CN2062501U - 全固态锂电池 - Google Patents
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Abstract
本实用新型属于制造固态锂电池的技术领域，本实用新型制做的电池是可充放电的高比能密度的锂电池，其特点在于薄型化，大大减小了全固态电池的内阻，可做成市售的1-7号标准金属外壳电池也可做成超薄(薄到0.5mm以下)的全塑封的电池。该电池由于无有液体电介质自放电小，故寿命长，并且不漏液，片电池为一些薄型电子仪器提供了电源，而金属外壳圆柱型电池采用与市售1-7号电池一致的外部尺寸和正负引出极，可以在任何使用这些电池的用电器中换用全固态高能锂电池。
Description
本实用新型属于固体电解质应用的技术领域，特别是用于制造固态锂电池的技术领域。
目前市场上通用的电池有很多种，它们的结构大都以正、负电极及水溶液的电介质包上金属外壳组成。就其锰干电池为例，锌皮做电池外皮为负极，中心碳棒和MnO2为正极，在正、负电极之间填充电解质NH4Cl，ZnCl2的溶液及惰性填充料。但这种电池所用电介质为液体的，而带来的缺点是容易漏液，常常会腐蚀仪器的周围零部件，再有些使用寿命短。近期全固态锂型电池发展很快，我们已于1988年申请了“锂型蒙脱石快离子导体电池”的专利，申请号为：87101223。
该申请所制备的锂型蒙脱石快离子导体电池的电解质为锂蒙脱石，按（－）Li｜锂型蒙脱石｜TiS2（＋）组成的电池，负极用的金属锂，正极用的TiS2。这种电池虽未商品化，但有许多优点：如不漏液、贮存寿命长、比能量密度高，通常单个商品电池的电压是1.5V，而单个锂电池的电压则为3V。缺点是电池内阻大，因为固态电解质的电阻大，一般大电位放电的场合（几百毫安）不适用。
本实用新型的目的在于克服上述电池的缺点及不足之处，提供一种全固态可充放电的高比能密度的锂电池，这种电池采用薄片固体电介质带，既可以按通用1－7号金属外壳电池标准制做（而一节电池相当于原来两节电池的电压），又可做成全塑封的薄型（可薄到0.5mm以下）可弯曲的电池，它大大地减少电池的内阻，保留了全固态锂电池的其它优点。电池的薄型化也为一些薄型电子仪器提供了电源。
本实用新型提供的全固态高比能密度的锂电池分为两大类：
（1）按市场上通用1－7号干电池标准做的金属壳电池。
（2）全塑封式的薄型可弯曲的电池。
它们的结构均为三部分组成：①金属锂做负极；②有聚合物和无机离子导体组成的固体电介质；③钒的氧化物与碳的混合物组成的电池正极材料，也是正极。
下面结合附图（二）把金属外壳适用市售1－7号电池尺寸，可充电的电池详细说明：图（二）中的①是不锈钢筒做电池的正极引出极，采用点焊焊接或卷绕在镍带④上；②是金属材料如：不锈钢制做的电池外壳；③是金属锂带；④是金属镍带；⑤是有机聚合物和无机离子导体组成的固体电解质和做正极材料的复合膜带；⑥是绝缘带，如：聚脂胶带；⑦是电池密封用的环氧树脂层；⑧是蜡密封层；⑨是绝缘垫，如聚四氟乙烯，它的大小以刚好放到电池金属外壳的底部为准。
本实用新型特点之一是所用的固体电解质和正极材料均做成复合膜带，一层是钒的氧化物与导电物质的混合物，如Li1＋XV3O8与碳或石墨或石墨与碳的混合物。其混合比例：
Li1＋XV3O870％～40％ Wt％
导电物质 30％～60％ Wt％
另一层是有机聚合物与无机离子导体混合物，如：PVAC与锂蒙脱石的混合膜或PEO与锂蒙脱石的混合膜，其混合比例为：
聚合物 5％～20％ Wt％
无机离子导体 95％～80％ Wt％
其特点之二是正极复合膜带采用卷绕方式绕在正极引出线①上，如图（一）所示电池的正极结构，①是正极引出线不锈钢筒；绝缘带⑥、镍带④、固体电解质和正极材料复合膜带⑤、锂带③以正极引出线①为轴，把如图（一）排布好的一层层带一起绕在正极引出线①上，卷好后放入金属电池外壳内。在卷绕过程中，要把正极材料复合膜带的钒的氧化物与碳的混合物层紧贴在镍带那面，而且每层里带比外层带要窄5mm左右，最里层的锂带要略长，为的是锂带与金属外壳紧密接触，它就成了负极的引出极。金属外壳的外面贴绝缘商标后，只露出金属底座部分，这部分就是负极引出极。金属外壳的上口部就先封以石蜡，再封以环氧树脂即可。另外正极材料用什么而决定所制做电池是否可充放电，如果不需做成充电电池，那么所采用的正极材料为MnO2即可。
