CN108550774A - 一种组合层状固态薄膜电池组的孔连接结构 - Google Patents

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Abstract

本发明是一种组合层状固态薄膜电池组的孔连接结构，本发明技术方案中，采用在固态薄膜电池片上加工通孔，并用导电材料填充通孔将其与相邻固态薄膜电池片进行连接，实现电池之间的串并联成组。以获得具有较高电压、电流和功率输出，进而作为具有特定需求的仪器装备电源使用。该种孔连接结构具有良好的可操作性、连接稳定性和高可靠性，同时可以起到电池片之间的固定作用，平整的电池组表面也便于进行隔水隔氧封装。

Description

一种组合层状固态薄膜电池组的孔连接结构
技术领域
本发明是一种组合层状固态薄膜电池组的孔连接结构，属于微型电源领域。
背景介绍
由于微纳米机器人等产品，工作环境复杂，其工作电源需要耐受外界温度和压力等因素影响。考虑到传统锂离子电池内部的液态电解质易挥发燃烧，安全性较差，难以满足该类领域对电源高安全性要求。固态薄膜电池作为一种新型二次电源，能很好的满足该类电源对安全性和环境耐受度等方面需求。但固态薄膜单体电池存在电池容量和输出电压偏低，需要进行串并联连接进行扩容增压。
关于固态薄膜电池串并联技术目前已有少量相关报道，在U.S.No.5338625专利中通过将正负极集流体引出到电池侧边缘，在多片固态薄膜电池堆叠后，采用侧边电极连接技术将多片薄膜电池进行串并联。该电池组连接方式相应的工艺过程简单，但当电池厚度较小时侧边电极连接难度较高，且电极在较薄的基底侧边制备难度较高，连接可靠性偏低，当电池组受到冲击挤压或撞击后容易发生短路或失效。
发明内容
本发明正是针对上述现有技术中存在的不足而设计提供了一种组合层状固态薄膜电池组的孔连接结构，其目的是通过串并联方式组合固态薄膜电池，有效提高固态薄膜电池的输出电压、电流和功率。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
该种组合层状固态薄膜电池组的孔连接结构，其特征在于：该孔连接结构包括以下两种形式：
第一种形式：将固态薄膜电池片(1)并联组合在一起
将固态薄膜电池片(1)层状堆叠，层状结构中每一个固态薄膜电池片(1)的极耳(2)的形状相同，且极性和位置上、下对应一致，在每一个固态薄膜电池片(1)的极耳(2)上加工一个形状、大小、位置上、下对应一致的通孔(3)，形成沿层状结构从上至下的通道(4)，沿该通道填充导电材料(5)，将层状结构中每一个固态薄膜电池片(1)上相同极性的极耳(2)连接并实现电导通；
第二种形式：将固态薄膜电池片(1)串联组合在一起
将固态薄膜电池片(1)层状堆叠，基板电活性物质面向上，层状结构中每一个固态薄膜电池片(1)的极耳(2)的形状相同，且位置上、下对应一致，但相邻的上、下对应的固态薄膜电池片(1)的极耳(2)的极性相反，在所有固态薄膜电池片(1)的正极或负极的极耳(2)上加工一个形状、大小一致的通孔(3)，最底层电池在正负极各有一个孔，其中一个孔用于和上层电池电连通，另一个孔用于引出电极引线，在通孔(3)内填充导电材料(5)，使带有该通孔(3)的正极或负极的极耳(2)与其下面的固态薄膜电池片(1)的负极或正极的极耳(2)相互电导通，使所有固态薄膜电池片(1)的正、负极极耳(2)依此串联连通。
进一步，在一个基板上制备一个或超过一个的单体电池，作为一个固态薄膜电池片。单体电池加工在电池基板之上，通过导电浆料来连接，保证了连接的可靠性，也提高了电池组内部单体电池间的连接强度。
本发明技术方案中，采用在固态薄膜电池片上加工通孔，并用导电材料填充通孔将其与相邻固态薄膜电池片进行连接，实现电池之间的串并联成组。以获得具有较高电压、电流和功率输出，进而作为具有特定需求的仪器装备电源使用。
该种孔连接结构具有良好的可操作性、连接稳定性和高可靠性，同时可以起到电池片之间的固定作用，平整的电池组表面也便于进行隔水隔氧封装。
附图说明
图1具有孔连接结构的并联电池组结构示意图
图2具有孔连接结构的串联电池组结构示意图
图3电池组异侧电极引线结构示意图
图4电池组同侧电极引线结构示意图
图5具有孔连接结构的双电池串联与四电池串联电池组充放电数据对比图
图6具有孔连接结构的双电池并联与六电池并联电池组充放电数据对比图
具体实施方式
以下将结合附图和实施例对本发明技术方案作进一步地详述：
实施例一
将2片面积为400mm2的玻璃基板固态薄膜锂电池片(1)层状堆叠，基板电活性物质面向上，层状结构中每一个固态薄膜电池片(1)的极耳(2)的形状为长方形(5x6mm2)，且位置上、下对应一致，但相邻的上、下对应的固态薄膜电池片(1)的极耳(2)的极性相反，在所有固态薄膜电池片(1)的正极或负极的极耳(2)上加工一个直径为2mm的圆形通孔(3)，最底层电池在正负极各有一个孔，其中一个孔用于和上层电池电连通，另一个孔用于引出电极引线，在通孔(3)内填充银胶作为导电和粘结材料(5)，使带有该通孔(3)的正极或负极的极耳(2)与其下面的固态薄膜电池片(1)的负极或正极的极耳(2)相互电导通，使所有固态薄膜电池片(1)的正、负极极耳(2)依此串联连通，从而实现电池组内所有单体电池的串联连接。将串联电池组的正负极用银线固定连接后引出，在银线与封装线位置加极耳胶，采用铝塑膜对电池组进行真空封装。封装后电池组的电化学性能见表一。
实施例二
将4片面积为400mm2的云母基板固态薄膜锂电池片(1)层状堆叠，基板电活性物质面向上，层状结构中每一个固态薄膜电池片(1)的极耳(2)的形状为长方形(5x6mm2)，且位置上、下对应一致，但相邻的上、下对应的固态薄膜电池片(1)的极耳(2)的极性相反，在所有固态薄膜电池片(1)的正极或负极的极耳(2)上加工一个边长为2mm的方形通孔(3)，最底层电池在正负极各有一个孔，其中一个孔用于和上层电池电连通，另一个孔用于引出电极引线，在通孔(3)内填充碳导电胶作为导电和粘结材料(5)，使带有该通孔(3)的正极或负极的极耳(2)与其下面的固态薄膜电池片(1)的负极或正极的极耳(2)相互电导通，使所有固态薄膜电池片(1)的正、负极极耳(2)依此串联连通，从而实现电池组内所有单体电池的串联连接。将串联电池组的正负极用窄镍带固定连接后引出，用聚乙烯薄膜进行包裹后，再利用封装胶进行浸涂封装。封装后电池组的电化学性能见表一。
实施例三
将2片面积为400mm2的聚酰亚胺基板固态薄膜锂电池片(1)层状堆叠，层状结构中每一个固态薄膜电池片(1)的极耳(2)的形状为长方形(3x4mm2)，且极性和位置上、下对应一致，在每一个固态薄膜电池片(1)的极耳(2)上加工一个直径为1mm的圆形通孔、位置上、下对应一致的通孔(3)，形成沿层状结构从上至下的通道(4)，沿该通道填充银浆导电剂起到电传导和固定的作用(5)，将层状结构中每一个固态薄膜电池片(1)上相同极性的极耳(2)连接并实现电导通。将串联电池组的正负极用银线固定连接后引出，在银线与封装线位置加极耳胶，采用铝塑膜对电池组进行真空封装。封装后电池组的电化学性能见表一。
实施例四
将6片面积为400mm2的ZrO2陶瓷基板固态薄膜锂电池片(1)层状堆叠，层状结构中每一个固态薄膜电池片(1)的极耳(2)的形状为长方形(3x4mm2)，且极性和位置上、下对应一致，在每一个固态薄膜电池片(1)的极耳(2)上加工一个直径为1mm的圆形通孔、位置上、下对应一致的通孔(3)，形成沿层状结构从上至下的通道(4)，沿该通道填充导电碳胶起到电传导和固定的作用(5)，将层状结构中每一个固态薄膜电池片(1)上相同极性的极耳(2)连接并实现电导通。将串联电池组的正负极用窄镍固定连接后引出，在镍带与封装线位置加极耳胶，用聚乙烯薄膜进行包裹后，再利用封装胶进行浸涂封装。封装后电池组的电化学性能见表一。
表一电池组性能测试数据
以上数据为标准环境条件下测试结果
对于上述具有相似结构的电池组可以很好的满足中低功率设备对电能的需求，例如手机，卫星电话，笔记本电脑，平板电脑，助听器和心脏起搏器等。
所有简单修改和替代本发明方法和材料的专利都被认为是对本专利的侵权，例如虽然本专利所举例电池为固态薄膜锂电池，但具有片状结构的固态电池还有很多，如锂碘电池，热电池等，因此，文中所列举材料和形状是为了便于说明电池组设计和制备思路，而非局限于此。

