CN110474083B - 一种微型固态锂电池结构及制备方法 - Google Patents

一种微型固态锂电池结构及制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及锂电池技术领域，具体为一种微型固态锂电池结构，包括下端呈敞口状且上端开设通孔的壳体，所述壳体的下端连接有与之匹配卡合的下盖，所述下盖的上端连接有电芯组件，电芯组件的上端连接有顶部带有凸起的上盖，所述上盖的上端贴合有套设在凸起周向的胶垫，胶垫的上端与壳体的内顶壁抵触贴合密封，所述电芯组件上端的凸起穿过壳体顶部开设的通孔。提升了固态锂电池的安全性，从而保证电芯组件的稳定性，具有一定的机械强度，可加工性好，可实现对电池工作状态进行在线检测，具备智能化的特点，有力保障了系统的安全运行和降低了维护成本。

Description

一种微型固态锂电池结构及制备方法
技术领域
本发明涉及锂电池技术领域，具体为一种微型固态锂电池结构及制备方法。
背景技术
与镍镉或镍氢等类型电池相比，锂离子电池具有工作电压高、比容量大、循环寿命长、无记忆效应及环境污染小等优点，因此在手机、笔记本电脑、植入性医疗器械及电动汽车等众多领域得到广泛应用。传统的锂离子电池采用液态电解质溶液，这些电解质溶液通常具有很高的活性，极易燃烧，并存在泄漏和由于工作温度过高或短路引起爆炸的危险。采用固态电解质(采用固态电解质的锂离子电池称为固态锂离子电池)代替电解质溶液可避免上述危险，并可以有效地减小电池体积，因此固态锂离子电池具有广阔的发展和应用前景。然而，现有的固态锂电池存在面临着由于寿命、可靠性等引起的电池失效问题，进而导致电池无法正常供电，为此，我们提出一种微型固态锂电池结构及制备方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种微型固态锂电池结构及制备方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种微型固态锂电池结构，包括下端呈敞口状且上端开设通孔的壳体，所述壳体的下端连接有与之匹配卡合的下盖，所述下盖的上端连接有电芯组件，电芯组件的上端连接有顶部带有凸起的上盖，所述上盖的上端贴合有套设在凸起周向的胶垫，胶垫的上端与壳体的内顶壁抵触贴合密封，所述电芯组件上端的凸起穿过壳体顶部开设的通孔。
优选的，所述电芯组件是由第一极片、第二极片以及位于第一极片和第二极片之间的离子交换膜组成。
优选的，所述第一极片包括负极集流体层、负极粉料以及固态电解质膜层。
优选的，所述第二极片包括正极集流体层、正极粉料以及固态电解质膜层。
优选的，所述离子交换膜可以为聚丙烯薄膜、聚乙烯薄膜、PP/PE复合薄膜、氟磺酸膜中的一种。
一种微型固态锂电池结构的制备方法，包括如下步骤：
S1、通过热熔化PP在上盖的上表面形成胶垫，然后将制作好的上盖通过加热贴合在壳体上；
S2、依次将制作好的离子交换膜与第一极片、第二极片卷绕起来，形成电芯组件；
S3、将电芯组件装入壳体内，在电芯组件的第二极片贴合上盖，最后将下盖扣合入壳体，完成整个工装。
优选的，所述步骤S2中第一极片的制备方法包括如下步骤：
S21、在铜箔上涂覆负极浆料，涂覆后，放置在烤箱中干燥；
S22、通过涂覆的方式，在干燥的负极浆料表面涂固态电解质膜层，形成1-10um厚度的固体电解质层；
S23、焊接极耳，再放入真空烤箱中干燥4-8h，得到第一极片。
优选的，所述步骤S2中第二极片的制备方法包括如下步骤：
