CN206711954U - 固态复合锂电池芯极片及使用该极片的锂电池芯 - Google Patents

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Abstract

本实用新型提供一种固态复合锂电池芯极片及使用该极片的锂电池芯，一种固态复合锂电池芯极片是以第一阳极集电片的第一阳极集电部、第一阳极活性物质涂层、第一固态电解质隔层、第一阴极活性物质涂层、阴极集电片的阴极集电部、第二阴极涂层、第二固态电解质隔层、第二阳极活性物质涂层以及第二阳极集电片的第二阳极集电部依序层迭结合而成，而锂电池芯则是在长条形的固态复合锂电池芯极片的两端分别结合绝缘胶层之后，再卷绕而成。藉此，不论是单片、堆栈或卷绕成型使用，皆能经由固态电解质涂层的特性，使在高、低温的环境下正常运作，且能让电池的性能稳定，以确保使用安全。

Description

固态复合锂电池芯极片及使用该极片的锂电池芯
技术领域
本实用新型有关于一种固态复合锂电池芯极片及使用该极片的锂电池芯，尤指一种可在高、低温时的性能稳定，以确保使用安全。
背景技术
目前锂离子电池芯由于具有重量轻，比钢/铝壳电池安全系数更高、不易爆炸等原因，因此在部分领域得到快速发展，但其实质上也是更换了包装的液态锂离子电池芯。其中，当电池芯处于充、放电状态、短路或高温环境下而使得电池液的温度升高到达大约75-80℃以上的高温时，电解质溶液内诸如碳酸二甲酯(dimethyl carbonate，DMC)的类的有机溶剂及部份杂质将会产生诸如氢气、氧气及二氧化碳的类的空气，而形成气胀及漏液的现象，如此一来，不但会造成电池芯的性能下降，甚至于会产生爆炸现象，而有安全上的疑虑。
再者，一般锂电池芯内的电极片的制程大致分为堆栈及卷绕两种方式，两种方式皆是在阴极片及阳极片之间夹置隔膜纸之后，再重复堆栈或卷绕而成，并在放进壳体之后，注入电解液，最后打钢珠封口以成型一锂电池芯。然而，隔膜纸与电解液均不耐高、低温，当电池液的温度升高到达大约75-80℃以上的高温时，不但会有气胀爆炸的危险，且会有在低温下无法运作的问题。
发明内容
有鉴于此，为了提供一种有别于现有技术的结构，并改善上述的缺点，发明人积多年的经验及不断的研发改进，遂有本实用新型的产生。
本实用新型的一目的在提供一种固态复合锂电池芯极片及使用该极片的锂电池芯，系将固态电解质隔层与各涂层、片体依序层迭，或将层迭之后的结构卷绕成型，以藉由固态电解质隔层的导电性能稳定及耐高、低温的特性，使在高温时，能防止产生气胀、漏液的问题，以确保使用安全，并在低温环境中能正常运作。
为达上述的目的，本实用新型所设的固态复合锂电池芯极片包括一阴极集电片、一第一阴极活性物质涂层、一第一固态电解质隔层、一第一阳极活性物质涂层、一第一阳极集电片、一第二阴极活性物质涂层、一第二固态电解质隔层、一第二阳极活性物质涂层及一第二阳极集电片。其中，该阴极集电片由一阴极极耳及一阴极集电部所组成，阴极集电部具有反向且相对应的第一面及第二面；第一阴极活性物质涂层的一面结合于阴极集电部的第一面上，第一固态电解质隔层及第一阳极活性物质涂层依序层迭于第一阴极活性物质涂层的另一面上；该第一阳极集电片由一第一阳极极耳及一第一阳极集电部所组成，第一阳极集电部的一面结合于第一阳极活性物质涂层的另一面上。而第二阴极活性物质涂层的一面结合于阴极集电部的第二面上，第二固态电解质隔层及第二阳极活性物质涂层依序层迭于第二阴极活性物质涂层的另一面上；该第二阳极集电片由一第二阳极极耳及一第二阳极集电部所组成，第二阳极集电部的一面结合于第二阳极活性物质涂层的另一面上。
实施时，阴极集电部的第一面及第二面分别呈长方形。
实施时，第一阳极极耳及第二阳极极耳共同组成一阳极极耳组，阳极极耳组与阴极极耳位于反向的位置；阳极极耳组与阴极极耳亦可位于同向的位置。
实施时，本实用新型更包括一第一绝缘层及一第三绝缘层，第一绝缘层结合于阴极集电部的第一面上，第一绝缘层邻接第一阴极活性物质涂层的一侧；而第三绝缘层结合于阴极集电部的第二面上，第三绝缘层邻接第二阴极涂层的一侧。
实施时，本实用新型更包括一第二绝缘层及一第四绝缘层，第二绝缘层结合于阴极集电部的第一面上，第二绝缘层邻接第一阴极活性物质涂层的另一侧；而第四绝缘层结合于阴极集电部的第二面上，第四绝缘层邻接第二阴极涂层的另一侧。
本实用新型所设的锂电池芯是以长条形的固态复合锂电池芯极片由第一端朝向第二端的方向卷绕而成，其中，第一端的第一阳极集电部上结合一第一绝缘胶层，第一端的第二阳极集电部上结合一第二绝缘胶层，第二端的第一阳极集电部上结合一第三绝缘胶层，第二端的第二阳极集电部上结合一第四绝缘胶层。
附图说明
图1为本实用新型固态复合锂电池芯极片的较佳实施例的组件分解图。
图2为本实用新型固态复合锂电池芯阴极片的较佳实施例的立体外观示意图。
图3为图2的A-A’剖面示意图。
图4为本实用新型锂电池芯的较佳实施例堆栈成型之后的立体外观示意图。
图5为本实用新型锂电池芯的较佳实施例展开时的立体外观示意图。
图6-图8为本实用新型锂电池芯的较佳实施例卷绕成型之后的立体外观示意图。
