CN114188672A - 一种全固态储能器及其制作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种全固态储能器及其制作方法。全固态储能器包括：壳体、正极总引出、负极总引出以及一体化卷芯，一体化卷芯设置在壳体中，正极总引出以及负极总引出均位于壳体的外侧，正极总引出以及负极总引出分别对应与一体化卷芯连接。采用的是固态电解质，省去多种结构件的使用，直接将单体在一个结构件内实现多并多串联结构，不仅提高了单体的电压，能量密度也大大提升，彻底改变了目前液态电池单体形式和结构，简化组装工艺流程；将单体壳体和组合电池结构壳体直接简化到只使用一个壳体，省去单体壳体的原材料；不需要传统单体之间外部串联结构，也不需要使用连接件；不使用液态电解液，稳定性高，安全可靠，没有起火爆炸的风险。

Description

一种全固态储能器及其制作方法
技术领域
本发明涉及电池技术领域，尤其涉及一种全固态储能器及其制作方法。
背景技术
传统的锂离子电池均采用液态的电解液，比如动力汽车上普遍使用的磷酸铁锂电池和三元材料，这种类型的电池为液态电池，此电池电解液为液态，着火点低，很容易出现起火爆炸的问题，这个问题也是困扰汽车厂大规模使用的主要原因；另外此种液态形式的电池只能做并联结构，无法串联，这样做出来的单体标称电压很低，比如市面上的磷酸铁锂电池，单体标称电压为3.2V，且每个单体均需要单独外壳绝缘，另外这些单体需要做成外部串联后才可以组成使用的电压，比如24V启动电源，如果需要磷酸铁锂电池的话，需要8支串联才可以达到24V电压件，单体的串联势必增加使用连接件，均衡管理系统等物料。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种全固态储能器及其制作方法。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种全固态储能器，其包括：壳体、正极总引出、负极总引出以及一体化卷芯，所述一体化卷芯设置在所述壳体中，所述正极总引出以及所述负极总引出均位于所述壳体的外侧，所述正极总引出以及所述负极总引出分别对应与所述一体化卷芯连接。
本发明的有益效果是：通过设计带有壳体、正极总引出、负极总引出以及一体化卷芯的全固态储能器，采用的是固态电解质，省去多种结构件的使用，直接将单体在一个结构件内实现多并多串联结构，不仅提高了单体的电压，能量密度也大大提升，彻底改变了目前液态电池单体形式和结构，简化组装工艺流程；将单体壳体和组合电池结构壳体直接简化到只使用一个壳体，省去单体壳体的原材料；不需要传统单体之间外部串联结构，也不需要使用连接件；不使用液态电解液，稳定性高，安全可靠，没有起火爆炸的风险。取消了注液工序，提升储能器件的生产效率，减少均衡管理体统等结构件，降低储能器件的材料成本和生产成本。
进一步地，所述一体化卷芯包括：多个单体以及多个串联极片单元，多个单体相互叠加，多个所述串联极片单元一一对应安装在相邻两个单体之间，相邻两个单体通过串联极片单元串联。
采用上述进一步方案的有益效果是：直接将单体在一个结构件内实现多并多串联结构，不仅提高了单体的电压，能量密度也大大提升，彻底改变了目前液态电池单体形式和结构，简化组装工艺流程；将单体壳体和组合电池结构壳体直接简化到只使用一个壳体，省去单体壳体的原材料；不需要传统单体之间外部串联结构，也不需要使用连接件；不使用液态电解液，采用的是固态电解质，稳定性高，安全可靠，没有起火爆炸的风险。取消了注液工序，提升储能器件的生产效率，减少均衡管理体统等结构件，降低储能器件的材料成本和生产成本。
进一步地，所述单体由多个单元并联而成，相邻两个单元之间安装有第一固态电解质膜。
采用上述进一步方案的有益效果是：第一固态电解质膜用于防止多个单元之间接触引发短路。直接将单体在一个结构件内实现多并多串联结构，不仅提高了单体的电压，能量密度也大大提升，彻底改变了目前液态电池单体形式和结构，简化组装工艺流程；将单体壳体和组合电池结构壳体直接简化到只使用一个壳体，省去单体壳体的原材料；不需要传统单体之间外部串联结构，也不需要使用连接件；不使用液态电解液，采用的是固态电解质，稳定性高，安全可靠，没有起火爆炸的风险。取消了注液工序，提升储能器件的生产效率，减少均衡管理体统等结构件，降低储能器件的材料成本和生产成本。
