钠离子电池、电池包及储能系统的制作方法

allin2026-02-12  5


本技术涉及钠离子电池,尤其涉及到一种钠离子电池、电池包及储能系统。


背景技术:

1、锂离子电池由于具有较高的能量密度以及循环性能,在消费电子产品、电动汽车、储能等领域广泛应用,但随产业规模逐渐放大,锂资源成为了限制其发展的瓶颈,锂盐价格常年居高不下,严重限制了行业的发展。在这样的时代背景下,钠离子电池引起了业界极大的关注,钠离子电池的发展具有重大的经济和社会意义。

2、目前,钠离子电池的正极和负极一般都使用铝箔作为集流体,以降低电芯的成本,但是,钠离子电池在进行过放测试时,铝箔在高电位下不会发生溶解,导致过放回路不会被切断,钠离子电池会持续的放电、起火或爆炸。


技术实现思路

1、本技术提供了一种钠离子电池,该钠离子电池在进行过放测试时,负极集流体中的金属溶解,保证过放回路可以被切断。

2、第一方面,本技术提供了一种钠离子电池,该钠离子电池包括电芯、电解液和壳体;所述壳体具有密封的容纳腔,所述电芯和所述电解液均设置于所述容纳腔;电芯包括正极片、负极片和隔膜,所述隔膜设于所述正极片和所述负极片之间;所述负极片包括负极集流体和电极活性材料层,所述电极活性材料层设置于所述负极集流体的表面;所述负极集流体包括第一金属和第二金属,当所述负极片的电位大于或等于第一阈值时,所述第二金属溶解。当钠离子电池进行过放测试,负极片的电位升高到大于或等于第一阈值时,第二金属放出电子被溶解形成第二金属离子,并以第二金属离子的形式溶解于电解液中,以使钠离子电池的放电回路断开。从而防止钠离子电池持续的放电导致起火或爆炸,进而提高钠离子电池的安全性。所述第一金属可以但不限制为铜或铝中的一种,所述第二金属可以但不限制为镁、锰、铁、钴、镍、铜、锌、银、镉、铟、锡和锑中的一种或多种。在一种可能的实施中,负极集流体可以为第一金属和第二金属形成的合金层。当负极片的电位升高至第一阈值时,第二金属可以进行溶断。这样,负极集流体中会出现至少局部的断层,从而导致过放回路被切断,进而防止钠离子电池出现持续的放电、起火或爆炸的现象。

3、其中,当负极集流体为第一金属和第二金属形成的合金层时,第一金属和第二金属可以按照重量进行配比,具体的,第二金属的重量可以为第一金属和第二金属的总重量的1~70%。当负极片的电位升高至第一阈值时,第二金属与电解液发生电化学反应以第二金属离子的形式溶解于电解液中。这样,负极集流体中会出现至少局部的断层,从而导致过放回路被切断,进而防止钠离子电池出现持续的放电、起火或爆炸的现象。

4、在一种可能的实施中,第一金属形成第一金属层,所述第二金属形成第二金属层,沿负极片的高度方向,所述第一金属层和所述第二金属层层叠设置;负极片包括极耳,极耳设置在第二金属层远离第一金属层的一侧,极耳的材质为第一金属。具体的,当负极片的电位升高至大于或等于第一阈值时,第二金属层靠近第一金属层的一侧,或全部的第二金属层可以进行溶断。这样,第一金属层和极耳之间会被切断,从而导致钠离子电池的过放回路被切断,进而防止钠离子电池出现持续的放电、起火或爆炸的现象。

5、在一种可能的实施中,所述第一金属形成第一金属层,所述第二金属形成第二金属层,沿所述负极片的高度方向,所述第二金属层和第一金属层层叠设置,负极片包括极耳,极耳设置在第二金属层远离第一金属层的一侧,极耳的材质为第二金属。此种设置方式中,当负极片的电位升高至大于或等于第一阈值时,第二金属层进行溶断,从而导致过放回路被切断,进而防止钠离子电池出现持续的放电、起火或爆炸的现象。

6、在上述的实施例中,所述第二金属层的厚度与所述第一金属层的厚度相同,且所述第二金属层的宽度为3~5mm,第二金属层和极耳的宽度可以为3~10mm。

7、在一种可能的实施中,所述负极集流体还包括聚合物层,第一金属和第二金属形成导电层,导电层用于承载电极活性材料层;沿所述负极集流体的厚度方向,所述聚合物层的至少一侧设置有所述导电层。此种方式中,由于聚合物的密度小于导电层中其他的金属的密度,在保证导电层具有良好的导电性能的情况下,可以降低钠离子电池的重量,从而增加了钠离子电池的能量密度。

8、其中,聚合物层可以但不限制为聚乙烯、聚丙烯或聚对苯二甲酸乙二醇酯中的一种或多种。

9、在具体实施的过程中,沿负极集流体的厚度方向,聚合物层的两侧可以均设置有导电层,或者,聚合物层的一侧设置有导电层,可以根据实际的使用需要进行调整。

10、在上述实施例中,所述负极集流体的厚度为5~100μm。

11、在上述实施例中,所述第二金属层的宽度大于等于所述极耳的宽度,所述第二金属层的厚度等于所述负极集流体的厚度。以保证负极集流体中电流不会越过第二金属层流向极耳。

12、第二方面,本技术还提供一种负极集流体,负极集流体包括第一金属和第二金属,第一金属可以但不限制为铜或铝,第二金属可以但不限制为铜、钴、锌或锡中的一种。第一金属和第二金属可以有多种组合,下面以第一金属为铝,第二金属为铜进行说明。

