【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于固态电池领域，具体涉及一种复合聚合物防短路绝缘环、全固态锂电池及制备方法。
技术介绍
1、由于传统液态电池所暴露出的安全问题，不含任何液态组分且具有高能量密度、高安全性的全固态锂电池受到了广泛的关注。
2、与液态电池中的界面固-液接触不同，目前，全固态电池中的界面固-固接触需在高压力下改善。当对电芯施加较大压力时，正极、固态电解质膜、负极之间尺寸差异产生的孔隙会导致极片受压破裂粉碎，从而导致电芯短路；同时，由于正负极尺寸差异，片层边缘产生的剪切应力会导致极片边缘撕裂、固态电解质层穿透，使全固态电池结构存在缺陷，从而进一步加剧短路发生，影响全固态电池的电化学性能。
3、cn114447406a通过用电解质膜完全覆盖正极片及留白区，并且使用交替层叠方法，减少电池内部的剪切力。但由于正极厚度，无法完全消除压力下正极边缘的剪切力。
4、cn117199513a将电解质表面叠置聚合物膜环和正极片进行封装，通过高压将熔融聚合物压入电解质膜和正极的内部。虽然该专利在制备聚合物膜中加入了大量锂盐改善聚合物的离子电导率，但电解质膜表面残留的聚合物膜层仍会导致正极和电解质的界面接触问题。同时，由于聚合物内环尺寸小于正极尺寸，重叠部分会导致正极容量损失，降低电池的能量密度。
5、cn115513532a在叠片时将绝缘环置于正极极片空箔区，填补与固态电解质层间孔隙，但高压力下，聚合物与电极之间的力学性能差异导致加压后各结构应变不同所产生极片边缘撕裂、极耳撕裂等电芯结构破坏问题。因此，对于绝缘
6、基于此，亟需一种可以完全消除电芯内部剪切应力、防短路效果好、具有高能量密度且成本低的方法。
技术实现思路
1、针对上述问题情况，本专利技术目的之一在于提供一种复合聚合物防短路绝缘环。该复合聚合物防短路绝缘环由低熔点弹性热熔膜和高孔隙度网膜热压复合后裁剪而成，具有较好的弹性，可适应充放电过程中电芯的体积变化；同时具有较好的抗双轴拉伸能力，抑制了压力作用下聚合物在平面方向的延展导致的电芯撕裂问题。
2、本专利技术目的之二在于提供一种全固态锂电池及其制备方法。该电池在叠片时将复合聚合物防短路绝缘环置于正极极片的边缘留白区，通过热熔适应正极厚度填补与固态电解质层间空隙，消除了边缘剪切应力，预防了电芯由于片层大小不同在受到压力下边缘应力导致的穿透短路问题。
3、为了实现上述目的，本专利技术采取的技术方案为：
4、一种复合聚合物防短路绝缘环，所述复合聚合物防短路绝缘环为矩形环状结构，由聚合物热熔膜和高孔隙度网膜热压复合后裁切而成。
5、进一步的，所述聚合物热熔膜为弹性低熔点热塑性聚合物热熔膜，熔融温度≤120℃，所述聚合物热熔膜包括聚醚类聚合物、聚酯类聚合物、聚烯烃类聚合物、聚氨酯类聚合物、橡胶中的一种或多种；所述聚合物热熔膜膜组分为：乙烯-醋酸乙烯共聚物、热塑性聚氨酯、聚环氧乙烯、聚醚砜、聚酰胺、聚乙烯、聚丙烯、聚丙烯腈、聚己内酯中的一种或多种。
6、进一步的，所述高孔隙度网膜为抗双轴拉伸的高孔隙度网膜，所述高孔隙度网膜为尼龙网、锦纶网、聚乙烯网、涤纶网、无纺布、纤维素膜、水系隔膜、纤维素膜、玻璃纤维膜、中的一种或多种。
7、本专利技术提出一种全固态锂电池，包括正极极片、如上所述的复合聚合物防短路绝缘环、固态电解质膜以及负极极片，所述正极极片包括正极集流体和正极活性层，所述正极集流体和正极活性层为同心矩形结构设置，正极集流体的面积大于正极活性层的面积，存在边缘空白框区，所述正极活性层设置在复合聚合物防短路绝缘环的内环区域，所述复合聚合物防短路绝缘环设置于正极集流体表面的边缘空白框区。