进一步地，所述单元包括：第一负极料、负极集流体、第二负极料、第二固态电解质膜、第一正极料、正极集流体以及第二正极料，所述第一负极料、所述负极集流体、所述第二负极料、所述第二固态电解质膜、所述第一正极料、所述正极集流体以及第二正极料依次叠放且连接。
采用上述进一步方案的有益效果是：第二固态电解质膜用于防止负极料与正极料接触引发短路。通过第一负极料、负极集流体、第二负极料、第二固态电解质膜、第一正极料、正极集流体以及第二正极料制作单元，便于单元的生产，便于多个单元之间进行串联。
进一步地，所述串联极片单元包括：第三固态电解质膜、第三负极料、集流体以及第三正极料，所述第三固态电解质膜、所述第三负极料、所述集流体以及所述第三正极料依次叠放且连接，所述第三负极料与一侧相邻单元的第二正极料对应连接，所述第三正极料与另一侧相邻单元的第一负极料对应连接。
采用上述进一步方案的有益效果是：第三固态电解质膜用于防止多个单元之间接触引发短路。通过第三固态电解质膜、第三负极料、集流体以及第三正极料制作串联极片单元，便于串联极片单元的生产，便于通过串联极片单元将相邻两个单元串联。
进一步地，所述第一负极料、所述第二负极料以及第三负极料的制作材料相同，所述第一正极料、所述第二正极料以及第三正极料的制作材料相同，负极集流体、正极集流体以及集流体的制作材料相同，第一固态电解质膜、第二固态电解质膜以及第三固态电解质膜的制作材料相同。
采用上述进一步方案的有益效果是：各个负极料、各个正极料、各个集流体以及各个固态电解质膜分别相同，便于负极料、正极料、集流体以及固态电解质膜的生产，降低成本，简化工艺和结构。
进一步地，所述第一负极料、第二负极料以及第三负极料的制作材料均包括：负极活性材料、导电剂、第一电解质以及粘结剂；所述第一正极料、第二正极料以及第三正极料的制作材料均包括：正极活性材料、导电剂、第二电解质、粘结剂以及添加剂；第一固态电解质膜、第二固态电解质膜、第三固态电解质膜的制作材料均包括：固体电解质颗粒、粘结剂以及添加剂。
采用上述进一步方案的有益效果是：负极料、正极料以及固态电解质膜的制作材料设计，便于负极料、正极料以及固态电解质膜的生产，降低成本，简化工艺，提高负极料、正极料以及固态电解质膜的可靠性以及稳定性。
进一步地，负极活性材料为钛酸锂、硬碳、石墨、活性炭、锂箔、硅基材料、锡基、锑基、 铅基、磷及磷化物中用于脱嵌锂离子以及钠离子的一种、两种或多种混合；正极活性材料为氧化物、橄榄石磷酸盐、尖晶石结构、有机钠盐化合物中用于脱嵌锂离子以及钠离子的一种、两种或多种混合，第一电解质、第二电解质以及固体电解质颗粒分别为聚合物固体电解质类和有机固体电解质类中的一种或两种混合；第一电解质的类型、第二电解质类型以及固体电解质颗粒类型至少一种相同，集流体的制作材料为铝箔、铜箔、不锈钢箔、钛箔或镍箔。
采用上述进一步方案的有益效果是：负极活性材料、正极活性材料、集流体以及电解质的制作材料设计，便于负极活性材料、正极活性材料、集流体以及电解质的生产，降低成本，简化工艺，提高负极活性材料、正极活性材料、集流体以及电解质的可靠性以及稳定性。
此外，本发明提供了一种全固态储能器的制作方法，用于制作上述任意一项所述的一种全固态储能器的制作方法，包括：
S1、将第二固态电解质膜的原料喷涂在负极料以及正极料上；
S2、通过热压力对辊将第二固态电解质膜粘附在负极料以及正极料上；
S3、通过热压力对辊将附有第二固态电解质膜的正极料和负极料复合在一起，制成单元；
S4、将第三固态电解质膜的原料喷涂在串联极片单元的一端端面上；
S5、通过压力对辊将第三固态电解质膜粘附在串联极片单元的一端端面上；
S6、将多个单元和多个串联极片单元对应相互交错叠加组装，制成一体化卷芯，其中，串联极片单元位于相邻两个单元之间；
S7、将一体化卷芯装入壳体中；
S8、在一体化卷芯中引出正极总引出以及负极总引出。
本发明的有益效果是：通过设计全固态储能器的制作方法，采用的是固态电解质，省去多种结构件的使用，直接将单体在一个结构件内实现多并多串联结构，不仅提高了单体的电压，能量密度也大大提升，彻底改变了目前液态电池单体形式和结构，简化组装工艺流程；将单体壳体和组合电池结构壳体直接简化到只使用一个壳体，省去单体壳体的原材料；不需要传统单体之间外部串联结构，也不需要使用连接件；不使用液态电解液，稳定性高，安全可靠，没有起火爆炸的风险。取消了注液工序，提升储能器件的生产效率，减少均衡管理体统等结构件，降低储能器件的材料成本和生产成本。