13、负极集流体包括铜和铝;且当负极集流体的电位大于或等于第一阈值时,负极集流体中的铜溶解,此时,第一阈值为铜的溶解电位。

14、在一种可能的实施中,当负极集流体由铜和铝两种金属按照一定的比例形成的合金层时,在对具有该负极集流体的钠离子电池进行过放测试时,电流由于铝层流向铜层,当负极集流体的电位升高至大于或等于第一阈值时,铜开始溶解,进而切断钠离子电池的过放回路。此时,第一阈值为铜的溶解电位。

15、具体的,铜占用的重量可以是铜和铝的总重量的1~70%。

16、在一种可能的实施中,负极集流体包括的铜形成铜层,铝形成铝层,沿负极集流体的高度方向,铜层和铝层层叠设置,铜层设有负极集流体的极耳,极耳设置在铜层远离所述铝层的一侧。当负极集流体的电位升高至第一阈值时,其中,第一阈值为铜的溶解电位,靠近铝层的铜开始溶解,直至铜层和铝层之间出现间隙,或铜层全部溶解;即钠离子电池的过放回路被切断。

17、在一种可能的实施中,负极集流体包括的铜形成铜层,铝形成铝层,沿负极集流体的高度方向,铜层和铝层层叠设置,极耳的材质为铝,极耳设置在铜层远离所述铝层的一侧。当负极集流体的电位升高至大于或等于第一阈值时,其中,第一阈值为铜的溶解电位,铜层溶解,从而使钠离子电池的过放回路被切断。

18、在上述的实施例中,负极集流体还可以包括聚合物层,负极集流体包括的铜和铝形成导电层,聚合物层的至少一侧设置有上述的导电层。即负极集流体包括聚合物层以及设置在聚合物层一侧的导电层;或,负极集流体包括聚合物层以及设置在聚合物层两侧的导电层。其中,聚合物层可以用于支撑导电层,且聚合物的密度小于导电层中其他的金属的密度,在保证导电层具有良好的导电性能的情况下,可以降低钠离子电池的重量,从而增加了钠离子电池的能量密度。

19、第三方面,本技术还提供了一种电池包,电池包包括多个第一方面中的钠离子电池,多个钠离子电池串联或者并联连接。该电池包的安全性能较高,且成本较低。

20、第四方面,本技术还提供了一种储能系统,该储能系统可包括电池包括和功率变换器,电池包与功率变换器连接,功率变换器可将电池包输出的电压进行转换输出给电网或外部负载和/或,功率变换器用于将外部电源输出的电压进行转换输出给电池包。由于电池包的安全性较高,成本较低,该储能系统的安全性也较高,成本较低。


技术特征:

1.一种钠离子电池,其特征在于,包括:电芯、电解液和壳体;

2.如权利要求1所述的钠离子电池,其特征在于,所述负极集流体为合金层,所述合金层包括第一金属和所述第二金属,所述第二金属占所述合金层的重量百分比为1~70%。

3.如权利要求1或2所述的钠离子电池,其特征在于,所述第一金属为铝,所述第二金属为镁、锰、铁、钴、镍、铜、锌、银、镉、铟、锡和锑中的一种或多种。

4.如权利要求1或3所述的钠离子电池,其特征在于,所述第一金属形成第一金属层,所述第二金属形成第二金属层,沿所述负极片的高度方向,所述第二金属层和所述第一金属层层叠设置;所述负极片包括极耳,所述极耳设置于所述第二金属层远离所述第一金属层的一侧,所述极耳的材质为第一金属。

5.如权利要求1或3所述的钠离子电池,其特征在于,所述第一金属形成第一金属层,所述第二金属形成第二金属层,沿所述负极片的高度方向,所述第二金属层和所述第一金属层层叠设置;所述负极片包括极耳,所述极耳设置于所述第二金属层远离所述第一金属层的一侧,所述极耳的材质为第二金属。

6.如权利要求4或5所述的钠离子电池,其特征在于,所述第二金属层的宽度大于等于所述极耳的宽度,所述第二金属层的厚度等于所述负极集流体的厚度。

7.如权利要求1~6任一项所述的钠离子电池,其特征在于,所述负极集流体还包括聚合物层;

8.如权利要求7所述的钠离子电池,其特征在于,所述聚合物层为聚乙烯、聚丙烯或聚对苯二甲酸乙二醇酯中的一种或多种。

9.一种电池包,其特征在于,所述电池包包括多个如权利要求1-8任一项所述的钠离子电池,多个所述钠离子电池串联或者并联连接。

10.一种储能系统,其特征在于,所述储能系统包括如权利要求9所述的电池包和功率变换器,所述功率变换器用于将所述电池包输出的电压进行转换输出给电网或者外部负载,和/或,所述功率变换器用于将外部电源输出的电压进行转换输出给所述电池包。


技术总结
本申请涉及钠离子电池技术领域,尤其涉及到一种钠离子电池、电池包及储能系统。钠离子电池包括电芯、电解液和壳体,电芯包括正极片、负极片和隔膜,隔膜设于正极片和负极片之间;负极片包括负极集流体和电极活性材料层,沿负极片的厚度方向,电极活性材料层设置于负极集流体的表面;负极集流体包括第一金属和第二金属,当负极片的电位大于或等于第一阈值时,第二金属与电解液发生电化学反应并以第二金属离子的形式溶解于所述电解液中。本申请中的钠离子电池在进行过放测试时,当负极片的电位升高至大于或等于第一阈值时,负极片内的第二金属会溶解,以切断过放电流回路,从而防止锂离子电池持续的放电导致的起火或爆炸。

技术研发人员:陈鑫,洪达,杨金星,张瑞旺,侯天宏
受保护的技术使用者:华为数字能源技术有限公司
技术研发日:
技术公布日:2024/10/31
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