具体实施方式
请参阅图1-3所示，其为本实用新型固态复合锂电池芯极片1的较佳实施例，包括分别呈长条形片状的一阴极集电片11、一第一阴极活性物质涂层12、一第一绝缘层13、一第二绝缘层14、一第一固态电解质隔层15、一第一阳极活性物质涂层16、一第一阳极集电片17、一第二阴极活性物质涂层18、一第三绝缘层19、一第四绝缘层20、一第二固态电解质隔层21、一第二阳极活性物质涂层22以及一第二阳极集电片23。
该阴极集电片11为铝箔片，阴极集电片11由一长条形阴极极耳111及一阴极集电部112所组成，其中，阴极集电部112具有反向且相对应的第一面113及第二面114，第一面113及第二面114分别呈长方形。
第一阴极活性物质涂层12及第二阴极涂层18分别为锂硫化合物涂层，亦可为LiMnO2、LiMn2O4、LiCoO2、Li2Cr2O7、Li2CrO4、LiNiO2、LiFeO2、LiNixCo1-xO2、LiFePO4、LiMn0.5Ni0.5O2、LiMn1/3Co1/3Ni1/3O2、LiMc0.5Mn1.5O4、或上述的组合。
第一绝缘层13、第二绝缘层14、第三绝缘层19及第四绝缘层20分别为绝缘胶或绝缘漆，第一绝缘层13及第二绝缘层14分别结合于阴极集电部112的第一面113上，并分别邻接第一阴极活性物质涂层12的两侧；第三绝缘层19及第四绝缘层20分别结合于阴极集电部112的第二面114上，并分别与第二阴极涂层18的两侧邻接。
第一固态电解质隔层15及第二固态电解质隔层21分别为固态分子聚电解质涂层，而该固态分子聚电解质系为陶瓷氧化合物或氧化铝、玻璃陶瓷，亦可为耐高、低温的高分子聚合物，例如：具有由以下通式I表示的重复单元E1：
其中该重复单元E1具有两个与该重复单元E1的四个N原子中的两个键结的侧基，L1及L2；
L1及L2独立地表示基团R1－SO3M；
R1表示烃；
M表示选自由Li+、Na+、H+及K+组成的群的阳离子；
R3表示基团H或SO3M；
且x表示大于10的整数。
第一阳极活性物质涂层16及第二阳极活性物质涂层22为锂金属混合氧化物(lithium mixed metal oxide)涂层，亦可分别由商用硅粉末球磨后而成，且在硅材料表面包覆碳膜。而第一阳极集电片17及第二阳极集电片23分别为铝箔片或铜箔片其中的一种，且第一阳极集电片17由长条形第一阳极极耳171及第一阳极集电部172所组成，第二阳极集电片23由长条形第二阳极极耳231及第二阳极集电部232所组成。
上述第一阴极活性物质涂层12的一面结合于阴极集电部112的第一面113上，第一固态电解质隔层15及第一阳极活性物质涂层16依序层迭于第一阴极活性物质涂层12的另一面，而第一阳极集电片17的第一阳极集电部172的一面结合于第一阳极活性物质涂层16的另一面上。另，第二阴极涂层18的一面结合于阴极集电部112的第二面114上，第二固态电解质隔层21及第二阳极活性物质涂层22依序层迭于第二阴极涂层18的另一面，而第二阳极集电片23的第二阳极集电部232的一面结合于第二阳极活性物质涂层22的另一面上。
请参阅图4所示，本实用新型固态复合锂电池芯极片1的各组件经上述顺序层迭并辊压之后，即可成型为一片体，并使第一阳极极耳171及第二阳极极耳231共同组成一阳极极耳组24，当阳极极耳组24与阴极极耳111位于同向的位置，并以多个固态复合锂电池芯极片1堆栈成一锂电池芯3时，即可提供更大的电流容量。
如图5所示，当本实用新型锂电池芯3的固态复合锂电池芯极片1呈长条形时，固态复合锂电池芯极片1具有反向的第一端31及第二端32，其中，第一端31的第一阳极集电部172上结合一第一绝缘胶层311，第一端31的第二阳极集电部232上结合一第二绝缘胶层312，第二端32的第一阳极集电部172上结合一第三绝缘胶层321，第二端32的第二阳极集电部232上结合一第四绝缘胶层322。第一绝缘胶层311、第二绝缘胶层312、第三绝缘胶层321及第四绝缘胶层322分别为绝缘胶或绝缘漆。当长条形固态复合锂电池芯极片1由第一端31朝向第二端32的方向卷绕之后，即可成型如图6所示的锂电池芯3。
而如图7、图8所示，当阳极极耳组24与阴极极耳111位于反向的位置时，亦可在长条形固态复合锂电池芯极片1卷绕之后，使锂电池芯3呈软包型、圆柱型或方型，并经由各个绝缘胶层的配置，以有效防止短路现象。
因此，本实用新型具有以下的优点：
1、本实用新型将固态电解质隔层与各涂层、片体依序层迭，以同时取代现有的隔膜纸与电解液，因此，不但可以有效提高作业效率以降低制造及组装成本、在高温时防止产生气胀、漏液的问题以确保使用安全，且可在低温环境中能正常运作以提升效能。
2、本实用新型的极片可以单片、堆栈使用，或在辊压成长片状之后，再卷绕使呈软包型、圆柱型或方型等各种型体的锂电池芯，因此，在加工作业上相当简便，而在使用上相当具有弹性。
以上说明对本实用新型而言只是说明性的，而非限制性的，本领域普通技术人员理解，在不脱离以下所附权利要求所限定的精神和范围的情况下，可做出许多修改，变化，或等效，但都将落入本实用新型的保护范围内。

