CN117374360A - 全固态电池及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及全固态电池及其制造方法。全固态电池的单元电池包括正极和单侧负极，所述单侧负极配置为堆叠于正极的第一表面和第二表面，其中，在单侧负极之中，第一单侧负极不包括负极端子，第二单侧负极包括负极端子。

Description

全固态电池及其制造方法
技术领域
本发明涉及全固态电池及其制造方法。
背景技术
二次电池是可再充电的能量储存装置。在大多数的二次电池中，单元电池是基于作为有机溶剂的液体电解质进行制造的，因此在稳定性和能量密度的提高方面存在限制。因此，目前正在大力开发利用固体电解质的全固态电池。
由于全固态电池利用固体电解质代替液体电解质，需要在电极(即，正极和负极)与电解质之间形成具有高质量的界面，以确保诸如能量密度的性能。为此目的，采用了配置为将电极材料和电解质结构牢固地相互压制在一起的高压压制工艺。通过高压压制工艺确保电极(即，正极和负极)与电解质之间的界面，并且通过堆叠多个具有确保的界面的单元电池来制造电池堆。然而，当通过堆叠多个单元电池形成电池堆时，难以在各个单元电池之间形成界面。为了解决这样的问题，利用单侧负极去除单元电池之间的界面。
公开于该背景技术部分的上述信息仅用于加深对本发明的背景技术的理解，因此其可以包含不构成在本国已为本领域普通技术人员所公知的现有技术的信息。
发明内容
本发明致力于解决与现有技术相关的上述问题，并且本发明的目的是提供一种全固态电池，其有助于界面的形成并且具有提高的质量。
本发明的另一目的是提供一种制造全固态电池的方法，其通过简化的工艺制造全固态电池。
在一个实施方案中，本发明提供了一种全固态电池的单元电池，其包括阴极和两个单侧负极，所述两个单侧负极配置为分别堆叠于阴极的第一表面和第二表面，其中，在单侧负极之中，第一单侧负极不包括负极端子，第二单侧负极包括负极端子。
在一些实施方案中，绝缘胶带可以布置在第一单侧负极与第二单侧负极之间，以环绕正极的外周。
在一些实施方案中，绝缘胶带可以粘附至单侧负极的至少一个的边缘。
在一些实施方案中，负极端子从第二单侧负极向外延伸。
在一些实施方案中，单侧负极的每一个配置为使得负极活性材料应用至单侧负极的每一个的一个表面。
在一个实施方案中，提供了一种包括单元电池的电池堆。
在一个实施方案中，一种制造包括单元电池的全固态电池的方法包括：1)供给连续的负极片；2)将绝缘胶带的连续片粘附至负极片；3)沿绝缘胶带的连续片上预先形成的切割线切割具有粘附了绝缘胶带的连续片的负极片。
在一些实施方案中，负极片可以是用于第一单侧负极的第一负极片，第一负极片可以不包括负极端子。
在一些实施方案中，绝缘胶带的连续片可以包括辅助部分，所述辅助部分配置为向外延伸的比负极片远。
在一些实施方案中，切割负极片可以包括：1)沿切割线切割辅助部分；2)在切割辅助部分之后，沿切割线切割负极片。
在一些实施方案中，切割辅助部分可以包括：将切割后的辅助部分缠绕为卷的形式。
在一些实施方案中，可以连续供给负极片和绝缘胶带的连续片。
在一些实施方案中，负极片可以是用于第二单侧负极的第二负极片，第二负极片可以包括负极端子。
在一些实施方案中，可以在切割第二负极片的同时或者在与切割第二负极片不同的时间在第二负极片上加工负极端子。
在一个实施方案中，提供了一种制造全固态电池的方法，所述方法包括：1)将第一单侧负极堆叠于正极的第一表面；2)将第二单侧负极堆叠于正极的第二表面。第一单侧负极可以不包括负极端子，第二单侧负极可以包括负极端子。
在一些实施方案中，方法可以进一步包括：压制通过堆叠第一单侧负极、正极和第二单侧负极而形成的第一单元电池。
在一些实施方案中，可以将绝缘胶带粘附至第一单侧负极，以环绕正极的外周。