8、进一步的，所述固态电解质膜为硫化物固态电解质膜、氧化物固态电解质膜中的一种或多种。
9、进一步的，所述正极集流体边缘空白框区宽度2 mm≤d≤10 mm；
10、本专利技术提出了如上所述的全固态锂电池的制备方法，包括如下步骤：
11、复合步骤：将聚合物热熔膜和高孔隙度网膜加热复合后裁切成环，与正极活性层、正极集流体热压得到复合正极极片；
12、叠片步骤：将复合正极极片、固态电解质膜、负极极片按顺序叠片组合；
13、电池封装步骤：全固态锂电池极耳焊接后封装，封装后将所述结构进行平板冷压或等静压处理，得到所述全固态锂电池。
14、进一步的，所述复合步骤具体包括如下步骤：
15、步骤s1，将聚合物热熔膜和高孔隙度网膜热压复合后冷却至室温，使聚合物填充高孔隙度网膜，制备聚合物复合膜，且聚合物复合膜的厚度与正极活性层厚度相近；
16、步骤s2，将步骤s1所制得聚合物复合膜裁成矩形环状结构，得到所述复合聚合物防短路绝缘环，所述复合聚合物防短路绝缘环内环的长、宽尺寸与正极活性层尺寸相同，复合聚合物防短路绝缘环外环的长、宽尺寸大于正极集流体尺寸；所述复合聚合物防短路绝缘环外环的长、宽尺寸与固态电解质膜的尺寸相同；
17、步骤s3，将所述复合聚合物防短路绝缘环置于正极集流体表面的边缘空白框区，正极活性层嵌于复合聚合物防短路绝缘环内环，将以上结构在聚合物熔点以上热压处理，使聚合物热熔粘结正极活性层的边缘和正极集流体表面，冷却至室温，使聚合物从熔融态转变为凝固态，得到所述的复合正极极片。
18、进一步的，步骤s1中，所述热压复合温度为50 ℃-120℃，热压压力为1-10 mpa，热压时间为5-60 min，热压处理方法为平板热压；所述聚合物在高孔隙度网膜中的填充率为10 wt%-100 wt%。
19、进一步的，热压后聚合物复合膜的厚度与正极活性层厚度相近，其中正极活性层厚度为140-200 um；聚合物复合膜厚度为120 -220 um；正极活性层厚度和聚合物复合膜厚度差值≤30 um；优选地，正极活性层和聚合物复合膜厚度差值≤20 um。
20、进一步的，电池封装步骤中压力范围为400-600 mpa，压制时间为30-600 s；优选的，施压方式为等静压；压力范围为450-600 mpa；压力时间为180-400 s。
21、进一步的，所述的复合聚合物防短路绝缘环中聚合物热熔膜厚度为10-300 um，高孔隙度网膜的厚度为50 um-300 um；优选地，聚合物热熔膜的厚度为50-150 um；优选地，抗双轴拉伸的高孔隙度网膜的厚度为100-200 um。
22、与现有技术相比，本专利技术技术方案具有如下有益效果：
23、1. 本专利技术通过热压将复合聚合物防短路绝缘环置于正极活性层外四周空箔区，适应正极厚度填补与正极与固态电解质层间空隙，避免了对电芯施压时由于片层尺寸差异，在受到压力下边缘产生剪切应力导致的固态电解质膜穿透短路问题。
24、2. 本专利技术复合聚合物防短路绝缘环填充正极活性层边缘空白区域，可以提升电芯厚度一致性，使电池内部各区域受压均匀本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种复合聚合物防短路绝缘环，其特征在于，所述复合聚合物防短路绝缘环为矩形环状结构，由聚合物热熔膜和高孔隙度网膜热压复合后裁切而成。
2.根据权利要求1所述的一种复合聚合物防短路绝缘环，其特征在于，所述聚合物热熔膜为弹性低熔点热塑性聚合物热熔膜，熔融温度≤120℃，所述聚合物热熔膜包括聚醚类聚合物、聚酯类聚合物、聚烯烃类聚合物、聚氨酯类聚合物、橡胶中的一种或多种；所述聚合物热熔膜膜组分为：乙烯-醋酸乙烯共聚物、热塑性聚氨酯、聚环氧乙烯、聚醚砜、聚酰胺、聚乙烯、聚丙烯、聚丙烯腈、聚己内酯中的一种或多种。
