[实用新型]一种大容量钠氯化镍单体平板电池及其电池组

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种电池及其电池组，更具体地说涉及一种大容量钠氯化镍单体平板电池及其电池组。 

背景技术

钠氯化镍电池源于钠硫电池，与钠硫电池有诸多相似之处：如固体电解质均为β”-Al2O3，负极均为液态金属钠。不同之处在于正极，钠氯化镍电池以浸润在熔融NaAlCl4中的固态镍/氯化镍取代了钠硫电池中的液态硫/多硫化钠。钠氯化镍电池保留了钠硫电池大容量、高转换效率、无自放电等优点，还具备基于其自身化学组成的内在过充/过放保护功能。钠氯化镍电池整系统能量密度达120Wh/kg，功率密度达180W/kg，和锂离子电池相当。其使用寿命长，单体循环寿命大于3000次，电池组可达1800次。已有钠氯化镍电池在电动汽车上免维护稳定运行7年，行驶距离达112,000公里。负极钠是在电池循环过程中生成，钠氯化镍电池在放电状态下组装，操作方便。该电池可30分钟快速充至50％SOC。和钠硫电池相比，钠氯化镍电池避免了硫在高温时对电池组件的腐蚀，提高了电池的循环寿命和安全性能。钠氯化镍电池是目前唯一通过欧洲汽车工业协会（European Automotive Industry）和美国先进电池联合协会(USABC)所有安全测试的二次电池系统。钠氯化镍电池制备成本低于镍铬、镍氢和锂离子电池，并且整电池为免维护全密封结构，具有维护成本低的特点。 

可钠氯化镍电池存在内阻随放电程度增加而增大的缺点。该电池的电阻来自以下三部分：负极及电池金属部件、氧化铝陶瓷管、正极。其中，前两部分电阻为固定值；而正极部分内阻会随放电程度增加而急剧增大，原因在于：1）正极腔内反应前沿会随放电的进行从陶瓷管内壁向中心集流体移动，从而导致正极部分内阻随着钠离子迁移距离的增加而增大；2）正极表面氯化镍层厚度也会随放电的进行而增加，导致正极部分内阻随着放电的进行而加大。目前钠氯化镍电池通常采用圆柱形陶瓷管，为保证电池能达到实际使用时所需功率密度，通常采用小管径（通常20~30mm）来减少正极厚度，以及将陶瓷电解质从圆管改成十字花形以增加陶瓷管和正极的接触面积，降低单位面积界面电阻，并且十字花陶瓷管可以减小正极厚度，缩短钠离子迁移路程。可是小管径将加大陶瓷管制备难度，限制实际制备过程中的管长（通常小于300mm），导致目前钠氯化镍电池体积偏小，单电池容量多在32~64Ah。如上所述，采用圆柱形或十字花形小管径陶瓷管不仅使得陶瓷成型和烧结制备工艺复杂，并导致单体电池容量偏低，限制了钠氯化镍电池的应用领域。同时管状陶瓷需要一定的壁厚来维持其 机械强度，一般在 

1.5~2mm，从而加大了氧化铝陶瓷管的内阻，使得电池运行温度偏高（270~350℃）。因此，如何开发大容量钠氯化镍单体电池，进一步拓宽其应用领域，是目前钠氯化镍电池行业亟待解决的问题。 

发明内容

本实用新型解决了现有技术中存在的问题与不足，提供一种大容量钠氯化镍单体平板电池，本实用新型还提供了一种大容量钠氯化镍平板电池组。 

本实用新型的技术方案如下：一种大容量钠氯化镍单体平板电池，其特征在于由两个负极腔室、一个正极腔室以及正负极接线柱组成，正极腔室位于两个负极腔室之间；其中，负极腔室从外到内依次由负极封盖（1）、金属弹簧片（2）、金属毡或石墨毡（3）组成；正极腔室内填充正极层（5），集流体（6）位于正极层中心，并贯穿整个正极层，正极腔室四周由正极密封环（7）固定密封；正负极腔室之间通过固体电解质（4）隔开；连接在集流体上的正极电极棒伸出正极密封环（7）构成正极接线柱，负极电极棒伸出负极封盖（1），构成负极接线柱。 

本实用新型的大容量钠氯化镍单体平板电池，其电池容量为200Ah~2000Ah，远大于传统圆柱形钠氯化镍电池（32~64Ah）。电池正常工作温度介于220和300℃，低于传统圆柱形钠氯化镍电池操作温度（270~350℃）。 

优选电池的形状为圆柱体、长方体或正方体。优选负极封盖（1）为陶瓷材料或金属材料，更优选氧化铝、氧化锆、不锈钢或镍。 

优选所述金属弹簧片（2）为纯镍、镀镍不锈钢或镀镍铜；金属毡或石墨毡（3）选用纯镍毡、镀镍不锈钢毡、镀镍铜毡或石墨毡；金属弹簧片（2）及金属毡或石墨毡（3）形状均随电池形状变化，为圆形或方形，其中金属弹簧片（2）可达到金属毡或石墨毡（3）与固体电解质(4)紧密接触的目的。 

优选固体电解质（4）为圆形、正方形或长方形薄片；厚度在0.1mm~2mm，优选0.5~1mm，面积为12463~81714mm²；材料是铝酸钠。