在一些实施方案中，方法可以进一步包括：在第一单元电池上堆叠具有与第一单元电池相同的结构的第二单元电池；压制通过堆叠第一单元电池和第二单元电池而形成的电池堆。
在某些实施方案中，负极具有适当的刚性，在其它实施方案中，负极可以是柔性的。
如前所述，方法和系统适当地包括控制器或处理器的使用。
在下文中讨论本发明的其他实施方案和优选实施方案。
在下文中讨论本发明的上述及其它特征。
附图说明
现在将参考在所附附图中示出的某些示例性实施方案来详细描述本发明的上述及其它特征，下文给出的所附附图仅用于说明，因此对本发明是非限制性的，其中：
图1是全固态电池的单元电池的立体图；
图2是通过堆叠多个单元电池形成的电池堆的立体图；
图3A是图1的分解立体图；
图3B是沿图1的线VI-VI’获取的纵向截面图；
图4A是包括双侧负极的单元电池的纵向截面图；
图4B是通过堆叠图4A所示的多个单元电池形成的电池堆的纵向截面图；
图5是图2的纵向截面图；
图6是根据本发明的一个实施方案的全固态电池的电池堆的纵向截面图；
图7是根据本发明的一个实施方案的全固态电池的电池堆的分解立体图；
图8是示出按顺序布置的、根据本发明的一个实施方案的全固态电池的电池堆的各个层的平面图；
图9是示出制造一般单元电池的工艺的俯视图；
图10是示出根据本发明的一个实施方案的制造单元电池的工艺的俯视图；以及
图11是示意性地示出根据本发明的一个实施方案的制造单元电池的工艺的侧视图。
应当了解，所附附图不一定按比例地绘制，而是呈现说明本发明的基本原理的各种优选特征的适当简化的画法。在本文中公开的本发明的具体设计特征(例如，包括具体尺寸、方向、位置和外形)将部分地由具体所要应用和使用的环境来确定。
在图中，贯穿附图的几幅图，相同的附图标记指代本发明的相同或等同的部件。
具体实施方式
在本发明的实施方案中阐述的具体结构或功能描述将在下面的描述中示例性地给出，以描述本发明的实施方案，并且本发明可以以许多替代形式实施。此外，可以理解，本发明不应解释为限于本文中阐述的实施方案，并且提供本发明的实施方案仅为了完全地公开本发明并且覆盖属于本发明的范围和技术范围内的修改实施方案、等同实施方案或替代实施方案。
本文所使用的术语仅用于描述具体的实施方案的目的，并不旨在限制本发明。除非上下文另有明确说明，否则本文所使用的单数形式“一”、“一个”和“该”也旨在包括复数形式。这些术语仅用于将组件与其他组件区分开，这些术语并不限制构成组件的性质、顺序或次序。
虽然示例性实施方案描述为使用多个单元以执行示例性的过程，但是应当理解，示例性的过程也可以由一个或多个模块执行。此外，应当理解，术语控制器/控制单元是指包括存储器和处理器并且被专门编程以执行本文描述的过程的硬件装置。存储器配置为存储模块，并且处理器专门置为执行所述模块以执行以下进一步描述的一个或更多个过程。
此外，本发明的控制逻辑可以实施为计算机可读介质上的非易失性计算机可读介质，其包含由处理器、控制器等执行的可执行程序指令。计算机可读介质的示例包括但不限于ROM、RAM、光盘(CD)-ROM、磁带、软盘、闪盘驱动器、智能卡和光学数据存储装置。计算机可读介质还可以分布在网络连接的计算机系统上，使得计算机可读介质例如通过远程信息处理服务器或控制器局域网(CAN)以分布方式存储和执行。
在以下实施方案的描述中，诸如“第一”和“第二”的术语仅用于描述各种元件，并且这些元件不应解释为受这些术语的限制。这些术语仅用于将一个元件与其他元件区分开。例如，在不脱离本发明的范围的情况下，在下文中描述的第一元件可以称为第二元件，类似地，在下文中描述的第二元件可以称为第一元件。
当一个元件或层称为“连接至”或“接合至”另一元件或层时，该元件或层可以直接连接或接合至另一元件或层，或者可以存在中间元件或层。相反，当一个元件或层称为“直接连接至”或“直接接合至”另一元件或层时，可以不存在中间元件或层。用于描述元件之间的关系的其他词语应以类似的方式解释，例如，“在......之间”与“直接在......之间”，“相邻”与“直接相邻”等。
