CN108400372A - 一种宽温全固态锂离子电池 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种宽温全固态锂离子电池，包括负极片、正极片及间隔于负极片和正极片之间的干形固体电解质膜，还包括自热箔片，所述自热箔片具有两个极耳，两个极耳分别为第一极耳和第二极耳，第一极耳经引出形成工作端，第二极耳与正极片或者负极片的电极引出端相连，所述工作端和自热箔片中第二极耳与正极片或者负极片的电极引出端相连且两者之间设有温控开关，所述自热箔片与其两侧相邻的正极片及负极片之间设有耐腐蚀绝缘层。本发明结构简单，能实现全固态锂离子电池在常温甚至低温下应用，并具有与商用锂电池同等的充放电性能。

Description

一种宽温全固态锂离子电池
技术领域
本发明涉及锂离子电池技术领域，尤其是涉及一种宽温全固态锂离子电池。
背景技术
液体锂离子电池安全可靠性较差，在过充、挤压、碰撞等滥用或意外情况下，易引发燃烧甚至爆炸等安全事故，其主要原因在于液体电解液所使用的碳酸酯溶剂挥发性强、闪点低、易燃，在电动车等一些工况环境恶劣场合下，锂离子电池难以大规模推广应用将热稳定性更高的固体电解质替代液体电解液，以便从根本上改善锂离子电池系统的安全可靠性，是极其迫切的任务，对于锂电整个行业来讲具有重大战略意义，因此一直是下一代高比能、高安全型锂离子电池的研发方向和热点。此外，固体电池还将具有如下优势：(1)固体电解质替换电解液的同时也起到了隔膜的作用，将有望降低材料成本，因为隔膜技术颇为复杂，技术壁垒高，高端产品基本被日本等国外企业垄断，其成本约占电池总材料成本的20--30％；(2)更加灵活的电池设计和制造。液体电解液的可流动性对电池外形、内部结构设计、制造工艺有诸多限制，譬如，无法采用内部串联结构、对外部包装材料要求高、需采用严格的封装工艺等。虽然固体电解质的电化学窗口相电池形态也将更加灵活；(3)由于致密无孔，使用固体电解质时，原则上无需担心锂枝晶穿透隔膜，因此可以直接采用金属锂做负极，锂负极比容量达3860mAh/g，是目前最普遍使用的石墨负极(372mAh/g)的将近10倍，并且电位更低，因此有利于提高电池比能量。
目前的全固态锂离子电池基本还处于实验室状态，其主要问题在于固态电解质在室温下电导率较低，难以在室温下应用。
商品电解液的常温(25℃)电导率可达10-2S/cm以上，而业界一般认为，只有当电解质的室温电导率达到10-4S/cm以上，才具备应用的潜力，而一般固体电解质需要在60℃以上才能达到这一数值。
发明内容
本发明是为了解决现有技术的全固态锂离子电池在常温下离子电导率低的问题，提供了一种结构简单，能实现全固态锂离子电池在常温甚至低温下应用，并具有与商用锂电池同等的充放电性能的宽温全固态锂离子电池。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种宽温全固态锂离子电池，包括负极片、正极片及间隔于负极片和正极片之间的干形固体电解质膜，还包括自热箔片，所述自热箔片具有两个极耳，两个极耳分别为第一极耳和第二极耳，第一极耳经引出形成工作端，第二极耳与正极片或者负极片的电极引出端相连，所述工作端和自热箔片中第二极耳与正极片或者负极片的电极引出端相连且两者之间设有温控开关，所述自热箔片与其两侧相邻的正极片及负极片之间设有耐腐蚀绝缘层。本发明在电池内增加了自热箔片，自热箔片可在通电情况下迅速发热(一般1min以内)将电池温度提升至60℃左右，使固体电解质达到适合工作的温度，温控开关可根据温度自动打开或闭合，当温度达到所需温度即可断开，电流不经过自热箔片，减少能量损失，当温度降至某一温度时，便可再次连接进行加热；耐腐蚀绝缘层以隔离自热箔片、负极片、正极片，同时保护负极片、正极片；干形固体电解质膜可为无机固态电解质和聚合物电解质，如：硫化物、氧化物、PEO和PEO衍生物等，均为本技术领域的常规选择。
作为优选，所述自热箔片为Ni箔或Co箔。自热箔片选自在电池工作电压区间内不发生氧化还原的任何金属，优选Ni或Co。