进一步地，步骤S6中包括：将多个单元和多个串联极片单元对应相互交错叠加组装后，通过压力对辊一次或多次碾压，制成一体化卷芯；
步骤S7中：将绝缘材料裹在一体化卷芯周围，再将一体化卷芯装入壳体中；
步骤S8中：在一体化卷芯中引出正极总引出以及负极总引出后，
经过烘烤、密封、化成、老化工艺制成全固态储能器。
采用上述进一步方案的有益效果是：通过设计全固态储能器的制作方法，采用的是固态电解质，省去多种结构件的使用，直接将单体在一个结构件内实现多并多串联结构，不仅提高了单体的电压，能量密度也大大提升，彻底改变了目前液态电池单体形式和结构，简化组装工艺流程；将单体壳体和组合电池结构壳体直接简化到只使用一个壳体，省去单体壳体的原材料；不需要传统单体之间外部串联结构，也不需要使用连接件；不使用液态电解液，稳定性高，安全可靠，没有起火爆炸的风险。取消了注液工序，提升储能器件的生产效率，减少均衡管理体统等结构件，降低储能器件的材料成本和生产成本。
本发明附加的方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明实践了解到。
附图说明
图1为本发明实施例的全固态储能器的结构示意图之一；
图2为本发明实施例的全固态储能器的结构示意图之二；
图3为本发明实施例的全固态储能器的结构示意图之三；
图4为本发明实施例的全固态储能器的结构示意图之四；
图5为本发明实施例的全固态储能器的的制作方法的流程框图。
附图标号说明：1、壳体；2、正极总引出；3、负极总引出；4、一体化卷芯；5、单体；6、串联极片单元；7、单元；8、第一固态电解质膜；9、第一负极料；10、负极集流体；11、第二负极料；12、第二固态电解质膜；13、第一正极料；14、正极集流体；15、第二正极料；16、第三固态电解质膜；17、第三负极料；18、集流体；19、第三正极料；20、第一狭缝结构；21、第一热压力对辊；22、第二热压力对辊；23、第二狭缝结构；24、第三压力对辊。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
如图1至图4所示，本发明实施例提供了一种全固态储能器，其包括：壳体1、正极总引出2、负极总引出3以及一体化卷芯4，所述一体化卷芯4设置在所述壳体1中，所述正极总引出2以及所述负极总引出3均位于所述壳体1的外侧，所述正极总引出2以及所述负极总引出3分别对应与所述一体化卷芯4连接。
本发明的有益效果是：通过设计带有壳体、正极总引出、负极总引出以及一体化卷芯的全固态储能器，采用的是固态电解质，省去多种结构件的使用，直接将单体在一个结构件内实现多并多串联结构，不仅提高了单体的电压，能量密度也大大提升，彻底改变了目前液态电池单体形式和结构，简化组装工艺流程；将单体壳体和组合电池结构壳体直接简化到只使用一个壳体，省去单体壳体的原材料；不需要传统单体之间外部串联结构，也不需要使用连接件；不使用液态电解液，稳定性高，安全可靠，没有起火爆炸的风险。取消了注液工序，提升储能器件的生产效率，减少均衡管理体统等结构件，降低储能器件的材料成本和生产成本。
全固态储能器为固态电池。正极料可以为正极电极，负极料可以为负极电极。正极电极以及负极电极均为极片结构。
本发明实施例基于现有技术缺陷，省去了多种结构件的使用，直接将单体在一个结构件内实现多并多串联结构，形成一体化卷芯，不仅提高了单体的电压，能量密度也大大提升，彻底改变了目前液态电池单体形式和结构，大大简化组装工艺流程；将单体壳体和pack（组合电池，电池包，锂电池电芯组装成组的过程称为pack，可以是单只电池，也可以是串并联的锂电池包等）结构壳体直接简化到只使用一个壳体，省去单体壳体的原材料；不需要传统单体之间外部串联结构，也不需要使用连接件；全固态储能器因为不使用液态电解液，采用的是固态的电解质，稳定性高，高安全，没有起火爆炸的问题。