在可能的情况下，相同的附图标记将在整个附图中用于表示相同或相似的部件。在本文中使用的术语仅用于描述具体的实施方案的目的，并且不旨在进行限制。除非上下文另有明确说明，否则本文所使用的单数形式也可以旨在包括复数形式。术语“包含”、“包含的”、“包括”和/或“具有”是包容性的，因此，说明存在所述的特征、数值、步骤、操作、元件、组件和/或其组合，但是不排除存在或添加一种或更多种其它的特征、数值、步骤、操作、元件、组件和/或其组合。
在下文中，将参考所附附图详细描述本发明的实施方案。
如上所述，采用单侧负极用于确保电池堆(cell stack)中的单元电池(unitcell)之间的界面。然而，使用单侧负极可能需要使用比电池堆中需要的量更大量的基础材料，并且可能导致负极端子数量的增加以及焊接性能的变差。此外，在将绝缘胶带粘附至全固态电池的情况下，使用单侧负极可能会使全固态电池的制造复杂化，这将在下面详细描述。
因此，本发明旨在通过省略相互结合的单侧负极的任一个的端子来解决上述问题。
如图1和图2所示，全固态电池的电池堆S可以通过堆叠多个单元电池C形成。例如，可以堆叠几个至几十个的单元电池C以形成电池堆S。
参考图3A，单元电池C可以包括上部负极10、正极30、绝缘胶带50和下部负极70。这里，上部负极10和下部负极70是单侧负极。负极通常包括负极集电器和负极活性材料，单侧负极指仅将负极活性材料应用在集电器的一侧的负极。如上所述，为了在电池堆S中堆叠的单元电池C之间形成界面，采用单侧负极而不是双侧负极作为负极10、70。
各个负极10、70和正极30中的每一个可以包括端子。也就是说，上部负极10包括上部负极端子11，下部负极70包括下部负极端子71，正极30包括正极端子31。各个端子11、71和31从相应的电极10、70和30向外延伸或突出。
在本发明的描述中，单元电池C的负极10、70的一个称为上部负极10，另一个称为下部负极70。这些术语仅用于考虑到附图中示出的单元电池C的状态将两个负极10、70彼此区分，而不用于指定负极10、70的位置。
如图3B所示，为了制造单元电池C，首先，绝缘胶带50可以粘附至一个负极的一个表面，例如，下部负极70。由于正极30的尺寸通常小于负极10、70的尺寸，可以设置绝缘胶带50以补偿正极30与负极10、70之间的尺寸差。例如，绝缘胶带50可以是环形绝缘材料，并且可以粘附至下部负极70的边缘。在绝缘胶带50已经粘附至下部负极70之后，正极30在下部负极70上安装为位于绝缘胶带50内。此后，将上部负极10粘附至正极30，以覆盖正极30的自由表面。上述制造的单元电池C通过压制工艺确保负极10、70与正极30之间的界面。
图4A示出了包括双侧负极20的单元电池C。包括双侧负极20的单元电池C在确保单元电池C中的界面时没有困难。然而，当通过堆叠多个单元电池C制造电池堆S时，单元电池C之间不采用高压压制工艺，因此，难以确保电池堆S中的单元电池C之间的界面。
因此，可以使用具有单侧负极10、70的单元电池C。参考图5，在包括单元电池C(其包括单侧负极10、70)的电池堆S中，可以省略单元电池C之间的界面，并且电子可以在相互结合的负极10、70之间移动，例如，在电池堆S中的第一单元电池C的下部负极70和与第一单元电池C相邻的第二单元电池C的上部负极10之间移动。通过图4B与图5之间的比较，可以确认出具有单侧负极的电池堆S可以比具有双侧负极的电池堆S具有更多数量的负极端子。在这种情况下，焊接性能可能会变差。
参考图6至图8，根据本发明，单元电池C可以包括形成为不同形状的两个负极。具体地，上部负极10和下部负极700的任一个配置为不具有端子。例如，下部负极700可以配置为具有与上部负极10不同的形状，以不具有端子。在下文中，将下部负极700描述为不具有端子，但是本发明不限于此，并且上部负极10可以配置为不具有端子。
