一种适用于钠离子电池的复合电芯及应用其的钠离子电池制造技术

本发明专利技术提供一种适用于钠离子电池的复合电芯：其包括正极极片，正极极片的种类数量大于1，在正极极片中，至少两片正极极片所含有的正极活性材料组分组成互不相同；正极极片包括第一正极极片、第二正极极片中的至少一种；第一正极极片含有一种正极活性材料；第二正极极片至少包括两种的正极活性材料。本发明专利技术所提供的钠离子电池的复合电芯集成了至少两种正极活性材料，能够通过对所采用的正极活性材料种类进行挑选、调节不同种类正极活性材料的用量，以使复合电芯灵活地适应各种不同的产品要求。求。求。

【技术实现步骤摘要】
一种适用于钠离子电池的复合电芯及应用其的钠离子电池


[0001]本专利技术属于钠离子电池
，具体地，涉及一种适用于钠离子电池的复合电芯及应用其的钠离子电池。

技术介绍

[0002]主流钠离子电池正极材料包括层状过渡金属氧化物、聚阴离子化合物、普鲁士蓝(白)类化合物。其中，层状过渡金属氧化物材料比容量高，但循环性能较差，聚阴离子化合物材料具有高氧化还原电位、循环稳定性好，但容量低、导电性差，普鲁士蓝(白)类化合物材料倍率性能优异、成本低廉，但容量低、循环性能差。由此可见，主流钠离子电池正极材料存在着不同性能之间此消彼长的差异，随着用户使用需求的多样化，单一的钠离子电池正极材料难以满足使用需求。
[0003]然而，不同种类的活性材料由于材料特性各异，即使将其集成在同一电芯中，往往由于材料混合不均匀、材料搭配方式不合理而使得不同种类的活性材料无法充分发挥其材料优势。基于此，如何在同一电芯中集成不同活性材料并发挥上述活性材料的协同优势，仍然是本行业所亟待解决的难题。