全固态储能器由壳体、正极总引出，负极总引出、多并串的一体化卷芯和将一体化卷芯与壳体进行绝缘的填充物；其中多串并的一体化卷芯由第1单元、第2单元、……第N单元并联组装成B1单体，B2单体、……Bm单体，B2单体、……Bm单体与B1单体结构相同，两个相邻B单体之间由串联极片单元组成串联结构； 其中第1单元由第一负极料、负极集流体和第二负极料、第二固态电解质膜、第一正极料、正极集流体和第二正极料组成；其中第一负极料与第二负极料相同，正极集流体与负极集流体的材质可不同，第一正极料与第二正极料相同；第2、3……N单元与第1单元相同，相邻两个单元之间均由第一固态电解质膜隔开；串联极片单元由第三固态电解质膜、第三负极料、集流体和第三正极料组成，第三负极料与上一个单元的第二正极料对应，第三正极料与下一个单体的第一负极料对应，这样串联极片单元就在器件内部实现单体的串联组合；其中第三负极料与第一负极料相同，第三正极料与第一正极料相同，集流体与正极集流体和负极集流体是相同材质，第三固态电解质膜和第一固态电解质膜以及第二固态电解质膜相同；
其中负极料含负极活性材料、导电剂、电解质和粘结剂； 其中负极活性材料为钛酸锂、硬碳、石墨、活性炭、锂箔、Si（硅）基材料、Sn（锡）基、 Sb（锑）基、 Pb（ 铅）基、磷及磷化物等可以脱嵌锂离子、钠离子中的一种、两种或者多种混合；
集流体材质为导电性好且具备一定强度的金属箔材，如铝箔、铜箔、不锈钢箔、钛箔、镍箔以及上述集流体的复合箔中的一种；电解质为聚合物固体电解质类和有机固体电解质类材料中的一种或两种混合；其中电解质膜中的电解质与第一负极料中的电解质材料可不同；
正极料由正极活性材料、导电剂、电解质、粘结剂和添加剂；正极活性材料为层状结构的氧化物、橄榄石磷酸盐、尖晶石结构、无机配合物、有机钠盐化合物等可以嵌锂离子、钠离子中的一种、两种或者多种混合；电解质为聚合物固体电解质类和有机固体电解质类材料中的1种或2种混合，其中正极料中的电解质具体类型与负极料中的电解质至少一种相同；其中电解质膜中的电解质与正极料中的电解质材料可不同；
固态电解质膜由固体电解质颗粒、粘结剂和添加剂组成，电解质为聚合物固体电解质类和有机固体电解质类材料中的1种或2种混合，其具体类型与活性材料中电解质至少一种相同，以保证界面间的良好接触；电解质含量占固体电解质膜的90%-95%，粘结剂为5%-8%，添加剂含量为0-2%。
如图1至图4所示，进一步地，所述一体化卷芯4包括：多个单体5以及多个串联极片单元6，多个单体5相互叠加，多个所述串联极片单元6一一对应安装在相邻两个单体5之间，相邻两个单体5通过串联极片单元6串联。
采用上述进一步方案的有益效果是：直接将单体在一个结构件内实现多并多串联结构，不仅提高了单体的电压，能量密度也大大提升，彻底改变了目前液态电池单体形式和结构，简化组装工艺流程；将单体壳体和组合电池结构壳体直接简化到只使用一个壳体，省去单体壳体的原材料；不需要传统单体之间外部串联结构，也不需要使用连接件；不使用液态电解液，采用的是固态电解质，稳定性高，安全可靠，没有起火爆炸的风险。取消了注液工序，提升储能器件的生产效率，减少均衡管理体统等结构件，降低储能器件的材料成本和生产成本。
如图1至图4所示，进一步地，所述单体5由多个单元7并联而成，相邻两个单元7之间安装有第一固态电解质膜8。
采用上述进一步方案的有益效果是：第一固态电解质膜用于防止多个单元之间接触引发短路。直接将单体在一个结构件内实现多并多串联结构，不仅提高了单体的电压，能量密度也大大提升，彻底改变了目前液态电池单体形式和结构，简化组装工艺流程；将单体壳体和组合电池结构壳体直接简化到只使用一个壳体，省去单体壳体的原材料；不需要传统单体之间外部串联结构，也不需要使用连接件；不使用液态电解液，采用的是固态电解质，稳定性高，安全可靠，没有起火爆炸的风险。取消了注液工序，提升储能器件的生产效率，减少均衡管理体统等结构件，降低储能器件的材料成本和生产成本。
如图1至图4所示，进一步地，所述单元7包括：第一负极料9、负极集流体10、第二负极料11、第二固态电解质膜12、第一正极料13、正极集流体14以及第二正极料15，所述第一负极料9、所述负极集流体10、所述第二负极料11、所述第二固态电解质膜12、所述第一正极料13、所述正极集流体14以及第二正极料15依次叠放且连接。