作为优选，所述自热箔片厚度为30～150μm。自热箔片厚度控制在30～150μm，以保证较快的发热速度和合适的电池能量损失之间的均衡。
因此，本发明具有如下有益效果：
(1)电池内增加了自热箔片，自热箔片可在通电情况下迅速发热(一般1min以内)将电池温度提升至60℃左右，从而使固体电解质达到适合工作的温度，实现全固态锂离子电池在常温甚至低温下应用；
(2)将自热箔片厚度控制在30～150μm，以保证较快的发热速度和合适的电池能量损失之间的均衡。
附图说明
图1是本发明的一种结构示意图。
图中：负极片1，正极片2，干形固体电解质膜3，自热箔片4，第一极耳5，第二极耳6，工作端7，电极引出端8，温控开关9，耐腐蚀绝缘层10。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步的描述。
实施例
如1所示的一种宽温全固态锂离子电池，包括负极片1、正极片2、间隔于负极片和正极片之间的干形固体聚合物电解质膜3及自热箔片4，本实施例中自热箔片为厚度60μm的Ni箔(亦可选择在30～150μm厚度范围内的其他厚度的Ni箔或在30～150μm厚度范围内的Co箔，不在此一一罗列和赘述)，自热箔片具有两个极耳，两个极耳分别为第一极耳5和第二极耳6，第一极耳经引出形成工作端7，第二极耳与负极片的电极引出端相连，工作端和自热箔片中第二极耳与正极片或者负极片的电极引出端8之间设有温控开关9，自热箔片与其相邻的正极片或负极片之间设有耐腐蚀绝缘层10。
该电池制备方法如下：
(1)正极极片制备
根据标称容量为1500mAh的磷酸铁锂锂离子电池常规配方，按正极活性材料∶导电剂∶粘结剂＝90∶5∶5的重量比例混合正极浆料，然后加入适量的NMP溶剂进行混合得正极浆料，在涂布机上将正极浆料涂覆在铝箔基体上，干燥、裁切后得正极极片；
(2)负极极片制备：
按负极活性材料∶导电剂∶粘结剂＝93∶3∶4的重量比例混合负极浆料，然后加入适量的水作为溶剂进行混合得负极浆料，在涂布机上将负极浆料涂覆在铜箔基体上，干燥、裁切后得负极极片；
(3)自热箔片的准备
将60μm厚的Ni片裁成与负极大小相等的形状，留出两个极耳分别作为第一极耳和第二极耳，第一极耳经引出形成工作端，第二极耳与负极片的电极引出端焊连，工作端和自热箔片中第二极耳与负极片的电极引出端之间连有温控开关；
(4)用上述材料组装成电池并进行测试，测试结果如表1所示。
对比例
与实施例相比，不同之处在于：将正极片、负极片、隔膜组装成液体磷酸铁锂锂离子电池，其余完全相同，测试结果如表1所示。
表1实施例1与对比例1中电池测试结果
测试项目 实施例1 对比例
温度达到60℃时间 52s /
体积能量密度 659.2Wh/L 482.1Wh/L
室温3C放电容量比 92％ 95％
-10℃放电容量比 70％ 80％
针刺 通过 不通过
过充 通过 不通过
过放 通过 通过
挤压 通过 不通过
通过表1可以看出，本发明的全固态电池具有比一般商用电池更高的能量密度和安全性能，同时它能在低温下使用，常温的倍率性能也与商用电池相差无几。
以上所述的实施例只是本发明的一种较佳的方案，并非对本发明作任何形式上的限制，在不超出权利要求所记载的技术方案的前提下还有其它的变体及改型。

Claims (3)

1.一种宽温全固态锂离子电池，包括负极片(1)、正极片(2)及间隔于负极片和正极片之间的干形固体电解质膜(3)，其特征在于，还包括自热箔片(4)，所述自热箔片具有两个极耳，两个极耳分别为第一极耳(5)和第二极耳(6)，第一极耳经引出形成工作端(7)，第二极耳与正极片或者负极片的电极引出端相连，所述工作端和自热箔片中第二极耳与正极片或者负极片的电极引出端(8)相连且两者之间设有温控开关(9)，所述自热箔片与其两侧相邻的正极片及负极片之间设有耐腐蚀绝缘层(10)。
2.根据权利要求1所述的一种宽温全固态锂离子电池，其特征在于，所述自热箔片为Ni箔或Co箔。
3.根据权利要求1或2所述的一种宽温全固态锂离子电池，其特征在于，所述自热箔片厚度为30～150μm。
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