参考图9，可以从连续形成的负极片40制造负极10或70。也就是说，可以从连续形成的负极片40制造上部负极10或下部负极70。通过将绝缘胶带50粘附至负极片40并且沿切割线L1将负极片40切割为预定尺寸来制造具有粘附了绝缘胶带50的负极10或70。在该步骤中，利用端子处理机60在负极10或70上形成配置为传输电子的端子11或71(即，开槽(notching)步骤)。
将绝缘胶带50粘附至负极片40、将端子11或71的形成位置与负极片40变为各个负极10、70的切割位置对齐以及尺寸匹配导致了自动化步骤的难度较大，并且需要较高的投资成本。绝缘胶带50用于防止在高压压制工艺中由于负极和正极之间的尺寸差导致的对全固态电池的损坏。然而，在上述负极加工步骤中，将负极端子的形成位置与绝缘胶带粘附至负极片40的位置对齐是困难的。此外，当在此步骤中形成端子时，由于绝缘胶带的粘附，难以管理模具并排出废料。
本发明可以减少电池堆中负极端子的数量，可以提高电池堆的焊接性能，并且可以简化负极制造工艺。根据本发明，绝缘胶带50粘附至不具有端子的下部负极700。根据本发明，绝缘胶带50粘附至不具有端子的下部负极700，从而能够提高生产率并且有助于降低成本。
将在下面描述不具有端子的下部负极700的制造。如图10和图11所示，首先，将绝缘胶带50粘附至负极片40。负极片40和绝缘胶带50可以以卷的形式提供。负极片40可以配置为从负极卷110展开。绝缘胶带50可以配置为从绝缘胶带卷120展开。绝缘胶带50可以通过处理单元130粘附至负极片40，可以沿切割线L2切割绝缘胶带50的辅助部分52。此外，负极片40沿切割线L2切割成各个负极700。
根据本发明，可以无需形成负极的端子的开槽步骤，从而，绝缘胶带50可以包括辅助部分52。此外，当负极10或70包括负极端子11或71时，如图9所示，绝缘胶带50的宽度是有限制的，因此绝缘胶带50不能包括辅助部分52。具有这种形状的绝缘胶带50会导致连续地产生废料变得困难，并且难以在绝缘胶带50的移动期间确保刚性。根据本发明，包括辅助部分52的绝缘胶带50可以确保刚性，防止当绝缘胶带50在粘附至负极片40之前从绝缘胶带卷120移动时可能发生的变形。沿切割线L2切割辅助部分52并且切割负极片40，从而提供不具有端子并且配置为使得绝缘胶带50粘附至负极700的负极700。此外，辅助部分52可以作为连续的废料排出，并且可以缠绕在回收卷轴140上。
根据本发明的一些实施方案，单元电池C可以通过堆叠上部负极10、正极30和下部负极700进行制造。再次参考图8，上部负极10堆叠于正极30的一个表面，下部负极700堆叠于正极30的另一个表面。此外，绝缘胶带50粘附至下部负极700的一个表面，以围绕正极30的外周布置。可以通过利用高压压制来压制堆叠的上部负极10、正极30和下部负极700，从而制造确保电极之间的界面的单元电池C。
此外，如图6所示，可以通过顺序地堆叠多个单独的单元电池C来形成电池堆S。在形成电池堆S之后，可以利用高压压制执行额外的压制。
如上所述，可以从包括负极端子11的负极片40制造上部负极10。为了获得单个的上部负极10，通过端子处理机60形成负极端子11，并且将负极片40切割为单个的上部负极10。负极端子11的形成以及将负极片40切割为单个的上部负极10可以同时执行，或者可以以规则的间隔、在不同的时间执行。
可以从不包括负极端子的负极片40制造下部负极700。从而，负极片40可以直接切割为单个的负极700，而无需形成负极端子的步骤。
如上所述，本发明可以提供这样的全固态电池：其可以减少负极端子的数量，从而降低端子之间的焊接能量并且具有提高的质量。