采用上述进一步方案的有益效果是：第二固态电解质膜用于防止负极料与正极料接触引发短路。通过第一负极料、负极集流体、第二负极料、第二固态电解质膜、第一正极料、正极集流体以及第二正极料制作单元，便于单元的生产，便于多个单元之间进行串联。
如图1至图4所示，进一步地，所述串联极片单元6包括：第三固态电解质膜16、第三负极料17、集流体18以及第三正极料19，所述第三固态电解质膜16、所述第三负极料17、所述集流体18以及所述第三正极料19依次叠放且连接，所述第三负极料17与一侧相邻单元的第二正极料15对应连接，所述第三正极料19与另一侧相邻单元的第一负极料9对应连接。
采用上述进一步方案的有益效果是：第三固态电解质膜用于防止多个单元之间接触引发短路。通过第三固态电解质膜、第三负极料、集流体以及第三正极料制作串联极片单元，便于串联极片单元的生产，便于通过串联极片单元将相邻两个单元串联。
如图1至图4所示，进一步地，所述第一负极料9、所述第二负极料11以及第三负极料17的制作材料相同，所述第一正极料13、所述第二正极料15以及第三正极料19的制作材料相同，负极集流体10、正极集流体14以及集流体18的制作材料相同，第一固态电解质膜8、第二固态电解质膜12以及第三固态电解质膜16的制作材料相同。
采用上述进一步方案的有益效果是：各个负极料、各个正极料、各个集流体以及各个固态电解质膜分别相同，便于负极料、正极料、集流体以及固态电解质膜的生产，降低成本，简化工艺和结构。
如图1至图4所示，进一步地，所述第一负极料9、第二负极料11以及第三负极料17的制作材料均包括：负极活性材料、导电剂、第一电解质以及粘结剂；所述第一正极料13、第二正极料15以及第三正极料17的制作材料均包括：正极活性材料、导电剂、第二电解质、粘结剂以及添加剂；第一固态电解质膜8、第二固态电解质膜12、第三固态电解质膜16的制作材料均包括：固体电解质颗粒、粘结剂以及添加剂。
采用上述进一步方案的有益效果是：负极料、正极料以及固态电解质膜的制作材料设计，便于负极料、正极料以及固态电解质膜的生产，降低成本，简化工艺，提高负极料、正极料以及固态电解质膜的可靠性以及稳定性。
如图1至图4所示，进一步地，负极活性材料为钛酸锂、硬碳、石墨、活性炭、锂箔、硅基材料、锡基、锑基、 铅基、磷及磷化物中用于脱嵌锂离子以及钠离子的一种、两种或多种混合；正极活性材料为氧化物、橄榄石磷酸盐、尖晶石结构、无机配合物、有机钠盐化合物中用于脱嵌锂离子以及钠离子的一种、两种或多种混合，第一电解质、第二电解质以及固体电解质颗粒分别为聚合物固体电解质类和有机固体电解质类中的一种或两种混合；第一电解质的类型、第二电解质类型以及固体电解质颗粒类型至少一种相同，集流体18的制作材料为铝箔、铜箔、不锈钢箔、钛箔或镍箔。
采用上述进一步方案的有益效果是：负极活性材料、正极活性材料、集流体以及电解质的制作材料设计，便于负极活性材料、正极活性材料、集流体以及电解质的生产，降低成本，简化工艺，提高负极活性材料、正极活性材料、集流体以及电解质的可靠性以及稳定性。
其中，多种混合是指，多个不同组分的相互结构，例如，钛酸锂、硬碳、石墨和活性炭相互混合形成用于脱嵌锂离子以及钠离子的混合物，制作材料均为层状结构。
实施例一：
将正极活性材料95%尖晶石锰酸锂、2%导电剂Super P（导电剂，一种具有较高的导电性和吸油值的纯黑色极细粉末，小颗粒导电碳黑，在正负极中均可用，完全没有储锂功能，只起导电作用。）、2%粘结剂PVDF（vinylidene fluoride，聚偏氟乙烯）、1%石榴石型固态电解质LLTZO（石榴石型固态电解质）混合均匀涂覆在15μm（微米）铝箔的A面和B面上，经烘烤、碾压、分切，此电极为正极电极；将负极活性材料95%钛酸锂、2%导电剂Super P、2%粘结剂PTFE（polytetrafluoroethylene，聚四氟乙烯）、1%石榴石型固态电解质LLTZO混合均匀涂覆在12μm（微米）铝箔的A面和B面上，经烘烤、碾压、分切，此电极为负极电极；将正极活性材料95%尖晶石锰酸锂、2%导电剂Super P、2%粘结剂PVDF、1%石榴石型固态电解质LLTZO混合均匀涂覆在铝箔的A面，在另一面即B面涂覆负极活性材料95%钛酸锂、2%导电剂Super