3.根据权利要求1所述的一种复合聚合物防短路绝缘环，其特征在于，所述高孔隙度网膜为抗双轴拉伸的高孔隙度网膜，所述高孔隙度网膜为尼龙网、锦纶网、聚乙烯网、涤纶网、无纺布、纤维素膜、水系隔膜、玻璃纤维膜中的一种或多种。
4.一种全固态锂电池，其特征在于，包括正极极片、权利要求1-3任意一项所述的复合聚合物防短路绝缘环、固态电解质膜以及负极极片，所述正极极片包括正极集流体和正极活性层，所述正极集流体和正极活性层为同心矩形结构设置，正极集流体的面积大于
5.如权利要求4所述的全固态锂电池的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
6.根据权利要求5所述的全固态锂电池的制备方法，其特征在于，所述复合步骤具体包括如下步骤：
7.根据权利要求6所述的全固态锂电池的制备方法，其特征在于，步骤S1中，所述的聚合物热熔膜厚度为10-300 um；高孔隙度网膜的厚度为50 um-300 um;抗双轴拉伸的高孔隙度网膜的厚度为100-200 um。
8.根据权利要求6所述的全固态锂电池的制备方法，其特征在于，步骤S1中，所述热压复合温度为50 ℃-120℃，热压压力为1-10 MPa，热压时间为5-60 min，热压处理方法为平板热压；所述聚合物在高孔隙度网膜中的填充率为10 wt%-100 wt%。
9.根据权利要求6所述的全固态锂电池的制备方法，其特征在于，热压后聚合物复合膜的厚度与正极活性层厚度相近，其中正极活性层厚度为140-200 um；聚合物复合膜厚度为120 -220 um；正极活性层厚度和聚合物复合膜厚度差值≤30 um。
10.根据权利要求5所述的全固态锂电池的制备方法，其特征在于，电池封装步骤中压力范围为400-600 MPa，压制时间为30-600 s；施压方式为等静压。
...【技术特征摘要】
1.一种复合聚合物防短路绝缘环，其特征在于，所述复合聚合物防短路绝缘环为矩形环状结构，由聚合物热熔膜和高孔隙度网膜热压复合后裁切而成。
2.根据权利要求1所述的一种复合聚合物防短路绝缘环，其特征在于，所述聚合物热熔膜为弹性低熔点热塑性聚合物热熔膜，熔融温度≤120℃，所述聚合物热熔膜包括聚醚类聚合物、聚酯类聚合物、聚烯烃类聚合物、聚氨酯类聚合物、橡胶中的一种或多种；所述聚合物热熔膜膜组分为：乙烯-醋酸乙烯共聚物、热塑性聚氨酯、聚环氧乙烯、聚醚砜、聚酰胺、聚乙烯、聚丙烯、聚丙烯腈、聚己内酯中的一种或多种。
3.根据权利要求1所述的一种复合聚合物防短路绝缘环，其特征在于，所述高孔隙度网膜为抗双轴拉伸的高孔隙度网膜，所述高孔隙度网膜为尼龙网、锦纶网、聚乙烯网、涤纶网、无纺布、纤维素膜、水系隔膜、玻璃纤维膜中的一种或多种。
4.一种全固态锂电池，其特征在于，包括正极极片、权利要求1-3任意一项所述的复合聚合物防短路绝缘环、固态电解质膜以及负极极片，所述正极极片包括正极集流体和正极活性层，所述正极集流体和正极活性层为同心矩形结构设置，正极集流体的面积大于正极活性层的面积，存在边缘空白框区，所述正极活性层设置在复合聚合物防短路绝缘环的内环区域，所述复合聚合物防短路绝缘环设置于正极集流体表面的边缘空白框区；所述固态电解质膜为硫...
【专利技术属性】
技术研发人员：胡灵敏，吴彬，王志轩，池张易，汪健，
申请(专利权)人：浙江久功新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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