S31、在钛箔上涂覆正极浆料，涂覆后，放置在烤箱中干燥；
S32、通过涂覆的方式，在干燥的正极浆料表面涂固态电解质膜层，形成1-10um厚度的固体电解质层；
S33、焊接极耳，再放入真空烤箱中干燥4-8h，得到第二极片。
优选的，所述第一极片与第二极片上的固态电解质膜层是由氯酸锂、二氧化钛、二氧化硅、聚环氧乙烷按照质量比为1:2:1:8的比例混合制备而成。
优选的，所述固态电解质膜层的制备方法是将氯酸锂、二氧化钛、二氧化硅、聚环氧乙烷按照1:2:1:8的比例称取，分别进行研磨和煅烧，煅烧温度为750-850℃，混合，然后再进行研磨，滴入乙腈溶剂，所制备的浆料于干燥环境中涂覆于极片上。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
固态电解质膜层成薄片状结构，具有比较好的致密性和均匀性，具有振实密度高、电池能量密度高的优点，通过在第一极片和第二极片处放置质子交换膜，提升了固态锂电池的安全性，从而保证电芯组件的稳定性，具有一定的机械强度，可加工性好。
附图说明
图1为本发明结构示意图。
图中：下盖1、电芯组件2、上盖3、胶垫4、壳体5。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1，本发明提供如下技术方案：
实施例1
一种微型固态锂电池结构，包括下端呈敞口状且上端开设通孔的壳体5，壳体5的下端连接有与之匹配卡合的下盖1，下盖1的上端连接有电芯组件2，电芯组件2的上端连接有顶部带有凸起的上盖3，上盖3的上端贴合有套设在凸起周向的胶垫4，胶垫4的上端与壳体5的内顶壁抵触贴合密封，电芯组件2上端的凸起穿过壳体5顶部开设的通孔。
电芯组件2是由第一极片、第二极片以及位于第一极片和第二极片之间的离子交换膜组成，第一极片包括负极集流体层、负极粉料以及固态电解质膜层，第二极片包括正极集流体层、正极粉料以及固态电解质膜层，离子交换膜可以为聚丙烯薄膜、聚乙烯薄膜、PP/PE复合薄膜、氟磺酸膜中的一种。
一种微型固态锂电池结构的制备方法，包括如下步骤：
S1、通过热熔化PP在上盖3的上表面形成胶垫4，然后将制作好的上盖3通过加热贴合在壳体5上；
S2、依次将制作好的离子交换膜与第一极片、第二极片卷绕起来，形成电芯组件2；
S3、将电芯组件2装入壳体5内，在电芯组件2的第二极片贴合上盖3，最后将下盖1扣合入壳体5，完成整个工装。
步骤S2中第一极片的制备方法包括如下步骤：
S21、在铜箔上涂覆负极浆料，涂覆后，放置在烤箱中干燥；
S22、通过涂覆的方式，在干燥的负极浆料表面涂固态电解质膜层，形成1um厚度的固体电解质层；
S23、焊接极耳，再放入真空烤箱中干燥4h，得到第一极片。
步骤S2中第二极片的制备方法包括如下步骤：
S31、在钛箔上涂覆正极浆料，涂覆后，放置在烤箱中干燥；
S32、通过涂覆的方式，在干燥的正极浆料表面涂固态电解质膜层，形成1um厚度的固体电解质层；
S33、焊接极耳，再放入真空烤箱中干燥4h，得到第二极片。
第一极片与第二极片上的固态电解质膜层是由氯酸锂、二氧化钛、二氧化硅、聚环氧乙烷按照质量比为1:2:1:8的比例混合制备而成；固态电解质膜层的制备方法是将氯酸锂、二氧化钛、二氧化硅、聚环氧乙烷按照1:2:1:8的比例称取，分别进行研磨和煅烧，煅烧温度为750℃，混合，然后再进行研磨，滴入乙腈溶剂，制备的浆料于干燥环境中涂覆于极片上。
实施例2