P、2%粘结剂PTFE、1%石榴石型固态电解质LLTZO混合均匀的，此电极为串联电极；将固态电解质膜的原材料98%固态电解质LLTZO与2%粘结剂PTFE混合均匀放入狭缝结构的料槽中，通过温度150℃（摄氏度），压力2MPa（压强的单位兆帕）分别复合在正极电极、负极电极和串联电极表面；正极极片与负极极片并联组成单元为10个，每个并联单元的标称电压为2.4V（电压单位伏特），每个并联单元由13个小单元并联组成（如上述全固态储能器的结构），每个小单元容量为2Ah（电池容量单位安时），则13个小单元设计容量为13*2=26Ah；串联极片单元为10个，将10个并联单元和10个串联极片单元按照上述全固态储能器的结构一体化成型组装，组装成多并串结构的卷芯，此一体化卷芯的标称电压为2.4*10=24V，每个并联单元容量为2.6Ah，10个并联单元容量为26Ah；将一体化卷芯的总正和总负极耳（用于对应连接正极总引出和负极总引出）伸出，然后采用PET（Polyethylene terephthalate，聚对苯二甲酸乙二醇酯）膜将一体化卷芯包裹后放入铝壳，将一体化卷芯的总正与壳体的正极引出连接，将一体化卷芯的总负与壳体的负极引出连接，经过烘烤、焊接、化成老化等工序后组装成24V电源器件，即全固态储能器。
容量测试流程：采用13A（电流单位安培）电流恒流充电至27V，充电容量C1（电池的容量），静置15分钟，采用13A恒流放电至15V，放电容量D1，静置15分钟，重复上面的充放电流程一次，记录最后测试充电和放电容量和放电中值电压；测试结束；
测试结果为充电容量为26.3773Ah（电池容量单位安时），放电容量为26.329Ah，放电中值电压为24.538V。
实施例二：作为上述实施例一的可替换方案，
将正极活性材料93%橄榄石型磷酸铁纳、1.5%导电剂Super P（导电剂，一种具有较高的导电性和吸油值的纯黑色极细粉末，小颗粒导电碳黑，在正负极中均可用，完全没有储锂功能，只起导电作用。）、4%粘结剂PTFE（polytetrafluoroethylene，聚四氟乙烯）、1.5%Na—beta-Al2O3（一种非化学计量的钠离子导电的固态电解质）混合均匀涂覆在20μm（微米）铝箔的A面和B面上，经烘烤、碾压、分切，此电极为正极电极；将负极活性材料94%热解硬碳、2%导电剂Super P、2%粘结剂PVDF（vinylidene fluoride，聚偏氟乙烯）、2% Na—beta-Al2O3混合均匀涂覆在15μm铝箔的A面和B面上，经烘烤、碾压、分切，此电极为负极电极；正极活性材料93%橄榄石型磷酸铁纳、1.5%导电剂Super P、4%粘结剂PTFE、1.5%Na—beta-Al2O3混合均匀涂覆在在12μm铝箔的A面，在另一面即B面涂覆负极活性材料94%热解硬碳、2%导电剂Super P、2%粘结剂PVDF、2% Na—beta-Al2O3混合均匀的，此电极为串联电极；将固态电解质膜的原材料95%固态电解质Na—beta-Al2O3与5%粘结剂PVDF混合均匀放入狭缝结构的料槽中，通过温度200℃（摄氏度），压力5MPa（压强的单位兆帕）分别复合在正极电极、负极电极和串联电极表面；正极极片与负极极片并联组成单元为20个，每个并联单元的标称电压为3.2V（电压单位伏特），每个小单元容量为15Ah（电池容量单位安时），由20个小单元并联成15*20=300Ah的并联单元；串联极片单元为15个，将15个并联单元和15个串联极片单元图2的方式一体化成型，组装成多并串结构的卷芯，此卷芯的标称电压为3.2*15=48V，容量为300Ah；将卷芯的总正和总负极耳伸出，然后采用PET（Polyethylene terephthalate，聚对苯二甲酸乙二醇酯）膜将卷芯包裹后放入铝壳，将卷芯的总正与壳体的正极引出连接，将卷芯的总负与壳体的负极引出连接，经过烘烤、焊接、化成、老化等工序后组装成48V电源器件。
容量测试流程：采用150A（电流单位安培）电流恒流充电至57V，静置15分钟，采用150A恒流放电至30V，静置15分钟，重复上面的充放电流程一次，记录最后测试充电容量、放电容量和放电中值电压；测试结束；
测试结果为充电容量为300.554Ah（电池容量单位安时），放电容量为300.423Ah，放电中值电压为48.326V。