Claims (2)

1.一种组合层状固态薄膜电池组的孔连接结构，其特征在于：该孔连接结构包括以下两种形式：
第一种形式：将固态薄膜电池片(1)并联组合在一起
将固态薄膜电池片(1)层状堆叠，层状结构中每一个固态薄膜电池片(1)的极耳(2)的形状相同，且极性和位置上、下对应一致，在每一个固态薄膜电池片(1)的极耳(2)上加工一个形状、大小、位置上、下对应一致的通孔(3)，形成沿层状结构从上至下的通道(4)，沿该通道填充导电材料(5)，将层状结构中每一个固态薄膜电池片(1)上相同极性的极耳(2)连接并实现电导通；
第二种形式：将固态薄膜电池片(1)串联组合在一起
将固态薄膜电池片(1)层状堆叠，层状结构中每一个固态薄膜电池片(1)的极耳(2)的形状相同，且位置上、下对应一致，但相邻的上、下对应的固态薄膜电池片(1)的极耳(2)的极性相反，在所有固态薄膜电池片(1)的正极或负极的极耳(2)上加工一个形状、大小一致的通孔(3)，在该通孔(3)内填充导电材料(5)，使带有该通孔(3)的正极或负极的极耳(2)与其下面的固态薄膜电池片(1)的负极或正极的极耳(2)相互电导通，使所有固态薄膜电池片(1)的正、负极极耳(2)依此串联连通。
2.根据权利要求1所述的组合层状固态薄膜电池组的孔连接结构，其特征在于：在一个基板上制备一个或超过一个的单体电池，作为一个固态薄膜电池片。
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