Claims (9)

1.一种固态复合锂电池芯极片，其特征在于，包括：
一阴极集电片，由一阴极极耳及一阴极集电部所组成，该阴极集电部具有反向且相对应的第一面及第二面；
一第一阴极活性物质涂层，其一面结合于该阴极集电部的第一面上；
一第一固态电解质隔层，其一面结合于该第一阴极活性物质涂层的另一面；
一第一阳极活性物质涂层，其一面结合于该第一固态电解质隔层的另一面；
一第一阳极集电片，由一第一阳极极耳及一第一阳极集电部所组成，该第一阳极集电部的一面结合于该第一阳极活性物质涂层的另一面；
一第二阴极涂层，其一面结合于该阴极集电部的第二面上；
一第二固态电解质隔层，其一面结合于该第二阴极涂层的另一面；
一第二阳极活性物质涂层，其一面结合于该第二固态电解质隔层的另一面；以及
一第二阳极集电片，由一第二阳极极耳及一第二阳极集电部所组成，该第二阳极集电部的一面结合于该第二阳极活性物质涂层的另一面。
2.根据权利要求1所述的固态复合锂电池芯极片，其特征在于，该阴极集电部的第一面及第二面分别呈长方形。
3.根据权利要求1所述的固态复合锂电池芯极片，其特征在于，该第一阳极极耳及该第二阳极极耳共同组成一阳极极耳组，该阳极极耳组与该阴极极耳位于反向的位置。
4.根据权利要求1所述的固态复合锂电池芯极片，其特征在于，该第一阳极极耳及该第二阳极极耳共同组成一阳极极耳组，该阳极极耳组与该阴极极耳位于同向的位置。
5.根据权利要求1、2、3或4中任一项所述的固态复合锂电池芯极片，其特征在于，更包括一第一绝缘层，该第一绝缘层结合于该阴极集电部的第一面上，且该第一绝缘层邻接该第一阴极活性物质涂层的一侧。
6.根据权利要求5所述的固态复合锂电池芯极片，其特征在于，更包括一第二绝缘层，该第二绝缘层结合于该阴极集电部的第一面上，且该第二绝缘层邻接该第一阴极活性物质涂层的另一侧。
7.根据权利要求1、2、3或4所述的固态复合锂电池芯极片，其特征在于，更包括一第三绝缘层，该第三绝缘层结合于该阴极集电部的第二面上，且该第三绝缘层邻接该第二阴极涂层的一侧。
8.根据权利要求7所述的固态复合锂电池芯极片，其特征在于，更包括一第四绝缘层，该第四绝缘层结合于该阴极集电部的第二面上，且该第四绝缘层邻接该第二阴极涂层的另一侧。
9.一种使用如权利要求1所述的固态复合锂电池芯极片的锂电池芯，其特征在于，该固态复合锂电池芯极片呈长条形，其具有反向的第一端及第二端，该锂电池芯由该固态复合锂电池芯极片的第一端朝向第二端的方向卷绕而成，该第一端的第一阳极集电部上结合一第一绝缘胶层，该第一端的第二阳极集电部上结合一第二绝缘胶层，该第二端的第一阳极集电部上结合一第三绝缘胶层，该第二端的第二阳极集电部上结合一第四绝缘胶层。
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