如图5所示，此外，本发明提供了一种全固态储能器的制作方法，用于制作上述任意一项所述的一种全固态储能器的制作方法，包括：
S1、将第二固态电解质膜的原料喷涂在负极料以及正极料上；
S2、通过热压力对辊将第二固态电解质膜粘附在负极料以及正极料上；
S3、通过热压力对辊将附有第二固态电解质膜的正极料和负极料复合在一起，制成单元；
S4、将第三固态电解质膜的原料喷涂在串联极片单元的一端端面上；
S5、通过压力对辊将第三固态电解质膜粘附在串联极片单元的一端端面上；
S6、将多个单元和多个串联极片单元对应相互交错叠加组装，制成一体化卷芯，其中，串联极片单元位于相邻两个单元之间；
S7、将一体化卷芯装入壳体中；
S8、在一体化卷芯中引出正极总引出以及负极总引出。
本发明的有益效果是：通过设计全固态储能器的制作方法，采用的是固态电解质，省去多种结构件的使用，直接将单体在一个结构件内实现多并多串联结构，不仅提高了单体的电压，能量密度也大大提升，彻底改变了目前液态电池单体形式和结构，简化组装工艺流程；将单体壳体和组合电池结构壳体直接简化到只使用一个壳体，省去单体壳体的原材料；不需要传统单体之间外部串联结构，也不需要使用连接件；不使用液态电解液，稳定性高，安全可靠，没有起火爆炸的风险。取消了注液工序，提升储能器件的生产效率，减少均衡管理体统等结构件，降低储能器件的材料成本和生产成本。
第A（A=1、2、……N）单元合成工艺如下：
将固态电解质膜原料混合均匀，通过第一狭缝结构20喷涂在正极或者负极电极上，然后经过第一热压力对辊21将电解质膜紧密粘附在极片表面，保证电解质膜与极片的紧密接触，并且将极片表面均匀完整的覆盖，以防止正极与负极极片接触引发短路；然后将附有固态电解质膜的正极极片和负极极片在通过第二热压力对辊22复合在一起；
串联极片单元的合成工艺与第A（A=1、2、……N）单元合成工艺如下：
将电解质固态电解质膜原料混合均匀，通过第二狭缝结构23喷涂在其中一面上，然后通过第三压力对辊24附着在串联极片单元的一个表面上，且将此极片表面均匀完整的覆盖；
将制备出来的第1单元、第2单元、……第N单元和N个串联极片单元按照上述全固态储能器结构的叠加方式组装，通过一次性压力对辊碾压或者多次压力对辊碾压的方式组装多串并的一体化卷芯；将一体化卷芯周围裹上一层绝缘材料，将一体化卷芯填入壳体中，将一体化卷芯的正极总引出的端口和负极总引出的端口引出，在经过烘烤、密封、化成、老化等工艺后就做成了一个可以直接应用在终端的高容量高电压的全固态储能器，此全固态储能器的设计颠覆了传统的液态锂离子电池的设计理念，不需要使用液态电解液，取消了注液工序，大大缩减了工艺流程，提升了储能器的生产效率，较少使用均衡管理系统等结构件，降低了储能器的材料成本和生产成本。
进一步地，步骤S6中：将多个单元和多个串联极片单元对应相互交错叠加组装后，通过压力对辊一次或多次碾压，制成一体化卷芯；
步骤S7中：将绝缘材料裹在一体化卷芯周围，再将一体化卷芯装入壳体中；
步骤S8中：在一体化卷芯中引出正极总引出以及负极总引出后，经过烘烤、密封、化成、老化工艺制成全固态储能器。
采用上述进一步方案的有益效果是：通过设计全固态储能器的制作方法，采用的是固态电解质，省去多种结构件的使用，直接将单体在一个结构件内实现多并多串联结构，不仅提高了单体的电压，能量密度也大大提升，彻底改变了目前液态电池单体形式和结构，简化组装工艺流程；将单体壳体和组合电池结构壳体直接简化到只使用一个壳体，省去单体壳体的原材料；不需要传统单体之间外部串联结构，也不需要使用连接件；不使用液态电解液，稳定性高，安全可靠，没有起火爆炸的风险。取消了注液工序，提升储能器件的生产效率，减少均衡管理体统等结构件，降低储能器件的材料成本和生产成本。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种全固态储能器，其特征在于，包括：壳体（1）、正极总引出（2）、负极总引出（3）以及一体化卷芯（4），所述一体化卷芯（4）设置在所述壳体（1）中，所述正极总引出（2）以及所述负极总引出（3）均位于所述壳体（1）的外侧，所述正极总引出（2）以及所述负极总引出（3）分别对应与所述一体化卷芯（4）连接。
