【技术实现步骤摘要】
本申请涉及电池领域，具体涉及一种钠离子电池、二次电池、电池包和储能系统。
技术介绍
1、钠离子电池因资源丰富、成本低廉等优势有望缓解锂资源短缺导致的储能电池发展受限问题。负极材料是钠离子电池的关键组分之一，目前报道的用于钠离子电池的负极材料主要包括碳基材料、钛基材料、有机材料、合金材料以及金属钠负极。其中，碳材料的储钠位点有限，可逆比容量较低，无法满足高能量密度场景需求。钛基材料的稳定性较好，不同晶体结构的储钠电位不尽相同，但存在电子导电率较差、首效和可逆容量低的问题。有机材料的结构可调性高，但电子导电率低、易溶解与电解液导致循环稳定性差。合金类材料虽然拥有高储钠比容量和低反应电势，但动力学性能差，脱嵌钠体积变化巨大，循环性能衰减严重。金属钠负极则具有最高的理论比容量(1166mah/g)和低电极电势(-2.71v vs she)，被认为是最有前景的高比能钠离子电池负极材料。然而其应用仍面临许多挑战，如钠枝晶生长、电极粉化等带来的安全和寿命问题等。因此，目前的钠离子电池还无法兼具高比容量、高安全性和高循环稳定性的需求。
技术实现思路
1、本申请提供了一种钠离子电池、二次电池、电池包和储能系统，以在提高钠离子电池高比容量的同时提高钠离子电池的安全性和循环稳定性。
2、第一方面，本申请提供一种钠离子电池，该钠离子电池包括正极极片和负极极片，其中，
3、所述负极极片包括叠层设置的第一气凝胶层和第二气凝胶层，所述第二气凝胶层设于所述第一气凝胶层的朝向所述正极极片的表
4、所述第一气凝胶层含有碳纳米线和亲钠物质，且所述第一气凝胶层为多孔结构，所述第一气凝胶层的孔隙中形成钠金属层；
5、所述第二气凝胶层为疏钠层，含有碳纳米线，所述第二气凝胶层为多孔结构，且所述第二气凝胶层中的至少部分孔隙与所述第一气凝胶层中的至少部分孔隙连通。
6、本申请的钠离子电池，负极极片中的第一气凝胶层，其中的碳纳米管可形成第一气凝胶层的骨架结构，亲钠物质可附着在碳纳米管的表面，用于吸引钠离子沉积，由此第一气凝胶层可形成亲钠层。由于第一气凝胶层为多孔结构，钠离子可在第一气凝胶层的孔隙结构中穿梭，在亲钠物质的作用下，可在第一气凝胶层的骨架结构的表面沉积均匀的钠金属层。负极极片中的第二气凝胶层为多孔结构，其中的至少部分孔隙与第一气凝胶层中的至少部分孔隙连通，从而使钠离子在第一气凝胶层和第二气凝胶层之间穿梭。其中，第二气凝胶层中的碳纳米管本身为疏钠物质，第二气凝胶层可形成疏钠层。当钠离子在正极极片和负极极片之间穿梭时，在第二气凝胶层具有疏钠作用的前提下，可避免钠离子在第二气凝胶层发生沉积。同锂，第二气凝胶层中的钠离子在沉积的过程中，由于疏钠层的作用，可避免第二气凝胶层的钠在第一气凝胶层中生长，从而在正极极片至负极极片的方向，可避免钠枝晶的形成，进而可抑制钠枝晶的生长，防止钠枝晶沿刺穿电池的隔膜或固态电解质层，进而提高钠离子电池的安全性和循环性能。该钠离子电池中，第一气凝胶层和第二气凝胶层的组合可作为负极集流体实现导电的作用，沉积在第一气凝胶层中钠金属层可作为负极材料，其具有更高比容量和低电极电势，因此，本申请的钠离子电池可在具有高比容量的基础上，获得更高的安全性和循环稳定性，延长钠离子电池的使用寿命。
7、在一种可选的实现方式中，所述第二气凝胶层具有多个贯通孔，所述多个贯通孔与所述第一气凝胶层中的孔隙连通。通过设置贯通孔，可方便钠离子的穿梭，使钠离子沿贯通孔快速穿过第一气凝胶层，进而第二气凝胶层，或者从第二气凝胶层快速穿过第一气凝胶层进入电解液或电解质中，进而提高钠离子电池的循环性能。
8、在一种可选的实现方式中，所述多个贯通孔的延伸方向与所述第二气凝胶层的厚度方向之间的夹角小于等于35°，优选小于等于20°。贯通孔的延伸方向与第二气凝胶层的厚度方向之间的夹角越小，贯通孔的延伸方向越与第二气凝胶层的厚度方向一致，钠离子在穿梭过程中的用时也越短。在一种更优选实现方式中，贯通孔的延伸方向与第二气凝胶层的厚度方向一致。即，贯通孔的延伸方向与正极极片至负极极片的方向平行。由此，钠离子在穿梭过程中，行程更短，更容易通过第二气凝胶层迁移至第一气凝胶层的空隙结构中。
9、在一种可选的实现方式中，所述贯通孔的孔径为10-100μm。贯通孔的孔径为微米级孔，可方便钠离子的通孔，同时也方便碳纳米管气凝胶的多孔骨架的形成。
10、在一种可选的实现方式中，所述第二气凝胶层为定向冷冻干燥气凝胶层。定向冷冻干燥气凝胶，可在气凝胶中形成定向延伸的空隙。第二气凝胶层采用定向冷冻干燥气凝胶层，可在制备气凝胶的过程中使贯通孔的延伸方向与气凝胶层的厚度一致，形成方向一致的簇状空隙结构。