一种微型固态锂电池结构，包括下端呈敞口状且上端开设通孔的壳体5，壳体5的下端连接有与之匹配卡合的下盖1，下盖1的上端连接有电芯组件2，电芯组件2的上端连接有顶部带有凸起的上盖3，上盖3的上端贴合有套设在凸起周向的胶垫4，胶垫4的上端与壳体5的内顶壁抵触贴合密封，电芯组件2上端的凸起穿过壳体5顶部开设的通孔。
电芯组件2是由第一极片、第二极片以及位于第一极片和第二极片之间的离子交换膜组成，第一极片包括负极集流体层、负极粉料以及固态电解质膜层，第二极片包括正极集流体层、正极粉料以及固态电解质膜层，离子交换膜可以为聚丙烯薄膜、聚乙烯薄膜、PP/PE复合薄膜、氟磺酸膜中的一种。
一种微型固态锂电池结构的制备方法，包括如下步骤：
S1、通过热熔化PP在上盖3的上表面形成胶垫4，然后将制作好的上盖3通过加热贴合在壳体5上；
S2、依次将制作好的离子交换膜与第一极片、第二极片卷绕起来，形成电芯组件2；
S3、将电芯组件2装入壳体5内，在电芯组件2的第二极片贴合上盖3，最后将下盖1扣合入壳体5，完成整个工装。
步骤S2中第一极片的制备方法包括如下步骤：
S21、在铜箔上涂覆负极浆料，涂覆后，放置在烤箱中干燥；
S22、通过涂覆的方式，在干燥的负极浆料表面涂固态电解质膜层，形成5um厚度的固体电解质层；
S23、焊接极耳，再放入真空烤箱中干燥6h，得到第一极片。
步骤S2中第二极片的制备方法包括如下步骤：
S31、在钛箔上涂覆正极浆料，涂覆后，放置在烤箱中干燥；
S32、通过涂覆的方式，在干燥的正极浆料表面涂固态电解质膜层，形成5um厚度的固体电解质层；
S33、焊接极耳，再放入真空烤箱中干燥6h，得到第二极片。
第一极片与第二极片上的固态电解质膜层是由氯酸锂、二氧化钛、二氧化硅、聚环氧乙烷按照质量比为1:2:1:8的比例混合制备而成；固态电解质膜层的制备方法是将氯酸锂、二氧化钛、二氧化硅、聚环氧乙烷按照1:2:1:8的比例称取，分别进行研磨和煅烧，煅烧温度为800℃，混合，然后再进行研磨，滴入乙腈溶剂，制备的浆料于干燥环境中涂覆于极片上。
实施例3
一种微型固态锂电池结构，包括下端呈敞口状且上端开设通孔的壳体5，壳体5的下端连接有与之匹配卡合的下盖1，下盖1的上端连接有电芯组件2，电芯组件2的上端连接有顶部带有凸起的上盖3，上盖3的上端贴合有套设在凸起周向的胶垫4，胶垫4的上端与壳体5的内顶壁抵触贴合密封，电芯组件2上端的凸起穿过壳体5顶部开设的通孔。
电芯组件2是由第一极片、第二极片以及位于第一极片和第二极片之间的离子交换膜组成，第一极片包括负极集流体层、负极粉料以及固态电解质膜层，第二极片包括正极集流体层、正极粉料以及固态电解质膜层，离子交换膜可以为聚丙烯薄膜、聚乙烯薄膜、PP/PE复合薄膜、氟磺酸膜中的一种。
一种微型固态锂电池结构的制备方法，包括如下步骤：
S1、通过热熔化PP在上盖3的上表面形成胶垫4，然后将制作好的上盖3通过加热贴合在壳体5上；
S2、依次将制作好的离子交换膜与第一极片、第二极片卷绕起来，形成电芯组件2；
S3、将电芯组件2装入壳体5内，在电芯组件2的第二极片贴合上盖3，最后将下盖1扣合入壳体5，完成整个工装。
步骤S2中第一极片的制备方法包括如下步骤：
S21、在铜箔上涂覆负极浆料，涂覆后，放置在烤箱中干燥；
S22、通过涂覆的方式，在干燥的负极浆料表面涂固态电解质膜层，形成10um厚度的固体电解质层；
S23、焊接极耳，再放入真空烤箱中干燥8h，得到第一极片。
步骤S2中第二极片的制备方法包括如下步骤：
S31、在钛箔上涂覆正极浆料，涂覆后，放置在烤箱中干燥；