2.根据权利要求1所述的一种全固态储能器，其特征在于，所述一体化卷芯（4）包括：多个单体（5）以及多个串联极片单元（6），多个单体（5）相互叠加，多个所述串联极片单元（6）一一对应安装在相邻两个单体（5）之间，相邻两个单体（5）通过串联极片单元（6）串联。
3.根据权利要求2所述的一种全固态储能器，其特征在于，所述单体（5）由多个单元（7）并联而成，相邻两个单元（7）之间安装有第一固态电解质膜（8）。
4.根据权利要求3所述的一种全固态储能器，其特征在于，所述单元（7）包括：第一负极料（9）、负极集流体（10）、第二负极料（11）、第二固态电解质膜（12）、第一正极料（13）、正极集流体（14）以及第二正极料（15），所述第一负极料（9）、所述负极集流体（10）、所述第二负极料（11）、所述第二固态电解质膜（12）、所述第一正极料（13）、所述正极集流体（14）以及第二正极料（15）依次叠放且连接。
5.根据权利要求4所述的一种全固态储能器，其特征在于，所述串联极片单元（6）包括：第三固态电解质膜（16）、第三负极料（17）、集流体（18）以及第三正极料（19），所述第三固态电解质膜（16）、所述第三负极料（17）、所述集流体（18）以及所述第三正极料（19）依次叠放且连接，所述第三负极料（17）与一侧相邻单元的第二正极料（15）对应连接，所述第三正极料（19）与另一侧相邻单元的第一负极料（9）对应连接。
6.根据权利要求5所述的一种全固态储能器，其特征在于，所述第一负极料（9）、所述第二负极料（11）以及第三负极料（17）的制作材料相同，所述第一正极料（13）、所述第二正极料（15）以及第三正极料（19）的制作材料相同，负极集流体（10）、正极集流体（14）以及集流体（18）的制作材料相同，第一固态电解质膜（8）、第二固态电解质膜（12）以及第三固态电解质膜（16）的制作材料相同。
7.根据权利要求5所述的一种全固态储能器，其特征在于，所述第一负极料（9）、第二负极料（11）以及第三负极料（17）的制作材料均包括：负极活性材料、导电剂、第一电解质以及粘结剂；所述第一正极料（13）、第二正极料（15）以及第三正极料（19）的制作材料均包括：正极活性材料、导电剂、第二电解质、粘结剂以及添加剂；第一固态电解质膜（8）、第二固态电解质膜（12）、第三固态电解质膜（16）的制作材料均包括：固体电解质颗粒、粘结剂以及添加剂。
8.根据权利要求7所述的一种全固态储能器，其特征在于，负极活性材料为钛酸锂、硬碳、石墨、活性炭、锂箔、硅基材料、锡基、锑基、 铅基、磷及磷化物中用于脱嵌锂离子以及钠离子的一种、两种或多种混合；正极活性材料为氧化物、橄榄石磷酸盐、尖晶石结构、有机钠盐化合物中用于嵌锂离子以及钠离子的一种、两种或多种混合，第一电解质、第二电解质以及固体电解质颗粒分别为聚合物固体电解质类和有机固体电解质类中的一种或两种混合；第一电解质的类型、第二电解质类型以及固体电解质颗粒类型至少一种相同，集流体（18）的制作材料为铝箔、铜箔、不锈钢箔、钛箔或镍箔。
9.一种全固态储能器的制作方法，其特征在于，用于制作上述权利要求1至8任意一项所述的一种全固态储能器的制作方法，包括：
S1、将第二固态电解质膜的原料喷涂在负极料以及正极料上；
S2、通过热压力对辊将第二固态电解质膜粘附在负极料以及正极料上；
S3、通过热压力对辊将附有第二固态电解质膜的正极料和负极料复合在一起，制成单元；
S4、将第三固态电解质膜的原料喷涂在串联极片单元的一端端面上；
S5、通过压力对辊将第三固态电解质膜粘附在串联极片单元的一端端面上；
S6、将多个单元和多个串联极片单元对应相互交错叠加组装，制成一体化卷芯，其中，串联极片单元位于相邻两个单元之间；
S7、将一体化卷芯装入壳体中；
S8、在一体化卷芯中引出正极总引出以及负极总引出。
10.根据权利要求9所述的一种全固态储能器的制作方法，其特征在于，步骤S6中：将多个单元和多个串联极片单元对应相互交错叠加组装后，通过压力对辊一次或多次碾压，制成一体化卷芯；
步骤S7中：将绝缘材料裹在一体化卷芯周围，再将一体化卷芯装入壳体中；
步骤S8中：在一体化卷芯中引出正极总引出以及负极总引出后，经过烘烤、密封、化成、老化工艺制成全固态储能器。
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