CN108075190A - 固态复合锂电池芯极片及使用该极片的锂电池芯 - Google Patents

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Abstract

一种固态复合锂电池芯极片，包括：一阴极集电片；一第一阴极活性物质涂层，其一面结合于该阴极集电部的第一面上；一第一固态电解质涂层，其一面结合于该第一阴极活性物质涂层的另一面上；一第一阳极活性物质涂层，其一面结合于该第一固态电解质涂层的另一面上；一第一导电层，其一面结合于该第一阳极活性物质涂层的另一面上；一第一阳极集电片，由一第一阳极极耳及一第一阳极集电部组成；一第二阴极涂层，其一面结合于该阴极集电部的第二面上；一第二固态电解质涂层，其一面结合于该第二阴极涂层的另一面上；一第二阳极涂层，其一面结合于该第二固态电解质涂层的另一面上；一第二导电层；以及一第二阳极集电片。

Description

固态复合锂电池芯极片及使用该极片的锂电池芯
技术领域
本发明涉及一种电池芯，尤指一种可在高、低温时保持性能稳定以确保使用安全的固态复合锂电池芯极片及使用该极片的锂电池芯。
背景技术
目前锂离子电池芯由于具有重量轻，比钢/铝壳电池安全系数更高、不易爆炸等原因，因此在部分领域得到快速发展，但其实质上也是更换了包装的液态锂离子电池芯。其中，当电池芯处于充电状态、放电状态、短路或高温环境下而使得电池液的温度升高到达大约75~80℃以上的高温时，电解质溶液内诸如碳酸二甲酯(dimethyl carbonate，DMC)之类的有机溶剂及部分杂质将会产生诸如氢气、氧气及二氧化碳之类的空气，而形成气胀及漏液的现象，如此一来，不但会造成电池芯的性能下降，甚至于会产生爆炸现象，而有安全上的疑虑。
并且，一般锂电池芯内的电极片的工艺大致分为堆栈及卷绕两种方式，两者方式都是在阴极片及阳极片之间夹置隔膜纸之后，再重复堆栈或卷绕而成，并在放进壳体之后，注入电解液，最后打钢珠封口以成型一锂电池芯。然而，隔膜纸与电解液均不耐高温、低温，当电池液的温度升高到达大约75~80℃以上的高温时，不但会有气胀爆炸的危险，且会有在低温下无法运作的问题。
发明内容
有鉴于此，为了提供一种有别于现有技术的结构，并改善上述的缺点，发明人积多年的经验及不断的研发改进，遂有本发明的产生。
本发明的一目的在于提供一种固态复合锂电池芯极片及使用该极片的锂电池芯，将固态电解质涂层与各涂层、片体依序层叠，或将层叠之后的结构卷绕成型，以借由固态电解质涂层的导电性能稳定及耐高温、低温的特性，使在高温时，能防止产生气胀、漏液的问题，以确保使用安全，并在低温环境中能正常运作。
为达上述的目的，本发明提供的固态复合锂电池芯极片包括：一阴极集电片、一第一阴极活性物质涂层、一第一固态电解质涂层、一第一阳极活性物质涂层、一第一导电层、一第一阳极集电片、一第二阴极涂层、一第二固态电解质涂层、一第二阳极涂层、一第二导电层以及一第二阳极集电片。其中，该阴极集电片由一阴极极耳及一阴极集电部组成，阴极集电部具有反向且相对应的第一面及第二面；第一阴极活性物质涂层的一面结合于阴极集电部的第一面上，第一固态电解质涂层、第一阳极活性物质涂层及第一导电层依序层叠于第一阴极活性物质涂层的另一面上；该第一阳极集电片由一第一阳极极耳及一第一阳极集电部组成，第一阳极集电部的一面结合于第一导电层的另一面上。而第二阴极涂层的一面结合于阴极集电部的第二面上，第二固态电解质涂层、第二阳极涂层及第二导电层依序层叠于第二阴极涂层的另一面上；该第二阳极集电片由一第二阳极极耳及一第二阳极集电部组成，第二阳极集电部的一面结合于第二导电层的另一面上。
实施时，阴极集电部的第一面及第二面分别呈长方形。
实施时，第一阳极极耳及第二阳极极耳共同组成一阳极极耳组，阳极极耳组与阴极极耳位于反向的位置。
实施时，本发明还包括一第一绝缘层及一第二绝缘层，第一绝缘层结合于阴极集电部的第一面上，第一绝缘层邻接第一阴极活性物质涂层；而第二绝缘层结合于阴极集电部的第二面上，第二绝缘层邻接第二阴极涂层。
本发明提供的锂电池芯以长条形的固态复合锂电池芯极片由第一端朝向第二端的方向卷绕而成，其中，第一端的第一阳极集电部上结合一第一绝缘胶层，第一端的第二阳极集电部上结合一第二绝缘胶层，第二端的第一阳极集电部上结合一第三绝缘胶层，第二端的第二阳极集电部上结合一第四绝缘胶层。
本发明不但可以有效提高作业效率以降低制造及组装成本，在高温时防止产生气胀、漏液的问题以确保使用安全，且可在低温环境中能正常运作以提升效能。并且，在加工作业上相当简便，在使用上相当具有弹性。
附图说明
图1为本发明的固态复合锂电池芯极片的较佳实施例的组件分解图；
图2为本发明的固态复合锂电池芯极片的较佳实施例的立体外观示意图；
图3为图2的A-A’剖面示意图；
图4为本发明的锂电池芯的较佳实施例展开时的立体外观示意图；
图5为本发明的锂电池芯的较佳实施例卷绕成型之后的立体外观示意图。
附图标记说明
1 固态复合锂电池芯极片 11 阴极集电片
111 阴极极耳 112 阴极集电部
113 第一面 114 第二面
12 第一阴极活性物质涂层 13 第一绝缘层
14 第一固态电解质涂层 15 第一阳极活性物质涂层
16 第一导电层 17 第一阳极集电片
171 第一阳极极耳 172 第一阳极集电部
18 第二阴极涂层 19 第二绝缘层
