[发明专利]一种双极全固体电池

说明书

本发明涉及全固体电池领域，为解决现有技术下防止集流体破损的方法会降低固体电池的体积能量密度的问题，公开了一种双极全固体电池，所述电池包括若干个层叠的电池基元、位于相邻电池基元之间的双极集流体、包裹在电池单元外的外壳以及填充在电池基元及外壳之间的热塑性弹性体，其中电池基元之间串联相连，电池基元包括依次层叠的正极层、固体电解质层及负极层。本发明使用的双极集流体具有高机械强度，不需要额外使用绝缘体就可以避免高强度机械负载下集流体断裂引起的电池内短路，有效增加了电池体积能量密度和极片与固体电解质之间的界面电导性及稳定性，提高了电池的安全性能，降低了电池组装工艺和设备要求，从而减少制造成本。

技术领域

本发明涉及全固体电池领域，尤其涉及一种双极全固体电池。

背景技术

目前，当今社会已迈入以智能便携式电子产品、物联网和电动汽车的广泛使用为特征的新时代，这对电源的能量密度和安全性能提出了更高要求。例如电动汽车等大型储能装置需要高压和高能电池模块，这些模块具有许多串联的单元电池，传统的液体电解质锂离子电池采用单极设计，每个集电器充当正极或负极，由于所用液体电解质的流体性质，每个单元电池应密封和包装，多个单元电池通过外部布线串联，这导致电池的体积较大。与液体电解质不同，固体电解质能够实现双极设计，其中单元电池通过双极集流体堆叠并串联连接，双极集流体用作单个封装内一个电池负极和下一个电池正极的电流收集器。双极设计可以显著减少电池中用于包装和电气连接的组件和零件，因此，双极设计可以提高电池系统的体积能量密度，同时使总输出电压易于调控，此外，双极设计允许电流流过电池板的整个表面积，提高电池材料利用率。但双极全固体电池使用中双极集流体易破损，并且极片与固体电解质之间界面的电导性和稳定性较差的问题制约着双极全固体电池的发展。

例如，在中国专利文献上公开的“双极全固体电池”，其公告号为CN103548196B，该双极全固体电池的特征在于，具有双极电极和含有固体电解质的固体电解质层，且多个上述双极电极层叠介由上述固体电解质层层叠，上述双极电极具有集电体以及电极活性物质层，上述电极活性物质层由形成于上述集电体的一个表面且含有正极活性物质的正极活性物质层和形成于上述集电体的另一个表面且含有负极活性物质的负极活性物质层构成，上述电极活性物质层形成于上述集电体的端部的内侧，上述电极活性物质层的端部与上述集电体表面之间配置有形成于上述集电体表面上的增强层。该发明在电极活性物质层的端部与集电体表面之间配置增强层防止双极电极的集电体的破损进而防止短路的发生的双极全固体电池，但增强层降低了固体电池的体积能量密度，并且无法避免高强度机械负载下集流体断裂引起的电池内短路。

发明内容

本发明为了克服现有技术下防止集流体破损的方法会降低固体电池的体积能量密度的问题，提供一种双极全固体电池，本发明使用的双极集流体具有高的机械强度，避免高强度机械负载下集流体断裂引起的电池内短路，因此不需要额外使用绝缘体，有效增加了电池体积能量密度；此外使用的聚合物复合电解质可提高极片/固体电解质界面电导和稳定性，提高电池的安全性能，降低电池组装工艺和设备要求，减少制造成本。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种双极全固体电池，所述电池包括若干个层叠的电池基元、位于相邻电池基元之间的双极集流体、包裹在电池单元外的外壳以及填充在电池基元及外壳之间的热塑性弹性体，其中电池基元之间串联相连，电池基元包括依次层叠的正极层、固体电解质层及负极层。

根据实际放电电压需求可以组装若干个不同的电池基元，层叠结构可减小电池体积，双极集流体起到隔离和负载电池基元的作用，而在电池基元及外壳之间填充热塑性弹性体可提高全固体电池的机械稳定性。电池基元中，为避免组装错位造成正负极接触内短路，固体电解质层尺寸大于正极层及负极层，固体电解质层四个边缘相对于正极层及负极层冗余量为2-4mm最佳，固体电解质层与正负极层尺寸差距过大，影响全固体电池的体积及能量密度。

作为优选，所述双极集流体为表面涂覆高导电聚合物薄膜的涂碳金属箔。