全固态电池电芯、叠层电池电芯和复合电池电芯制造技术

本实用新型专利技术公开了一种全固态电池电芯，包括至少一个正极和至少一个负极；所述正极和负极之间交错设置；所述正极上复合有固态离子导体Ⅰ，所述负极上复合有固态离子导体Ⅱ，位于相邻的所述正极和负极之间的所述固态离子导体Ⅰ和固态离子导体Ⅱ复合在一起并形成固态离子导体，或位于相邻的所述正极和负极之间的所述固态离子导体Ⅰ和固态离子导体Ⅱ融合为一体并形成固态离子导体。本实用新型专利技术还公开了一种全固态叠层电池电芯和一种全固态复合电池电芯。本实用新型专利技术的全固态电池电芯及全固态叠层电池电芯，不仅能够满足储能要求，而且能够有效增强固态离子导体与电极之间的结合力以及亲润性，并能够有效减小固态离子导体与电极之间的界面电阻。

All solid state battery cell, laminated battery cell and composite battery cell

【技术实现步骤摘要】
全固态电池电芯、叠层电池电芯和复合电池电芯
本技术属于储能设备
，具体的为一种全固态电池电芯、叠层电池电芯和复合电池电芯。
技术介绍
固态电池是一种电池科技。与现今普遍使用的锂离子电池和锂离子聚合物电池不同的是，固态电池是一种使用固体电极和固体电解质的电池。传统的液态锂电池又被科学家们形象地称为“摇椅式电池”，摇椅的两端为电池的正负两极，中间为电解质(液态)。而锂离子就像优秀的运动员，在摇椅的两端来回奔跑，在锂离子从正极到负极再到正极的运动过程中，电池的充放电过程便完成了。固态电池的原理与之相同，只不过其电解质为固态，具有的密度以及结构可以让更多带电离子聚集在一端，传导更大的电流，进而提升电池容量。因此，同样的电量，固态电池体积将变得更小。不仅如此，固态电池中由于没有电解液，封存将会变得更加容易，在汽车等大型设备上使用时，也不需要再额外增加冷却管、电子控件等，不仅节约了成本，还能有效减轻重量。现有的固态电池虽然在一定程度上能够满足使用要求，但是仍存在以下不足：1)固态离子导体与电极之间的结合力不足；2)固态离子导体与电极之间的亲润性较差；3)固态离子导体与电极之间的界面电阻较大。
技术实现思路
有鉴于此，本技术的目的在于提供一种全固态电池电芯、叠层电池电芯和复合电池电芯，不仅能够满足储能要求，而且能够有效增强固态离子导体与电极之间的结合力以及亲润性，并能够有效减小固态离子导体与电极之间的界面电阻，提高离子渗透率。为达到上述目的，本技术提供如下技术方案：本技术首先提出了一种全固态电池电芯，包括至少一个正极和至少一个负极；所述正极和负极之间交错设置；所述正极上复合有固态离子导体Ⅰ，所述负极上复合有固态离子导体Ⅱ，位于相邻的所述正极和负极之间的所述固态离子导体Ⅰ和固态离子导体Ⅱ复合在一起并形成固态离子导体，或位于相邻的所述正极和负极之间的所述固态离子导体Ⅰ和固态离子导体Ⅱ融合为一体并形成固态离子导体。进一步，所述正极的数量N与所述负极的数量M满足：M＝N，或，|M-N|＝1。进一步，所述正极设有所述固态离子导体Ⅰ的侧面上设有第一凹槽，所述固态离子导体Ⅰ面向所述正极的一侧嵌入到所述第一凹槽内；和/或，所述负极设有所述固态离子导体Ⅱ的侧面上设有第二凹槽，所述固态离子导体Ⅱ面向所述负极的一侧嵌入到所述第二凹槽内。进一步，所述第一凹槽的宽度沿着槽底指向槽口的方向逐渐增大；所述第二凹槽的宽度沿着槽底指向槽口的方向逐渐增大。进一步，所述正极设有所述固态离子导体Ⅰ的侧面上阵列设有第一嵌孔，所述固态离子导体Ⅰ面向所述正极的一侧嵌入到所述第一嵌孔内；和/或，所述负极设有所述固态离子导体Ⅱ的侧面上阵列设有第二嵌孔，所述固态离子导体Ⅱ面向所述负极的一侧嵌入到所述第二嵌孔内。进一步，任意两个垂直于所述第一嵌孔轴线的径向截面在同一个所述第一嵌孔上截得的两个径向截面Ⅰ中，靠近所述第一嵌孔孔底一侧的径向截面Ⅰ的几何尺寸小于等于靠近所述第一嵌孔孔口一侧的径向截面Ⅰ的几何尺寸；任意两个垂直于所述第二嵌孔轴线的径向截面在同一个所述第二嵌孔上截得的两个径向截面Ⅱ中，靠近所述第二嵌孔孔底一侧的径向截面Ⅱ的几何尺寸小于等于靠近所述第二嵌孔孔口一侧的径向截面Ⅱ的几何尺寸。