11、在一种可选的实现方式中，所述第一气凝胶层设有多个第一孔，所述多个第一孔的孔深方向与所述第一气凝胶层的厚度方向之间的夹角大于等于55°。第一孔在第一气凝胶层中的设置方向倾斜于与第一气凝胶层的厚度方向相垂直，当第一孔的孔深方向与第一气凝胶层的厚度方向之间的夹角大于等于55°时，优选大于等于70°时，尤其两者之间的夹角为90°时，由此，钠离子可在第一孔内沿第一孔的孔深方向快速迁移，以在垂直于第一气凝胶层的厚度方向的平面内快速迁移，从而实现钠离子在第一气凝胶内的均匀沉积。
12、在一种可选的实现方式中，第一气凝胶层为定向冷冻干燥气凝胶层。通过定性冷冻干燥可获得孔径一致的气凝胶层。例如，通孔定向冷冻干燥可在气凝胶层中获得基本与第一气凝胶层的厚度相垂直的第一孔。多个第一孔的延伸方向可相同。例如第一孔均可沿气凝胶层的长度方向延伸，或沿气凝胶层的宽度方向延伸。
13、在一种可选的实现方式中，所述多个第一孔中的至少部分第一孔与所述第二气凝胶层中的贯通孔连通。至少部分第一孔与贯通孔连通，可方便第一气凝胶层中钠离子快速进入第二气凝胶层中，进而有助于提高钠离子电池的循环性能。
14、在一种可选的实现方式中，所述多个第一孔中的任一第一孔的孔径为10-100μm。第一孔的孔径为微米级孔，可方便钠离子的通孔，同时也方便碳纳米管气凝胶的多孔骨架的形成。
15、在一种可选的实现方式中，第一气凝胶层中的亲钠物质包括ag、sb、bi、sno2、或含氧官能团中的至少一种。亲钠物质可附着在碳纳米管的表面，当钠离子迁移时，可在亲钠物质的作用下沉积在碳纳米管的表面形成钠金属层。
16、在一种可选的实现方式中，所述亲钠物质在所述第一气凝胶层中的质量占比为5％-20％。通过限定第一气凝胶层中亲钠物质的含量，可在实现有效量的钠金属层沉积的同时避免过多的亲钠物质导致的钠离子电池比容量下降的问题。
17、在一种可选的实现方式中，碳纳米线包括碳纳米管或碳纳米纤维中的至少一种。
18、第二方面，本申请提供一种锂离子电池。该锂离子电池包括正极极片和负极极片，其中，所述负极极片包括叠层设置的第一气凝胶层和第二气凝胶层，所述第二气凝胶层设于所述第一气凝胶层的朝向所本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种钠离子电池，其特征在于，包括正极极片和负极极片，其中，
2.根据权利要求1所述的钠离子电池，其特征在于，所述第二气凝胶层具有多个贯通孔，所述多个贯通孔与所述第一气凝胶层中的孔隙连通。
3.根据权利要求2所述的钠离子电池，其特征在于，所述多个贯通孔的延伸方向与所述第二气凝胶层的厚度方向之间的夹角小于等于35°。
4.根据权利要求2或3所述的钠离子电池，其特征在于，所述贯通孔的孔径为10-100μm。
5.根据权利要求1-4任一项所述的钠离子电池，其特征在于，所述第二气凝胶层为定向冷冻干燥气凝胶层。
6.根据权利要求1-5任一项所述的钠离子电池，其特征在于，所述第一气凝胶层设有多个第一孔，所述多个第一孔的孔深方向与所述第一气凝胶层的厚度方向之间的夹角大于等于55°。
7.根据权利要求6所述的钠离子电池，其特征在于，所述多个第一孔中的任一第一孔的孔径为10-100μm。
8.根据权利要求6或7所述的钠离子电池，其特征在于，所述多个第一孔中的至少部分第一孔与所述第二气凝胶层中的贯通孔连通。
...【技术特征摘要】
1.一种钠离子电池，其特征在于，包括正极极片和负极极片，其中，
2.根据权利要求1所述的钠离子电池，其特征在于，所述第二气凝胶层具有多个贯通孔，所述多个贯通孔与所述第一气凝胶层中的孔隙连通。
3.根据权利要求2所述的钠离子电池，其特征在于，所述多个贯通孔的延伸方向与所述第二气凝胶层的厚度方向之间的夹角小于等于35°。
4.根据权利要求2或3所述的钠离子电池，其特征在于，所述贯通孔的孔径为10-100μm。
5.根据权利要求1-4任一项所述的钠离子电池，其特征在于，所述第二气凝胶层为定向冷冻干燥气凝胶层。
6.根据权利要求1-5任一项所述的钠离子电池，其特征在于，所述第一气凝胶层设有多个第一孔，所述多个第一孔的孔深方向与所述第一气凝胶层的厚度方向之间的夹角大于等于55°。
7.根据权利要求6所述的钠离子电池，其特征在于，所述多个第一孔中的任一第一孔的孔径为10-100μm。
8.根据权利要求6或7所述的钠离子电池，其特征在于，所述多个第一孔中的至...
【专利技术属性】
技术研发人员：吴奕增，张业正，
申请(专利权)人：华为数字能源技术有限公司，
类型：发明
国别省市：
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