体电解质。
[0006] 6.根据权利要求1所述的普鲁士蓝类钠离子电池，其特征在于：所述负极集流体层为普通光面铝箔、涂炭铝箔、微孔铝箔、泡沫铝箔、普通光面铜箔、涂炭铜箔或微孔铜箔。
[0007] 7.根据权利要求1所述的普鲁士蓝类钠离子电池，其特征在于：所述正极集流体层的厚度为5～50μm，负极集流体层的厚度为4～50μm。
[0008] 8.根据权利要求1所述的普鲁士蓝类钠离子电池，其特征在于：所述正极材料层的厚度为50～800μm，负极材料层的厚度为50～800μm。
[0009] 9.根据权利要求1所述的普鲁士蓝类钠离子电池，其特征在于：所述电解质层的厚度为6～50μm。

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公开号 | 公开日

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引用文献:

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公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题

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法律状态:
2021-10-01| GR01| Patent grant|

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2021-10-01| GR01| Patent grant|

优先权:

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申请号 | 申请日 | 专利标题

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CN202120447883.6U|CN214336748U|2021-03-02|2021-03-02|一种普鲁士蓝类钠离子电池|CN202120447883.6U| CN214336748U|2021-03-02|2021-03-02|一种普鲁士蓝类钠离子电池|