20 第二固态电解质涂层 21 第二阳极涂层
22 第二导电层 23 第二阳极集电片
231 第二阳极极耳 232 第二阳极集电部
24 阳极极耳组 3 锂电池芯
31 第一端 32 第二端
311 第一绝缘胶层 312 第二绝缘胶层
321 第三绝缘胶层 322 第四绝缘胶层。
具体实施方式
为进一步了解本发明，以下根据较佳的实施例，配合附图、图号，将本发明的具体构成内容及其所达成的功效详细说明如下：
请参阅图1~3所示，其为本发明的固态复合锂电池芯极片1的较佳实施例，包括分别呈长条形片状的一阴极集电片11、一第一阴极活性物质涂层12、一第一绝缘层13、一第一固态电解质涂层14、一第一阳极活性物质涂层15、一第一导电层16、一第一阳极集电片17、一第二阴极涂层18、一第二绝缘层19、一第二固态电解质涂层20、一第二阳极涂层21、一第二导电层22以及一第二阳极集电片23。
该阴极集电片11为铝箔片，该阴极集电片11由一长条形阴极极耳111及一阴极集电部112组成，其中，该阴极集电部112具有反向且相对应的第一面113及第二面114，第一面113及第二面114分别呈长方形。
第一阴极活性物质涂层12及第二阴极涂层18分别为锂硫化合物涂层，也可为LiMnO2、LiMn2O4、LiCoO2、Li2Cr2O7、Li2CrO4、LiNiO2、LiFeO2、LiNixCo1-xO2、LiFePO4、LiMn0.5Ni0.5O2、LiMn1/3Co1/3Ni1/3O2、LiMc0.5Mn1.5O4其中的一种或上述物质的组合。
第一绝缘层13及第二绝缘层19分别为绝缘胶或绝缘漆，第一绝缘层13结合于阴极集电部112的第一面113上，并与第一阴极活性物质涂层12邻接；第二绝缘层19结合于阴极集电部112的第二面114上，并与第二阴极涂层18邻接。
第一固态电解质涂层14及第二固态电解质涂层20分别为固态分子聚电解质涂层，而该固态分子聚电解质为陶瓷氧化合物，也可为耐高温、低温的高分子聚合物，例如：具有由以下通式I表示的重复单元E 1：
其中，该重复单元E 1具有两个与该重复单元E 1中的两个个N原子键结的侧基，L 1及L 2；
L 1及L 2 独立地表示基团R 1－SO3 M，
R 1表示烃；
M表示选自由Li＋、Na＋、H＋及K＋组成的群的阳离子；
R 3 表示基团H或SO3 M；
且x表示大于10的整数。
第一阳极活性物质涂层15及第二阳极涂层21为锂金属混合氧化物(lithiummixed metal oxide) 涂层，也可分别由商用硅粉末球磨后而成，且在硅材料表面包覆碳膜。第一导电层16及第二导电层22分别为导电胶或导电漆。而第一阳极集电片17及第二阳极集电片23分别为铝箔片或铜箔片其中的一种，且第一阳极集电片17由长条形第一阳极极耳171及第一阳极集电部172组成，第二阳极集电片23由长条形第二阳极极耳231及第二阳极集电部232组成。
上述第一阴极活性物质涂层12的一面结合于阴极集电部112的第一面113上，第一固态电解质涂层14、第一阳极活性物质涂层15及第一导电层16依序层叠于第一阴极活性物质涂层12的另一面上，而第一阳极集电片17的第一阳极集电部172的一面结合于第一导电层16的另一面上。另外，第二阴极涂层18的一面结合于阴极集电部112的第二面114上，第二固态电解质涂层20、第二阳极涂层21及第二导电层22依序层叠于第二阴极涂层18的另一面上，而第二阳极集电片23的第二阳极集电部232的一面结合于第二导电层22的另一面上。
本发明的固态复合锂电池芯极片1层叠的各组件经上述顺序层叠并辊压之后，即可成型为一片体，并使第一阳极极耳171及第二阳极极耳231共同组成一阳极极耳组24，且阳极极耳组24与阴极极耳111位于反向的位置，以单独输出电流，而经裁切并堆栈之后，则可提供更大的电流容量。
请同时参阅图4、5所示，本发明的锂电池芯3的固态复合锂电池芯极片1呈长条形，固态复合锂电池芯极片1具有反向的第一端31及第二端32，其中，第一端31的第一阳极集电部172上结合一第一绝缘胶层311，第一端31的第二阳极集电部232上结合一第二绝缘胶层312，第二端32的第一阳极集电部172上结合一第三绝缘胶层321，第二端32的第二阳极集电部232上结合一第四绝缘胶层322。第一绝缘胶层311、第二绝缘胶层312、第三绝缘胶层321及第四绝缘胶层322分别为绝缘胶或绝缘漆。
锂电池芯3由长条形固态复合锂电池芯极片1的第一端31朝向第二端32的方向卷绕而成，可以使锂电池芯3呈软包形、圆柱形或方形，而由于各个绝缘胶层的配置，则可在长条形固态复合锂电池芯极片1卷绕之后，能有效防止短路现象。
因此，本发明具有以下的优点：
1、本发明将固态电解质涂层与各涂层、片体依序层叠，以同时取代现有的隔膜纸与电解液，因此，不但可以有效提高作业效率以降低制造及组装成本、在高温时防止产生气胀、漏液的问题以确保使用安全，且可在低温环境中能正常运作以提升效能。
2、本发明的极片可以单片、堆栈使用，或在辊压成长片状之后，再卷绕使呈软包形、圆柱形或方形等各种形体的锂电池芯，因此，在加工作业上相当简便，而在使用上相当具有弹性。
综上所述，依上文所揭示的内容，本发明确可达到预期的目的，提供一种不但能使电池的性能稳定以确保使用安全，且可弹性加工以制成不同形体使用的固态复合锂电池芯极片及使用该极片的锂电池芯，极具产业上利用的价值，特依法提出发明专利申请。