技术实现思路

[0004]本专利技术通过提供一种适用于钠离子电池的复合电芯及应用其的钠离子电池，以使主流钠离子正极活性材料能够通过灵活搭配适应各种不同的产品要求。
[0005]根据本专利技术的一个方面，提供一种适用于钠离子电池的复合电芯：复合电芯包括正极极片，正极极片的种类数量大于1，在正极极片中，至少两片正极极片所含有的正极活性材料组分组成互不相同；正极极片包括第一正极极片、第二正极极片中的至少一种；第一正极极片仅含有一种正极活性材料；第二正极极片至少包括两种正极活性材料；复合电芯还包括负极极片和隔膜，在复合电芯中，正极极片、负极极片间隔设置，正极极片和负极极片之间还设有隔膜。本专利技术所提供的钠离子电池的复合电芯集成了至少两种正极活性材料，能够通过对所采用的正极活性材料种类进行挑选、调节不同种类正极活性材料的用量，以使复合电芯灵活地适应各种不同的产品要求。
[0006]优选地，复合电芯所含有的正极活性材料包括层状过渡金属氧化物类正极活性材料、聚阴离子化合物类正极活性材料、普鲁士蓝化合物类正极活性材料、普鲁士白化合物类正极活性材料中的至少两种，正极活性材料用于构造正极极片的正极活性涂层。
[0007]优选地，上述层状过渡金属氧化物类正极活性材料的结构通式为Na
x
MO2，通式中的M元素包括Fe元素、Co元素、Ni元素、Mn元素、Cr元素、Ti元素、V元素、Zn元素中的至少一种。优选地，上述聚阴离子化合物类正极活性材料包括结构通式为Na
x
M
y
(X
a
O
b
)Z
w
的化合物，式中，M为Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Ca、Mg、Al、Nb中的至少一种，X为Si、S、P、As、B、Mo、W、Ge中的至少一种，Z为F、OH中的至少一种。
[0008]优选地，上述聚阴离子化合物类正极活性材料包括橄榄石型聚阴离子化合物、
NASICON型聚阴离子化合物、氟磷酸盐型聚阴离子化合物中的至少一种。
[0009]优选地，在复合电芯中，任一片正极极片的单位面积总容量与其余任一片正极极片的单位面积总容量之比K1＝0.9～1.1，每片正极极片的单位面积总容量以式Ⅰ表示：在式Ⅰ中，Sn表示正极极片所包括的任一层正极活性涂层的面密度，在该层正极活性涂层中，Cm表示任一种正极活性材料的克容量，Wm表示该种正极活性材料在该层正极活性涂层中的质量百分比，i表示每层正极活性涂层所包括的正极活性材料的类别数量，i为大于等于1的整数，k表示每片正极极片所包括的正极活性涂层的层数，k为大于等于1的整数。在上述复合电芯中，不同正极极片之间满足特定的K1值范围，由此，不同的正极极片之间基本达到容量平衡的状态，从而能够对复合电芯中由于集成了不同种类的正极活性材料之间所产生的阻抗等其他劣化效果起到有效的缓解作用，基于此，该复合电芯能够充分发挥不同种正极活性材料的协同优势，使得上述复合电芯的能量密度、倍率性能、循环性能相对于采用单一正极活性材料的电芯而言，得到整体的提高。
[0010]分别以第一正极极片、第二正极极片举例说明不同式Ⅰ的运算方式，式Ⅰ，例如，第一正极极片仅采用了一种正极活性材料，利用该种正极活性材料分别在正极集流体的两侧各设置了一层正极活性涂层，分别位于正极集流体两层的两层正极活性涂层互为对称设置，以其所采用的正极活性材料在其中一层正极活性涂层中的质量含量为W1，以该正极活性材料的克容量为C1，该层正极活性涂层的面密度为S1，则该层正极活性涂层的容量为S1
×
W1
×
C1，相应的，另一层正极活性涂层的容量也按照上述方式进行计算，由于两层正极活性涂层对称设置，所以该第一正极极片的总容量为2
×
S1
×
W1
×
C1。例如，第二正极极片的第一种可选的实施方式(正极活性涂层的设置：集流体单侧分层涂布、两侧对称设置)：第二正极极片采用了两种正极活性材料，标记为第一正极活性材料和第二正极活性材料，在正极集流体的一侧依次设置仅含有第一正极活性材料单种正极活性材料的第一正极活性涂层和仅含有第二正极活性材料单种正极活性材料的第二正极活性涂层，然后在正极集流体的另一侧对应地设置分别与第一正极活性涂层、第二正极活性涂层对称的正极活性涂层；在正极集流体的任一侧，以其第一正极活性材料在第一正极活性涂层中的质量含量为W1，以该第一正极活性材料的克容量为C1，第一正极活性涂层的面密度为S1，则第一正极活性涂层的容量为S1
×
W1
×
C1，以其第二正极活性材料在第二正极活性涂层中的质量含量为W2，以该第二正极活性材料的克容量为C2，第二正极活性涂层的面密度为S2，则第二正极活性涂层的容量为S2