进一步，所述正极采用但不限于磷酸铁锂、三元材料、含硫导电材料、含有金属或有机材料的多孔碳层空气电池电极、层状金属氧化物材料或含氧有机聚合物材料制成；所述负极采用但不限于金属锂、金属钠、金属铝、金属镁、金属钾、石墨烯、硬碳、氧化硅或硅单质制成；所述固态离子导体采用凝胶、氧化物、硫化物和有机聚合物中的一种或至少两种的混合物制成。进一步，所述正极采用正极活性材料与固态离子导体材料的混合物制成；所述负极采用负极活性材料与固态离子导体材料的混合物制成。进一步，所述正极内的所述固态离子导体材料与所述正极活性材料之间的摩尔比小于等于100％；所述负极内的所述固态离子导体材料与所述负极活性材料之间的摩尔比小于等于100％。进一步，所述正极活性材料呈颗粒状均匀分布，且所述正极活性材料颗粒的缝隙中填充有所述固态离子导体材料；所述负极活性材料呈颗粒状均匀分布，且所述负极活性材料颗粒的缝隙中填充有所述固态离子导体材料。本技术还提出了一种全固态叠层电池电芯，包括软包体Ⅰ，所述软包体Ⅰ内设有至少两个复合在一起的如上所述的全固态电池电芯；相邻的两个所述全固态电池电芯中，其中一个所述全固态电池电芯端部的正极与另一个所述全固态电池电芯端部的负极相邻设置，且在该相邻的所述正极和负极之间设有电子导电但离子隔离的双极集流板Ⅰ。本技术还提出了一种全固态复合电池电芯，包括软包体Ⅱ，所述软包体Ⅱ内设有至少两个复合在一起的如上所述的全固态电池电芯；相邻的两个所述全固态电池电芯中，其中一个所述全固态电池电芯端部的正极与另一个所述全固态电池电芯端部的正极相邻设置，该相邻的两个所述正极之间复合在一起或该相邻的两个所述正极之间设有电子导电但离子隔离的双极集流板Ⅱ或该相邻的两个所述正极之间设有电子绝缘且离子隔离的绝缘隔膜Ⅱ；或，其中一个所述全固态电池电芯端部的负极与另一个所述全固态电池电芯端部的负极相邻设置；该相邻的两个所述负极之间复合在一起或该相邻的两个所述负极之间设有电子导电但离子隔离的双极集流板Ⅱ或该相邻的两个所述负极之间设有电子绝缘且离子隔离的绝缘隔膜Ⅱ；或，其中一个所述全固态电池电芯端部的正极与另一个所述全固态电池电芯端部的负极相邻设置，且在该相邻的所述正极和负极之间设有电子绝缘且离子隔离的绝缘隔膜Ⅰ。本技术的有益效果在于：本技术的全固态电池电芯，通过将固态离子导体Ⅰ与正极复合为一体，将固态离子导体Ⅱ与负极复合为一体，在保证固态离子导体Ⅰ与正极之间以及固态离子导体Ⅱ与负极之间的结合力以及亲润性的基础上，再将正极体和负极体复合在一起，使固态离子导体Ⅰ和固态离子导体Ⅱ复合在一起形成固态离子导体，或使固态离子导体Ⅰ和固态离子导体Ⅱ融合为一体形成固态离子导体，如此，即可有效增强固态离子导体与电极之间的结合度和亲润性，并降低固态离子导体与电极之间界面电阻，提高离子渗透率。通过将正极采用正极活性材料与固态离子导体材料的混合物制成，混合在正极内的固态离子导体材料与复合在正极侧面上的固态离子导体Ⅰ之间可离子导电连通，能够有效提高离子渗透率，并降低固态与电极之间界面电阻；同理，通过将负极采用负极活性材料与固态离子导体材料的混合物制成，混合在负极内的固态离子导体材料与复合在负极侧面上的固态离子导体Ⅱ之间可离子导电连通，能够有效提高离子渗透率，并降低固态与电极之间界面电阻。附图说明为了使本技术的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本技术提供如下附图进行说明：图1为本实本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种全固态电池电芯，其特征在于：/n包括至少一个正极(10)和至少一个负极(20)；/n所述正极(10)和负极(20)之间交错设置；/n所述正极(10)上复合有固态离子导体Ⅰ(11)，所述负极(20)上复合有固态离子导体Ⅱ(21)，位于相邻的所述正极(10)和负极(20)之间的所述固态离子导体Ⅰ(11)和固态离子导体Ⅱ(21)复合在一起并形成固态离子导体(30)，或位于相邻的所述正极(10)和负极(20)之间的所述固态离子导体Ⅰ(11)和固态离子导体Ⅱ(21)融合为一体并形成固态离子导体(30)。/n