Claims (6)

1.一种固态复合锂电池芯极片，其特征在于，包括：
一阴极集电片，由一阴极极耳及一阴极集电部组成，该阴极集电部具有反向且相对应的第一面及第二面；
一第一阴极活性物质涂层，其一面结合于该阴极集电部的第一面上；
一第一固态电解质涂层，其一面结合于该第一阴极活性物质涂层的另一面上；
一第一阳极活性物质涂层，其一面结合于该第一固态电解质涂层的另一面上；
一第一导电层，其一面结合于该第一阳极活性物质涂层的另一面上；
一第一阳极集电片，由一第一阳极极耳及一第一阳极集电部组成，该第一阳极集电部的一面结合于该第一导电层的另一面上；
一第二阴极涂层，其一面结合于该阴极集电部的第二面上；
一第二固态电解质涂层，其一面结合于该第二阴极涂层的另一面上；
一第二阳极涂层，其一面结合于该第二固态电解质涂层的另一面上；
一第二导电层，其一面结合于该第二阳极涂层的另一面上；以及
一第二阳极集电片，由一第二阳极极耳及一第二阳极集电部组成，该第二阳极集电部的一面结合于该第二导电层的另一面上。
2.如权利要求1所述的固态复合锂电池芯极片，其特征在于，该阴极集电部的第一面及第二面分别呈长方形。
3.如权利要求1所述的固态复合锂电池芯极片，其特征在于，该第一阳极极耳及该第二阳极极耳共同组成一阳极极耳组，该阳极极耳组与该阴极极耳位于反向的位置。
4.如权利要求1、2或3所述的固态复合锂电池芯极片，其特征在于，还包括一第一绝缘层，该第一绝缘层结合于该阴极集电部的第一面上，且该第一绝缘层邻接该第一阴极活性物质涂层。
5.如权利要求1、2或3所述的固态复合锂电池芯极片，其特征在于，还包括一第二绝缘层，该第二绝缘层结合于该阴极集电部的第二面上，且该第二绝缘层邻接该第二阴极涂层。
6.一种使用权利要求1所述的固态复合锂电池芯极片的锂电池芯，其特征在于，该固态复合锂电池芯极片呈长条形，其具有反向的第一端及第二端，该锂电池芯由该固态复合锂电池芯极片的第一端朝向第二端的方向卷绕而成，该第一端的第一阳极集电部上结合一第一绝缘胶层，该第一端的第二阳极集电部上结合一第二绝缘胶层，该第二端的第一阳极集电部上结合一第三绝缘胶层，该第二端的第二阳极集电部上结合一第四绝缘胶层。
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