[實用新型]一種大容量鈉氯化鎳單體平板電池及其電池組

有效

• 申請號: 201220397699.6
• 申請日: 2012-08-10
• 公開（公告）號: CN202930503U
• 公開（公告）日: 2013-05-08
• 發明（設計）人: 楊暉;魏曉玲;楊力萍;單世界;沈曉冬
• 申請（專利權）人: 南京工業大學
• 主分類號: H01M10/36
• 分類號: H01M10/36;H01M10/39
• 代理公司: 南京天華專利代理有限責任公司 32218
• 代理人: 徐冬濤;袁正英

技術領域

本實用新型涉及一種電池及其電池組，更具體地說涉及一種大容量鈉氯化鎳單體平板電池及其電池組。?

背景技術

鈉氯化鎳電池源于鈉硫電池，與鈉硫電池有諸多相似之處：如固體電解質均為β”-Al2O3，負極均為液態金屬鈉。不同之處在于正極，鈉氯化鎳電池以浸潤在熔融NaAlCl4中的固態鎳/氯化鎳取代了鈉硫電池中的液態硫/多硫化鈉。鈉氯化鎳電池保留了鈉硫電池大容量、高轉換效率、無自放電等優點，還具備基于其自身化學組成的內在過充/過放保護功能。鈉氯化鎳電池整系統能量密度達120Wh/kg，功率密度達180W/kg，和鋰離子電池相當。其使用壽命長，單體循環壽命大于3000次，電池組可達1800次。已有鈉氯化鎳電池在電動汽車上免維護穩定運行7年，行駛距離達112,000公里。負極鈉是在電池循環過程中生成，鈉氯化鎳電池在放電狀態下組裝，操作方便。該電池可30分鐘快速充至50％SOC。和鈉硫電池相比，鈉氯化鎳電池避免了硫在高溫時對電池組件的腐蝕，提高了電池的循環壽命和安全性能。鈉氯化鎳電池是目前唯一通過歐洲汽車工業協會（European?Automotive?Industry）和美國先進電池聯合協會(USABC)所有安全測試的二次電池系統。鈉氯化鎳電池制備成本低于鎳鉻、鎳氫和鋰離子電池，并且整電池為免維護全密封結構，具有維護成本低的特點。?

可鈉氯化鎳電池存在內阻隨放電程度增加而增大的缺點。該電池的電阻來自以下三部分：負極及電池金屬部件、氧化鋁陶瓷管、正極。其中，前兩部分電阻為固定值；而正極部分內阻會隨放電程度增加而急劇增大，原因在于：1）正極腔內反應前沿會隨放電的進行從陶瓷管內壁向中心集流體移動，從而導致正極部分內阻隨著鈉離子遷移距離的增加而增大；2）正極表面氯化鎳層厚度也會隨放電的進行而增加，導致正極部分內阻隨著放電的進行而加大。目前鈉氯化鎳電池通常采用圓柱形陶瓷管，為保證電池能達到實際使用時所需功率密度，通常采用小管徑（通常20~30mm）來減少正極厚度，以及將陶瓷電解質從圓管改成十字花形以增加陶瓷管和正極的接觸面積，降低單位面積界面電阻，并且十字花陶瓷管可以減小正極厚度，縮短鈉離子遷移路程?？墒切」軓綄⒓哟筇沾晒苤苽潆y度，限制實際制備過程中的管長（通常小于300mm），導致目前鈉氯化鎳電池體積偏小，單電池容量多在32~64Ah。如上所述，采用圓柱形或十字花形小管徑陶瓷管不僅使得陶瓷成型和燒結制備工藝復雜，并導致單體電池容量偏低，限制了鈉氯化鎳電池的應用領域。同時管狀陶瓷需要一定的壁厚來維持其?機械強度，一般在?

1.5~2mm，從而加大了氧化鋁陶瓷管的內阻，使得電池運行溫度偏高（270~350℃）。因此，如何開發大容量鈉氯化鎳單體電池，進一步拓寬其應用領域，是目前鈉氯化鎳電池行業亟待解決的問題。?

發明內容

本實用新型解決了現有技術中存在的問題與不足，提供一種大容量鈉氯化鎳單體平板電池，本實用新型還提供了一種大容量鈉氯化鎳平板電池組。?

本實用新型的技術方案如下：一種大容量鈉氯化鎳單體平板電池，其特征在于由兩個負極腔室、一個正極腔室以及正負極接線柱組成，正極腔室位于兩個負極腔室之間；其中，負極腔室從外到內依次由負極封蓋（1）、金屬彈簧片（2）、金屬氈或石墨氈（3）組成；正極腔室內填充正極層（5），集流體（6）位于正極層中心，并貫穿整個正極層，正極腔室四周由正極密封環（7）固定密封；正負極腔室之間通過固體電解質（4）隔開；連接在集流體上的正極電極棒伸出正極密封環（7）構成正極接線柱，負極電極棒伸出負極封蓋（1），構成負極接線柱。?

本實用新型的大容量鈉氯化鎳單體平板電池，其電池容量為200Ah~2000Ah，遠大于傳統圓柱形鈉氯化鎳電池（32~64Ah）。電池正常工作溫度介于220和300℃，低于傳統圓柱形鈉氯化鎳電池操作溫度（270~350℃）。?

優選電池的形狀為圓柱體、長方體或正方體。優選負極封蓋（1）為陶瓷材料或金屬材料，更優選氧化鋁、氧化鋯、不銹鋼或鎳。?

優選所述金屬彈簧片（2）為純鎳、鍍鎳不銹鋼或鍍鎳銅；金屬氈或石墨氈（3）選用純鎳氈、鍍鎳不銹鋼氈、鍍鎳銅氈或石墨氈；金屬彈簧片（2）及金屬氈或石墨氈（3）形狀均隨電池形狀變化，為圓形或方形，其中金屬彈簧片（2）可達到金屬氈或石墨氈（3）與固體電解質(4)緊密接觸的目的。?

優選固體電解質（4）為圓形、正方形或長方形薄片；厚度在0.1mm~2mm，優選0.5~1mm，面積為12463~81714mm²；材料是鋁酸鈉。?