[发明专利]双极型电池及其制造方法和应用

说明书

本发明涉及一种双极型电池及其制造方法和应用。双极型电池包括正极板、负极板、n个双极板和隔层；n≠0时，隔层为n+1个；n＝0时，隔层为m个，m为大于等于2的自然数；双极型电池中，正极材料层和负极材料层相对设置在一个隔层的两侧；双极型电池的结构具体为：n≠0时，正极板、n个双极板、n+1个隔层、负极板按照正极板、隔层、[双极板、隔层]n、负极板顺序叠加压紧构成的双极型电池；或者，n＝0时，正极板、隔层、负极板按照[正极板、隔层、负极板]m的顺序叠加压紧构成的双极型电池。

技术领域

本发明涉及二次电池技术领域，尤其涉及一种双极型电池及其制造方法和应用。

背景技术

日益严峻的环境危机和不断增长的能源需求正激发全球对先进储能技术的探索和改进，现有锂离子电池体系虽因其较高的转化效率和灵活性得到广泛应用，但在能量密度和功率密度及安全性等方面的提升空间有限，且在未来大规模储能和应用中资源受限，因而，迫切需要发展基于新体系、新材料和新制造工艺的新型储能技术。金属二次电池可以利用金属负极的高容量和低电位，显著提高电池的能量密度。而在所有的金属负极中，金属铝和镁，具有较高的理论体积比容量(8046和3833mA h/cm³，对比金属锂的2046mA h/cm³)，相对较低的还原电位(-1.7和-2.4V vs.SHE)，良好安全特性和较丰富的储量，有望成为未来大规模应用的新型电池储能体系。

然而，目前传统的电池制造工艺普遍采用圆柱形卷绕、方形平板或软包设计,每个单体电池外部都需具有独立的电池壳。为了与高电压、大容量设备匹配，常以外部串联或串并联混合的方式供能。这种连接方式需要额外的极耳、连接件、电池壳等大量非活性部件，增大电池的重量和连接阻抗,极大地降低了电池的功率密度和能量密度。同时由于电流分布不均，还会引起较大的极化和产热不均现象，增加了电池的安全隐患。这将严重阻碍铝、镁二次电池在未来的大规模储能应用。

发明内容

本发明实施例提供了一种双极型电池及其制造方法和应用，通过在电池内部通过将若干个电池单元叠加形成纵向的串联结构电池模块,不需要额外连接和保护电池单体的非活性部件，降低了电池的封装重量和体积,从而提高其比能量和比功率,并具有更加稳定的电池性能和更低的内阻,使电池的安全性也得到很大的提高。

第一方面，本发明实施例提供了一种双极型电池包括：正极材料层、负极材料层、电解质层、密封绝缘层、电极集流体；

所述正极材料层承载在一个电极集流体的一侧上，形成正极板；

所述负极材料层承载在一个电极集流体的一侧上，形成负极板；

所述正极材料层和负极材料层分别承载在一个电极集流体的两侧，形成双极板；所述双极板为n个，n为自然数；构成所述正极板与双极板上的正极材料层的正极材料相同或不同；构成所述负极板与双极板上的负极材料层的负极材料相同或不同；

所述密封绝缘层为中空结构，所述电解质层设置在所述中空结构中，形成隔层；n≠0时，所述隔层为n+1个；n＝0时，所述隔层为m个，m为大于等于2的自然数；

所述双极型电池中，所述正极材料层和所述负极材料层相对设置在一个隔层的两侧；

所述双极型电池的结构具体为：

n≠0时，所述正极板、n个双极板、n+1个隔层、负极板按照正极板、隔层、[双极板、隔层]n、负极板顺序叠加压紧构成的所述双极型电池；

或者，

n＝0时，所述正极板、隔层、负极板按照[正极板、隔层、负极板]m的顺序叠加压紧构成的所述双极型电池。

优选的，所述双极型电池为镁二次电池；

所述正极材料包括：石墨材料，金属硫化物，含C＝O或C＝N或N＝N的有机物，金属-有机框架材料((MOFs))中的一种或几种；