此外，根据本发明的全固态电池可以无需形成端子的开槽步骤，从而能够防止由于绝缘胶带的粘附固定导致的对模具的损坏。此外，根据本发明的全固态电池可以去除由于不连续废料的产生导致的堵塞。此外，根据本发明的全固态电池可以通过连续废料的缠绕来回收废料。
根据本发明的全固态电池可以省略端子，从而可以通过将绝缘胶带的切割位置与负极片变为各个负极的切割位置对齐(而无需匹配绝缘胶带的切割位置与端子的形成位置)来促进位置控制和提高精度。
从上述描述中可以明显看出，本发明可以提供一种全固态电池，其有助于界面的形成并且具有提高的质量。
此外，本发明可以提供一种制造全固态电池的方法，其通过简化的工艺制造全固态电池。
已经参考优选实施方案对本发明进行了详细描述。然而，本领域技术人员将理解，在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施方案进行修改，本发明的范围由所附权利要求及其等同形式限定。

Claims (18)

1.一种全固态电池的单元电池，其包括：
正极，和
两个单侧负极，其配置为分别堆叠于正极的第一表面和第二表面，
其中，在所述单侧负极之中，第一单侧负极不包括负极端子，第二单侧负极包括负极端子。
2.根据权利要求1所述的全固态电池的单元电池，其进一步包括绝缘胶带，所述绝缘胶带布置在第一单侧负极与第二单侧负极之间，以环绕正极的外周。
3.根据权利要求2所述的全固态电池的单元电池，其中，所述绝缘胶带粘附至所述单侧负极的至少一个的边缘。
4.根据权利要求1所述的全固态电池的单元电池，其中，所述负极端子从第二单侧负极向外延伸。
5.根据权利要求1所述的全固态电池的单元电池，其中，所述单侧负极的每一个配置为使得负极活性材料应用至所述单侧负极的每一个的一个表面。
6.一种电池堆，其包括根据权利要求1所述的全固态电池的单元电池。
7.一种制造全固态电池的方法，所述全固态电池包括根据权利要求1所述的全固态电池的单元电池，所述方法包括：
供给连续的负极片；
将绝缘胶带的连续片粘附至负极片；
沿绝缘胶带的连续片上预先形成的切割线切割具有粘附了绝缘胶带的连续片的负极片。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，所述负极片是用于第一单侧负极的第一负极片，所述第一负极片不包括负极端子。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，绝缘胶带的连续片包括辅助部分，所述辅助部分配置为向外延伸的比负极片远。
10.根据权利要求9所述的方法，其中，切割负极片包括：
沿切割线切割辅助部分；
在切割辅助部分之后，沿切割线切割负极片。
11.根据权利要求10所述的方法，其中，切割辅助部分包括：
将切割后的辅助部分缠绕为卷的形式。
12.根据权利要求7所述的方法，其中，连续供给负极片和绝缘胶带的连续片。
13.根据权利要求7所述的方法，其中，所述负极片是用于第二单侧负极的第二负极片，所述第二负极片包括负极端子。
14.根据权利要求13所述的方法，其中，在切割第二负极片的同时或者在与切割第二负极片不同的时间在第二负极片上加工负极端子。
15.一种制造全固态电池的方法，其包括：
将第一单侧负极堆叠于正极的第一表面，
将第二单侧负极堆叠于正极的第二表面，
其中，所述第一单侧负极不包括负极端子，所述第二单侧负极包括负极端子。
16.根据权利要求15所述的方法，其进一步包括：
压制通过堆叠第一单侧负极、正极和第二单侧负极而形成的第一单元电池。
17.根据权利要求15所述的方法，其中，将绝缘胶带粘附至第一单侧负极，以环绕正极的外周。
18.根据权利要求15所述的方法，其进一步包括：
在第一单元电池上堆叠具有与第一单元电池相同的结构的第二单元电池；
压制通过堆叠第一单元电池和第二单元电池而形成的电池堆。
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