现结合附图（三）及实施例①详细说明全塑封式薄型电池的结构。取一张长95mm×宽61mm×厚0.2mm的聚脂薄膜⑩将其对折，并在其中间打一个φ10mm孔（11），然后用0.1mm×φ20mm的镍片（12）胶合在聚脂膜的两个孔处将孔封住，然后在两镍片处夹上述的固体电解质与正极材料组成的电池结构，如图（三）所示：镍片（13）、锂带（14）、固体电解质复合膜带（15）、它用5％ Wt％的PVAC与95％的锂蒙脱石组成，正极材料（16）的复合膜带用70％Wt的Li1＋XO2O8和30％Wt的碳混合组成。以上四种膜带均用长80mm×宽50mm×厚0.1mm，它们的结构也是（一）镍泊（网）｜锂带｜固体电解质与正极材料复合膜带｜镍带（＋）贴紧锂带的一面为负极，贴着正极材料的一面为正极，正、负极引线均用镍片（12）。
实施例2.以市售5号电池标准制做AA型全固态锂电池，其结构如图（一）、（二）所示。取外径φ13.7mm×厚0.7mm×高42.8mm的不锈钢圆筒做负极引出极②，也是电池外壳，用φ13mm×厚0.1mm的聚四氟乙烯做绝缘垫⑨，放在电池外壳（12）底部。外径φ3.4mm×高49.5mm×壁厚0.7mm的不锈钢筒做正极引出极①点焊在镍带④上，然后进行复合带排布，先把长20.5mm×宽40mm×厚0.05mm的绝缘带舖平，在其上面放上长19.5mm×宽35mm×厚0.1mm的镍带，再涂布上一层乙烯黑与V3O8的混合物膜带长200mm×宽34mm×厚0.2mm，待干后再涂一层PVAC与锂蒙脱石的混合物膜带长200mm×宽34mm×厚0.2mm，最后在贴上长250mm×宽30mm×0.1mm的锂带。将排布的带子以锂带为里层，以正极引出极①以轴卷绕在①上，卷好后放入电池外壳②内，使其锂带紧贴在电池外壳②内壁上，形成负极引出极。电池外壳上口先用石蜡封住，然后再用环氧树脂封住即可。
优点：
本实用新型提供的薄型可充电固态锂电池克服了已有固态电池的一些缺点，把电池薄型化后大大地减少了电池的内阻，为一些仪器薄型化提供了电源，它与其它电池相比寿命长（由无液态电介质，自放电小，已达一年以上）以及不漏液，因不含液体电解质。另外它的比能量密度高，因为金属锂重量轻，电极电位高，通常单体商品电池的电压1.5V，而单体锂电池为3V。再者可做成充放电电池，也可不是充电电池，可选择不同的正极材料来决定是否充放电，充放电寿命已达240次以上（0.2mA／cm2放电到2.5V再以0.1mA／cm2充电），实验还在继续。
Claims (3)
1、一种以金属锂为负极、固体材料为电介质的全固态锂电池，其特征在于：固体电解质采用有机聚合物与无机离子导体混合物，并做成厚0.01mm-0.2mm的膜带，正极材料用钒的氧化物与导电物质的混合物，做成厚0.01mm-0.2mm的膜带，其组成为：(-)锂｜固体电介质与正极材料｜镍(+)，其结构：
(一)将一层绝缘带、一层镍带、一层正极材料膜带、一层固体电介质膜带、一层锂带按顺序叠加一起，一层比一层窄2mm，锂带为最内层带并略长，它以正极引出极①为轴卷绕在其上面，装入金属电池外壳②内的底部绝缘垫圈⑨上，锂带③与金属外壳②相连为负极，电池壳口先封以石蜡再封环氧树脂，
(二)全塑封电池将一层镍带上放一层固体电解质膜带，再其上放一层正极材料膜带、一层锂带，然后夹在已带有φ10mm孔的聚脂膜中孔镍片间，中孔先用略大于该孔的镍片封住，最好将聚脂膜抽真空封住。
2、按权利要求1所述的全固态锂电池，其特征在于：所述的有机聚合物与无机离子导体混合物为固体电介质是指有机聚合物PVAC或PEO；
无机离子导体为：锂蒙脱石或硫系锂玻璃或高氯酸锂的复合物，其混合比例：聚合物：5％－20％重量百分比；
无机离子导体：95％－80％重量百分比；
3、按权利要求1所述的全固态锂电池，其特征在于：所述的正极材料中的钒的氧化物包括：Li1＋XV3O8导电物质包括碳或石墨或两者的混合；
其混合比例：
Li1＋XV3O8；70％－40 Wt％；
导电物质： 30％－60 Wt％。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| C17 | Cessation of patent right | ||
| CX01 | Expiry of patent term |