S32、通过涂覆的方式，在干燥的正极浆料表面涂固态电解质膜层，形成10um厚度的固体电解质层；
S33、焊接极耳，再放入真空烤箱中干燥8h，得到第二极片。
第一极片与第二极片上的固态电解质膜层是由氯酸锂、二氧化钛、二氧化硅、聚环氧乙烷按照质量比为1:2:1:8的比例混合制备而成；固态电解质膜层的制备方法是将氯酸锂、二氧化钛、二氧化硅、聚环氧乙烷按照1:2:1:8的比例称取，分别进行研磨和煅烧，煅烧温度为850℃，混合，然后再进行研磨，滴入乙腈溶剂，制备的浆料于干燥环境中涂覆于极片上。
固态电解质膜层成薄片状结构，具有比较好的致密性和均匀性，具有振实密度高、电池能量密度高的优点，通过在第一极片和第二极片处放置离子交换膜，提升了固态锂电池的安全性，从而保证电芯组件2的稳定性，具有一定的机械强度，可加工性好。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (2)

1.一种微型固态锂电池结构，包括下端呈敞口状且上端开设通孔的壳体（5），其特征在于：所述壳体（5）的下端连接有与之匹配卡合的下盖（1），所述下盖（1）的上端连接有电芯组件（2），电芯组件（2）的上端连接有顶部带有凸起的上盖（3），所述上盖（3）的上端贴合有套设在凸起周向的胶垫（4），胶垫（4）的上端与壳体（5）的内顶壁抵触贴合密封，所述电芯组件（2）上端的凸起穿过壳体（5）顶部开设的通孔；
所述电芯组件（2）是由第一极片、第二极片以及位于第一极片和第二极片之间的离子交换膜组成；
所述第一极片包括负极集流体层、负极粉料以及固态电解质膜层；
所述第二极片包括正极集流体层、正极粉料以及固态电解质膜层；
所述离子交换膜为聚丙烯膜、聚乙烯膜、PP/PE复合膜或者氟磺酸膜；
所述第一极片与第二极片上的固态电解质膜层是由氯酸锂、二氧化钛、二氧化硅、聚环氧乙烷按照质量比为1:2:1:8的比例混合制备而成；
所述固态电解质膜层的制备方法是将氯酸锂、二氧化钛、二氧化硅、聚环氧乙烷按照1:2:1:8的比例称取，分别进行研磨和煅烧，煅烧温度为750-850℃，混合，然后再进行研磨，滴入乙腈溶剂，所制备的浆料于干燥环境中涂覆于极片上。
2.一种权利要求1所述的微型固态锂电池结构的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、通过热熔化PP在上盖（3）的上表面形成胶垫（4），然后将制作好的上盖（3）通过加热贴合在壳体（5）上；
S2、依次将制作好的离子交换膜与第一极片、第二极片卷绕起来，形成电芯组件（2）；
S3、将电芯组件（2）装入壳体（5）内，在电芯组件（2）的第二极片贴合上盖（3），最后将下盖（1）扣合入壳体（5），完成整个工装；
步骤S2中第一极片的制备方法包括如下步骤：
S21、在铜箔上涂覆负极浆料，涂覆后，放置在烤箱中干燥；
S22、通过涂覆的方式，在干燥的负极浆料表面涂固态电解质膜层，形成1-10um厚度的固体电解质层；
S23、焊接极耳，再放入真空烤箱中干燥4-8h，得到第一极片；
步骤S2中第二极片的制备方法包括如下步骤：
S31、在钛箔上涂覆正极浆料，涂覆后，放置在烤箱中干燥；
S32、通过涂覆的方式，在干燥的正极浆料表面涂固态电解质膜层，形成1-10um厚度的固体电解质层；
S33、焊接极耳，再放入真空烤箱中干燥4-8h，得到第二极片。
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