CN110911725A - 熔化式全固态电池 - Google Patents

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Abstract

在制造电池时，液态电解质具有易燃性，因此使用液态电解质的电池的安全性较差。而固体状态的电解质不易燃烧，所以使用固体状态电解质的全固态电池的安全性较好，因此全固态电池成为电池的一个发展方向。本发明所描述的“熔化式全固态电池”在完成其由正极与负极构成的部件的制造成型后，使用加热的方法，使该部件中与固态电解质接触界面相关的特定物质材料熔化变成液体状态，利用其液体的流动性能形成新的接触界面，新形成的接触界面在冷却固化后其缝隙比原来(熔化前)减小，因此这个新形成的接触界面具有比原来(熔化前)的接触界面更低的离子传导电阻(在相同的常规温度环境下)。

Description

熔化式全固态电池
技术领域
本发明涉及一种全固态电池的制造方法，以下简称采用该种方法制造的电池为“熔化式电池”。
背景技术
在制造电池时，液态电解质具有易燃性，因此使用液态电解质的电池的安全性较差。而固体状态的电解质不易燃烧，所以使用固体状态电解质的全固态电池的安全性较好，因此全固态电池成为电池的一个发展方向。
但是两种固体物质接触时其接触界面存在缝隙，在使用固态电解质的全固态电池中，与固态电解质相关的接触界面上的缝隙会导致电池两极之间传导离子时的电阻增加，这会降低电池两极之间传导离子的能力，因此导致电池性能的下降。
所以在制造全固态电池时，如何减小与固态电解质相关的接触界面上的缝隙，以便减小电池两极之间传导离子时的电阻，这就成为改善全固态电池性能的一个关键问题。
发明内容
本发明所描述的“熔化式电池”的制造方法既适用于叠层式成型的电池、也适用于卷绕式成型的电池。该电池具有下述一个主要特点。
1.该电池在完成其由正极与负极构成的部件的制造成型后，使用加热的方法，使该部件中与固态电解质接触界面相关的特定物质材料熔化变成液体状态，利用其液体的流动性能形成新的接触界面，新形成的接触界面在冷却固化后其缝隙比原来(熔化前)减小，因此这个新形成的接触界面具有比原来(熔化前)的接触界面更低的离子传导电阻(在相同的常规温度环境下)。
本发明的具体结构和特征将通过实施例结合附图进一步说明，这些实施例仅用来说明本发明，而不限定本发明的范围。
附图说明
1是电池正极的集流体材料；
2是电池正极材料；
3是电池负极的集流体材料；
4是电池负极材料；
5是电池的固态电解质材料；
6是电池的固态电解质材料；
7是电池内与固态电解质接触界面相关的材料；
8是电池内与固态电解质接触界面相关的材料；
9是8熔化前7与8的接触界面缝隙；
10是8熔化后再冷却固化形成的新的7与8的接触界面缝隙。
图1是电池采用独立材料层组装时的层间结构剖面示意图。
图2是电池采用正极组件结构组装时的层间结构剖面示意图。
图3是电池采用负极组件结构组装时的层间结构剖面示意图。
图4是电池采用两极组件结构组装时的层间结构剖面示意图。
图5是与固态电解质接触界面相关材料的接触界面缝隙剖面对比示意图。
具体实施方式1(独立层间结构)
电池在组装之前，5处于独立存在的状态，5尚未附着于2或4之上。电池组装后，5处于2与4之间，正极材料与负极材料交替叠放或卷绕，其层间结构剖面如图1所示。
具体实施方式2(正极组件结构)
电池在组装之前，2已经附着于1的两面，5已经通过镀膜或喷涂等工艺方法附着于2之上，形成了电池的正极组件，该组件包括1、2和5。电池在组装之前，4已经附着于3的两面，形成了电池的负极构件，该构件包括3和4。电池组装后，5与4相邻，正极组件与负极构件交替叠放或卷绕，其层间结构剖面如图2所示。
具体实施方式3(负极组件结构)
电池在组装之前，4已经附着于3的两面，6已经通过镀膜或喷涂等工艺方法附着于4之上，形成了电池的负极组件，该组件包括3、4和6。电池在组装之前，2已经附着于1的两面，形成了电池的正极构件，该构件包括1和2。电池组装后，6与2相邻，正极构件与负极组件交替叠放或卷绕，其层间结构剖面如图3所示。
具体实施方式4(两极组件结构)
电池在组装之前，2已经附着于1的两面，5已经通过镀膜或喷涂等工艺方法附着于2之上，形成了电池的正极组件，该组件包括1、2和5。电池在组装之前，4已经附着于3的两面，6已经通过镀膜或喷涂等工艺方法附着于4之上，形成了电池的负极组件，该组件包括3、4和6。电池组装后，5与6相邻，正极组件与负极组件交替叠放或卷绕，其层间结构剖面如图4所示。其中5与6可以是相同种类的固态电解质材料，5与6也可以是不同种类的固态电解质材料。
具体实施方式5(材料熔化前后界面接触缝隙的对比)
在电池内部，7和8都是与固态电解质接触界面相关的物质材料，其接触界面的剖面放大图如图5所示。电池在完成其由正极与负极构成的部件的制造成型后，使用加热的方法，使该部件中与固态电解质接触界面相关的特定物质材料8熔化变成液体状态，利用8变成液体后的流动性能形成7与8的新的接触界面，新形成的接触界面在冷却固化后其缝隙10比原来的缝隙9减小，因此新的接触界面具有比原来(熔化前)的接触界面更低的离子传导电阻(在相同的常规温度环境下)。8熔化前后其接触界面缝隙的剖面对比如图5所示，其中(A)是未加熟前7与8的接触界面缝隙的剖面图，(B)是进行加热使8熔化、然后在8冷却固化后形成的新的7与8的接触界面缝隙的剖面图，可以看出，10小于9。

