[发明专利]中低热量驱动的钠二次电池及其制造方法

说明书

本发明涉及一种钠二次电池，包括：一阳极腔室、一阴极腔室、固体电解质及一聚合物密封层。所述阳极腔室用于容纳钠；所述阴极腔室用于容纳一阴极活性材料及一阴极二次电解质；所述固体电解质设置在所述阳极腔室及所述阴极腔室之间，并且选择性地使多个钠离子通过；所述聚合物密封层沿着所述固体电解质的一边缘形成，并且设置在所述固体电解质与所述阳极腔室之间以及所述固体电解质与所述阴极腔室之间。由于本发明的所述钠二次电池使用所述聚合物密封层，因此不需要一昂贵的粘合工序及一昂贵的粘合设备，可以减少一单一电池的部件数量，并且可以简化一电池制造工序。

技术领域

本发明涉及一种能够在中等至低温下运作的钠二次电池及一种制备所述钠二次电池的方法。

背景技术

在多个高温下运作的多个钠电池(钠硫电池、钠金属卤化物电池等)具有高能量密度及充放电效率，并且即使长时间运作也不会发生自放电或性能劣化。由于所述多个优点，多个钠电池已经商业化及广泛地用作多个蓄电池。

多个高温钠电池为在280至350℃的多个温度下运作的多个二次电池，所述多个高温钠电池是分别使用熔融金属钠(Na)作为一阳极活性材料，以及硫(S)或金属卤化物(NiCl₂、FeCl₂等)作为一阴极活性材料来制备，其中所述阳极活性材料及所述阴极活性材料通过一β-氧化铝固体电解质而相互隔离。此外，所述多个高温钠电池是以铝(Al)、镍(Ni)或铁(Fe)合金或一密封玻璃构件来密封。

然而，为了实现可应用于在280至350℃下的运作的长期密封特性，需要在一陶瓷固体电解质与一陶瓷绝缘体构件之间以及在一陶瓷绝缘体与一外部构件之间存在多个异质结，进一步需要分别进行一玻璃密封及热压粘合工序，通过使用在所述多个异质的构件之间的一填充物，使所述多个异质的构件彼此粘合。

前述多个工序需要具有多个复杂结构的昂贵设备，并且由于热膨胀系数中的多个变化所引起的多个热应力问题，多个钠电池通常被制备为多个圆柱体类型，所述多个圆柱体类型使用固体电解质，并且具有多个相对小的直径。

发明内容

技术问题：

为了在多个传统钠与氯化镍(Na-NiCl₂)电池的一运作温度范围(-300℃)内运作一电池，所述电池的一泄漏率需要在10^-3至10^-10毫巴·升/秒(mbar·L/sec)的范围内，以抑制与多个活性物质、大气中的氧气等发生反应。因此，使用需要高温、高压及高真空的多个昂贵的粘合方法来制造多个单一电池，例如：热压粘合(TCB)、玻璃密封、电子束焊接及激光焊接。

鉴于上述情况，本发明的一个目的为提供一种钠电池，所述钠电池能够在200℃或更低的多个中等至低温下运作，并且含有显著更少的组件，以及通过使用用于金属与金属、陶瓷与陶瓷、及陶瓷与金属连接的多个聚合物材料而具有一显著简化的制造工序。

此外，本发明的另一个目的是改善钠二次电池的多个长期密封特性，所述钠二次电池能够在200℃或以下的中等至低温下运作，并且其中多个聚合物材料用于多个陶瓷与金属的连接处，以将多个陶瓷组件与金属组件互相粘合。

技术解决方案：

根据本发明的一个方面，一种钠二次电池，所述钠二次电池包括：一阳极腔室、一阴极腔室、一固体电解质及多个聚合物密封层。所述阳极腔室被配置为容纳钠；所述阴极腔室被配置为容纳一阴极活性材料及一阴极电解质；所述固体电解质在所述阳极腔室及所述阴极腔室之间，以选择性地让多个钠离子通过；所述多个聚合物密封层沿着所述固体电解质的一边缘设置，并且设置在所述固体电解质与所述阳极腔室之间及所述固体电解质与所述阴极腔室之间。

所述多个聚合物密封层可包括：选自于由聚乙烯、高分子量聚乙烯、聚酰亚胺、热塑性聚酰亚胺、聚偏二氟乙烯、聚四氟乙烯、全氟烷氧基烷烃、聚醚醚酮及氟化乙烯丙烯所组成的群组中的至少一个。