CN207149640U - 一种基于固体电解质隔膜的扣式电池 - Google Patents

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赵鹏程
向宇
张文峰
徐艳
文越华
明海
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李萌
祝夏雨
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Abstract

本实用新型涉及一种基于固体电解质隔膜的扣式电池，属于电化学工程领域。该电池包括正极集流壳体、隔膜定位圈、正极层、固体电解质隔膜、绝缘隔离圈、金属锂片和带绝缘密封圈的负极集流壳体；隔膜定位圈位于正极集流壳体底部，正极层和固体电解质隔膜位于隔膜定位圈内部，正极层位于固体电解质隔膜下方；固体电解质隔膜上方依次为绝缘隔离圈、金属锂片和带绝缘密封圈的负极集流壳体；金属锂片的下表面与固体电解质隔膜接触，上表面与负极集流壳体接触。该电池结构解决了扣式电池组装过程中隔膜易偏离中心、易受压破碎、金属锂易受压变形短路等难题，特别适合用于采用陶瓷类固体电解质隔膜和金属锂负极组装扣式电池等场合。

Description

一种基于固体电解质隔膜的扣式电池
技术领域
本实用新型涉及一种基于固体电解质隔膜的扣式电池，属于电化学工程领域。
背景技术
锂离子二次电池具有工作电压高、比能量高、比功率大、温度范围宽、自放电小、放电平稳、充电效率高、循环寿命长等显著优点，已成为电子产品、电动交通工具、航空航天、军事等领域中的主要电源之一。由于采用易挥发、易燃烧的有机电解液，传统锂离子二次电池存在燃烧和爆炸的潜在危险。新一代锂离子电池即所谓“全固态电池”，采用固体电解质取代了可燃性有机电解液，从根本上解决了电池的安全问题，固体电解质隔膜的研究也已成为当前的研究热点。
对于实验室研究而言，组装小型扣式电池是锂离子二次电池研究中表征电极材料和电池性能的基本方法。常规锂离子二次电池通常采用有机电解液和柔性隔膜来组装成扣式电池，并进行性能测试。然而，对于“全固态电池”扣式电池的组装而言，以Li7La3Zr2O12(LLZO)固体电解质隔膜为例，首先制备得到的是硬质、脆性的陶瓷固体电解质隔膜薄片，在复合正极材料后再置于封口机上施压封装成扣式电池。此时，若陶瓷隔膜直径大于负极壳体尺寸，在封装过程中，陶瓷隔膜的中心部分受到柔性金属锂片的压力，而陶瓷隔膜的周边受到负极壳体硬质边缘的压力，由于受力不均易造成陶瓷隔膜的破损，导致扣式电池组装失败；若陶瓷隔膜直径小于负极壳体尺寸，在封装过程中，一方面由于尺寸较小，陶瓷隔膜容易发生移动，偏离壳体中心，另一方面加压封装后，陶瓷隔膜通常会陷入柔性金属锂片中，易造成金属锂片与陶瓷隔膜另一侧的正极接触短路，导致扣式电池的组装失败而无法工作。
发明内容
本实用新型的目的是解决采用固体电解质隔膜组装扣式电池时，脆性陶瓷固体电解质隔膜易偏移、易破损、易短路等问题，提供一种结构简单、操作方便的基于固体电解质隔膜的扣式电池。
本实用新型解决上述问题采用的技术方案：该电池包括正极集流壳体、隔膜定位圈、正极层、固体电解质隔膜、绝缘隔离圈、金属锂片和带绝缘密封圈的负极集流壳体；隔膜定位圈位于正极集流壳体底部，正极层和固体电解质隔膜位于隔膜定位圈内部，正极层位于固体电解质隔膜下方；固体电解质隔膜上方依次为绝缘隔离圈、金属锂片和带绝缘密封圈的负极集流壳体；金属锂片位于绝缘隔离圈和绝缘密封圈内部，其下表面与固体电解质隔膜接触，其上表面与负极集流壳体接触。
本实用新型的有益效果：该电池采用正极集流壳体底部的隔膜定位圈来防止尺寸较小的固体电解质隔膜在装配过程中的滑动和偏移；固体电解质隔膜的设计尺寸小于负极集流壳体，避免装配过程中隔膜受压不均而破碎；在金属锂负极与固体电解质隔膜之间添加绝缘隔离圈，防止封装过程中金属锂受压变形后与正极的接触短路。该电池结构简单、操作方便，特别适合用于采用陶瓷类固体电解质隔膜和金属锂负极组装扣式电池等场合。
附图说明
图1 基于固体电解质隔膜的扣式电池的剖面构造图
图中：1.正极集流壳体，2.隔膜定位圈，3.正极层，4.固体电解质隔膜， 5.绝缘隔离圈，6.金属锂片，7.绝缘密封圈，8.负极集流壳体。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。
实施例1
采用LLZO陶瓷固体电解质为隔膜，以金属锂片为负极，扣式电池组装前，预先将正极层3涂覆在固体电解质隔膜4上；固体电解质隔膜4的厚度为0.2mm，直径为14mm；正极集流壳体1的内径为19.5mm；隔膜定位圈2的外径为19mm，内径为14mm；绝缘隔离圈5的外径为19mm，内径为10mm；负极层6的直径为14mm；负极集流壳体8的外径为19mm，内径为14mm。组装扣式电池时，首先将隔膜定位圈2置于正极集流壳体1底部，而后将涂覆有正极层3的固体电解质隔膜4放置在隔膜定位圈2内，正极层3朝下；再在固体电解质隔膜4 上方依次放置绝缘隔离圈5、负极层6和带绝缘密封圈7的负极集流壳体8；最后，以扣式电池封装机施压封装。组装完成后，固体电解质隔膜4位于正极层3 与负极层6之间，并位于扣式电池中心位置；固体电解质隔膜4上侧与柔性的负极层6接触，固体电解质隔膜4下侧与平整的正极层3及正极集流体壳体1 接触，封装过程中受力均匀不易发生破损；受绝缘隔离圈5保护，固体电解质隔膜4下侧的正极层3及正极集流体壳体1与负极层6完全隔离，避免封装过程中负极层6发生变形而引起正、负极之间的接触短路。
采用本实用新型提出的基于固体电解质隔膜的扣式电池，解决了扣式电池组装过程中固体电解质隔膜易偏离中心、易受压破碎、金属锂负极受压变形后易与正极接触短路等难题，该电池结构简单、操作方便，特别适合用于采用陶瓷类固体电解质隔膜和金属锂负极组装扣式电池等场合。

Claims (1)

1.一种基于固体电解质隔膜的扣式电池，其特征是：该电池包括正极集流壳体(1)、隔膜定位圈(2)、正极层(3)、固体电解质隔膜(4)、绝缘隔离圈(5)、金属锂片(6)和带绝缘密封圈(7)的负极集流壳体(8)；隔膜定位圈(2)位于正极集流壳体(1)底部，正极层(3)和固体电解质隔膜(4)位于隔膜定位圈(2)内部，正极层(3)位于固体电解质隔膜(4)下方；固体电解质隔膜(4)上方依次为绝缘隔离圈(5)、金属锂片(6)和带绝缘密封圈(7)的负极集流壳体(8)；金属锂片(6)位于绝缘隔离圈(5)和绝缘密封圈(7)内部，其下表面与固体电解质隔膜(4)接触，其上表面与负极集流壳体(8)接触。
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