【技术特征摘要】
1.一种全固态电池电芯，其特征在于：
包括至少一个正极(10)和至少一个负极(20)；
所述正极(10)和负极(20)之间交错设置；
所述正极(10)上复合有固态离子导体Ⅰ(11)，所述负极(20)上复合有固态离子导体Ⅱ(21)，位于相邻的所述正极(10)和负极(20)之间的所述固态离子导体Ⅰ(11)和固态离子导体Ⅱ(21)复合在一起并形成固态离子导体(30)，或位于相邻的所述正极(10)和负极(20)之间的所述固态离子导体Ⅰ(11)和固态离子导体Ⅱ(21)融合为一体并形成固态离子导体(30)。


2.根据权利要求1所述的全固态电池电芯，其特征在于：
所述正极(10)的数量N与所述负极(20)的数量M满足：
M＝N，或，|M-N|＝1。


3.根据权利要求1所述的全固态电池电芯，其特征在于：
所述正极(10)设有所述固态离子导体Ⅰ(11)的侧面上设有第一凹槽(12)，所述固态离子导体Ⅰ(11)面向所述正极(10)的一侧嵌入到所述第一凹槽(12)内；和/或，
所述负极(20)设有所述固态离子导体Ⅱ(21)的侧面上设有第二凹槽(22)，所述固态离子导体Ⅱ(21)面向所述负极(20)的一侧嵌入到所述第二凹槽(22)内。


4.根据权利要求3所述的全固态电池电芯，其特征在于：
所述第一凹槽(12)的宽度沿着槽底指向槽口的方向逐渐增大；
所述第二凹槽(22)的宽度沿着槽底指向槽口的方向逐渐增大。


5.根据权利要求1所述的全固态电池电芯，其特征在于：
所述正极(10)设有所述固态离子导体Ⅰ(11)的侧面上阵列设有第一嵌孔，所述固态离子导体Ⅰ(11)面向所述正极(10)的一侧嵌入到所述第一嵌孔内；和/或，
所述负极(20)设有所述固态离子导体Ⅱ(21)的侧面上阵列设有第二嵌孔，所述固态离子导体Ⅱ(21)面向所述负极(20)的一侧嵌入到所述第二嵌孔内。


6.根据权利要求5所述的全固态电池电芯，其特征在于：
任意两个垂直于所述第一嵌孔轴线的径向截面在同一个所述第一嵌孔上截得的两个径向截面Ⅰ中，靠近所述第一嵌孔孔底一侧的径向截面Ⅰ的几何尺寸小于等于靠近所述第一嵌孔孔口一侧的径向截面Ⅰ的几何尺寸；
任意两个垂直于所述第二嵌孔轴线的径向截面在同一个所述第二嵌孔上截得的两个径向截面Ⅱ中，靠近所述第二嵌孔孔底一侧的径向截面Ⅱ的几何尺寸小于等于靠近所述第二嵌孔孔口一侧的径向截面Ⅱ的几何尺寸。


7.根据权利要求1所述的全固态电池电芯，其特征在于：
所述正极(10)采用但不限于磷酸铁锂、三元材料、含硫导电材料、含有金属或有机材料的多孔碳层空气电池电极、层状金属氧化物材料或含氧有机聚合物材料制成；
所述负极(20)采用但不限于金属锂、金属钠、金属铝、金属镁、金属钾、石墨烯、硬碳、氧化...

【专利技术属性】
技术研发人员：辛民昌，李长明，吴超，辛程勋，
申请(专利权)人：青岛九环新越新能源科技股份有限公司，
类型：新型
国别省市：山东;37