×
W2
×
C2，相应地，该侧的正极活性涂层容量为(S1
×
W1
×
C1+S2
×
W2
×
C2)，另外，位于正极集流体另一侧的正极活性涂层的容量也按照上述方式进行计算，由于在正极集流体的另一侧设置的正极活性涂层分别与第一正极活性涂层、第二正极活性涂层互为对称，所以该第一正极极片的总容量为2
×
(S1
×
W1
×
C1+S2
×
W2
×
C2)。例如，第二正极极片的第二种可选的实施方式(正极活性涂层的设置：集流体单侧分层涂布或单层涂布、两侧不对称设置)：第二正极极片采用了二种正极活性材料，标记为第一正极活性材料、第二正极活性材料和第三正极活性材料，在正极集流体的一侧依次设置仅含有第一正极活性材料单种正极活性材料的第一正极活性涂层和仅含有第二正极活性材料单种正极活性材料的第二正极活性涂层，然后在正极集流体的另一侧设置仅含有第三正极活性材料单种正极活性材料的第三正极活性涂层；在正本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种适用于钠离子电池的复合电芯，其特征在于：所述复合电芯包括正极极片，所述正极极片的种类数量大于1，在所述正极极片中，至少两片所述正极极片所含有的正极活性材料组分组成互不相同；所述正极极片包括第一正极极片、第二正极极片中的至少一种；所述第一正极极片仅含有一种正极活性材料；所述第二正极极片至少包括两种正极活性材料；所述复合电芯还包括负极极片和隔膜，在所述复合电芯中，正极极片、负极极片间隔设置，所述正极极片和所述负极极片之间还设有隔膜。2.如权利要求1所述适用于钠离子电池的复合电芯，其特征在于：所述复合电芯所含有的正极活性材料包括层状过渡金属氧化物类正极活性材料、聚阴离子化合物类正极活性材料、普鲁士蓝化合物类正极活性材料、普鲁士白化合物类正极活性材料中的至少两种，所述正极活性材料用于构造所述正极极片的正极活性涂层。3.如权利要求1所述适用于钠离子电池的复合电芯，其特征在于：在所述复合电芯中，任一片所述正极极片的单位面积总容量与其余任一片所述正极极片的单位面积总容量之比K1＝0.9～1.1，每片所述正极极片的单位面积总容量以式Ⅰ表示：在所述式Ⅰ中，Sn表示所述正极极片所包括的任一层所述正极活性涂层的面密度，在该层所述正极活性涂层中，Cm表示任一种所述正极活性材料的克容量，Wm表示该种所述正极活性材料在该层所述正极活性涂层中的质量百分比，i表示每层所述正极活性涂层所包括的所述正极活性材料的类别数量，i为大于等于1的整数，k表示每片所述正极极片所包括的所述正极活性涂层的层数，k为大于等于1的整数。4.如权利要求1所述适用于钠离子电池的复合电芯，其特征在于：在所述第二正极极片中，分别利用不同种类的所述正极活性材料构建的所述正极活性涂层分层复合和/或分别设置于所述第一正极极片的集流体的两侧。5.如权利要求2所述适用于钠离子电池的复合电芯，其特征在于：所述第一正极极片包括聚阴离子化合物型正极极片和层状过渡金属氧化物型正极极片，所述聚阴离子化合物型正极极片所含有的所述正极活性材料为聚阴离子化合物类正极活性材料，所述层状过渡金属氧化物型正极极片所含有的所述正极活性材料为层状过渡金属氧化物类正极活性材料。6.如权利要求5所述适用于钠离子电池的复合电芯，其特征在于：在所述复合电芯中，以A1表示所述聚阴离子化合物型正极极片的数量，以A2表示所述层状过渡金属氧化物型正极极片的数量，A1/A2＝0.005～200。7.如权利要求1所述适用于钠离子电池的复合电芯，其特征在于：所述电芯组件包括至少两种不同的所述第一正极极片，在所述复合电芯中，所述第一正极极片A或所述第一正极极片B、所述隔膜、所述负极极片依次排列，不同的所述第一正极极片通过极耳连接，并联设置。8.如权利要求2所述适用于钠离子电池的复合电芯，其特征在于：所述复合电芯包括所述第一正极极片和所述第二正极极片，其中，所述第二正极极片为层状氧化物
‑
聚阴离子复合正极极片；构成所述第一正极极片的所述正极活性材料仅为所述聚阴离子化合物类正极活性材
料或仅为所述层状过渡金属氧化物类正极活性材料；所述层状氧化物
‑
聚阴离子复合正极极片所含有的所述正极活性材料包括层状过渡金属氧化物类正极活性材料、聚阴离子化合物类正极活性材料。9.如权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘航，王超，胡骐，曾汉民，何巍，刘金成，
申请(专利权)人：湖北亿纬动力有限公司，
类型：发明
国别省市：