Claims (8)

1.一种使用固态电解质的全固态电池，该电池既可以是采用叠层方式制造的，也可以是采用卷绕方式制造的，其特征在于，该电池在完成其由正极与负极构成的部件的制造成型后，使用加热的方法，使该部件中与固态电解质接触界面相关的特定物质材料熔化变成液体状态，利用其液体的流动性能形成新的接触界面，新形成的接触界面在冷却固化后其缝隙比原来减小，因此这个新形成的接触界面具有比原来(熔化前)的接触界面更低的离子传导电阻(在相同的常规温度环境下)。
2.根据权利要求1制造的电池，其特征在于，在加热该部件时，使用温度较高的外部介质与该部件实施接触式热交换，从而使该部件被加热升温，直至该部件内部与固态电解质接触界面相关的特定物质材料熔化。
3.根据权利要求1制造的电池，其特征在于，在加热该部件时，使用在其外部实施热辐射的方法，使该部件被加热升温，直至该部件内部与固态电解质接触界面相关的特定物质材料熔化。
4.根据权利要求1制造的电池，其特征在于，该电池在完成由正极与负极构成的部件的制造成型后，在其部件的一个电极集流体的两端连接一个输出电流可控的电源，操作该电源使相应形式和强度的电流通过该集流体、导致该集流体发热升温，直至该部件中与固态电解质接触界面相关的特定物质材料熔化，该部件的两个电极集流体也可以同时通电加热。
5.根据权利要求1制造的电池，其特征在于，该电池的电极集流体或电极采用含有较高磁导率的金属元素的材料，在该电池完成由正极与负极构成的部件的制造成型后，将该部件置于相应形式和强度的磁场之中，使该部件内部的电极集流体材料或电极材料中产生“涡旋电流”(原因请参考法拉第电磁感应定律)，该“涡旋电流”导致该部件内部的电极集流体材料或电极材料发热升温，直至该部件中与固态电解质接触界面相关的特定物质材料熔化，该部件的电极集流体和电极也可以同时采用含有较高磁导率的金属元素的材料。
6.根据权利要求1制造的电池，其特征在于，该电池部件被加热后，熔化的物质材料是电解质材料。
7.根据权利要求1制造的电池，其特征在于，该电池部件被加热后，熔化的物质材料是电极材料。
8.根据权利要求1制造的电池，其特征在于，该电池部件被加热后，熔化的物质材料是电解质材料和电极材料。
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