CN207517798U - 一种全固态薄膜锂电池 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种全固态薄膜锂电池，包括基底，所述基底上覆盖绝缘层，绝缘层上方自下而上依次设置有正极集电层、正极层、固态电解质层、负极层、负极保护层、负极集电层和封装膜；固态电解质层完全将正极层覆盖，负极层将固态电解质层的上端和右端覆盖；负极保护层将负极层的上端和右端覆盖；负极集电层覆盖负极保护层上端及右端。本实用新型提供一种全固态薄膜锂电池，电解质和电极的界面稳定、不易结晶、机械性能强，具有很宽范围的储存与工作温度，能够在经受高温，高压的挤压成型的同时，保持电池的高容量与循环性能。另外，本实用新型可制成的柔性薄膜电池，防空气、水汽渗透的能力较强，循环寿命高。
Description
技术领域
本实用新型属于一种全固态电池，具体涉及一种全固态薄膜锂电池。
背景技术
近年来为应对全球不可再生能源石油储量的日益减少以及全球温室气体的持续攀升，保护人类赖以生存的自然资源和自然环境，各国纷纷将发展新能源以及新能源汽车作为国家发展的重要战略选择。锂离子电池作为一种重要的储能装置，因其具有工作电压高、能量密度大、自放电小、循环寿命长、使用温度范围宽、无记忆效应、安全性能突出等优点，己经广泛的应用于照相机、移动电话、笔记本电脑等传统小型电池领域，并且正向着大型化的电动车用动力电池以及风能和太阳的储能电池方向发展，这对其安全性能提出了更大的挑战。
传统商用锂离子电池主要采用含有易燃有机溶剂的液体电解质，存在严重的安全隐患，当锂离子电池因为任何原因短路时，电池内能量会在短时间以热的形式释放出来，就可能发生起火甚至爆炸等严重的安全事故。此外，电解液与电极材料会发生副反应，导致电池容量出现不可逆转的衰减，同时也会带来胀气、漏液等问题。目前，诸多研究者主要采用在电解液中加入添加剂等方式对有机电解液进行改进，以期解决液态锂离子电池的安全性问题。这虽取得了一些成果，但不能从根本上解决动力电池的安全性问题。这些问题的存在限制了锂离子电池的使用，也成为了其将来在动力电池和大容量储能应用方面的巨大障碍。为了彻底解决锂离子电池安全性问题，一种全新的锂离子电池一一全固态锂电池进入了人们的视线。
相对于传统的液态锂电池，固态锂电池以固体电解质取代传统液体有机电解液，能够克服由于液态电解液导致的安全性能低、循环寿命短、工作温度范围窄等问题。固态电解质除了传导锂离子，也充当隔膜的角色，所以理想的锂离子固体电解质应具有良好的离子电导率、极低的电子电导率、极小的晶界电阻，且化学稳定性好，热膨胀系数与电极材料相匹配，电化学分解电压高。
现有的全固态锂电池的技术方案是在正极活性物质表面包覆一层氧化物，如Al2O3、LiNbO3 等，通过溶胶-凝胶法在正极活性物质表面喷涂一层氧化物凝胶化合物，然后在氧气流下加热处理五小时，得到氧化物包覆的正极活性物。其优点是能降低活性物质与固态电解质间的空间电阻层，从而降低界面阻抗。然而，该正极活性物质与电解质之间仍是颗粒与颗粒之间以点对点方式接触，接触面积小，内阻大。
实用新型内容
本实用新型是为了克服现有技术中存在的缺点而提出的，其目的是提供一种全固态薄膜锂电池。
本实用新型的技术方案是：
一种全固态薄膜锂电池，所述基底上覆盖绝缘层，绝缘层上方自下而上依次设置有正极集电层、正极层、固态电解质层、负极层、负极保护层、负极集电层和封装膜；固态电解质层完全将正极层覆盖，负极层将固态电解质层的上端和右端覆盖；负极保护层将负极层的上端和右端覆盖；负极集电层覆盖负极保护层上端及右端。
所述封装膜为金属/高分子材料复合多层膜。
所述正极层由活性极片和沉积于活性极片外的硫化物层组合形成的复合层结构。
所述正极集电层自由端与正极极耳连接；负极集电层自由端与负极极耳连接。
本实用新型的有益效果是：
本实用新型提供一种全固态薄膜锂电池，电解质和电极的界面稳定、不易结晶、机械性能强，具有很宽范围的储存与工作温度，能够在经受高温，高压的挤压成型的同时，保持电池的高容量与循环性能。另外，本实用新型可制成的柔性薄膜电池，防空气、水汽渗透的能力较强，循环寿命高。
附图说明
图1是本实用新型的结构示意图。
其中：
1 基底 2 绝缘层
3 正极集电层 4 正极层
5 固态电解质层 6 负极层
7 负极保护层 8 负极集电层
9 封装膜 10 正极极耳
11 负极极耳。
具体实施方式
下面结合说明书附图及实施例对本实用新型一种全固态薄膜锂电池进行详细说明：
如图1所示，一种全固态薄膜锂电池，所述基底1上覆盖绝缘层2，绝缘层2上方自下而上依次设置有正极集电层3、正极层4、固态电解质层5、负极层6、负极保护层7、负极集电层8和封装膜9；固态电解质层5完全将正极层4覆盖，负极层6将固态电解质层5的上端和右端覆盖；负极保护层7将负极层6的上端和右端覆盖；负极集电层8覆盖负极保护层7上端及右端。
所述正极层由活性极片和沉积于活性极片外的硫化物层组合形成的复合层结构。
所述正极集电层3自由端与正极极耳10连接；负极集电层8自由端与负极极耳11连接。
基底上增加钝化绝缘层，当基底采用金属材质时，避免正极集电层3与基底1之间产生电势。
负极层外部覆盖负极保护层，负极保护层为聚对二甲苯(Parylene)保护层，由此，可加大金属锂的电化学反应性能和效率。电池最低工作温度可达-55度，同时，可使得锂不与封装膜发生反应，因为Parylene介于两者之间，使得金属锂不与封装膜接触。
封装膜采用金属/高分子材料的复合多层膜，为铝/聚乙烯多层复合物或铝/聚丙烯多层复合物，则可大大提高本实用新型的薄膜电池的防空气、水汽渗透的能力，延长电池的使用与存储寿命。
正极层的硫化物层，由于电池固固颗粒间的空隙中填充了起到连接桥梁作用的无定形的硫化物，从而大大改善了电池固固颗粒间的接触面积，增加了锂离子传输的路径，从而提高了电导率和降低了电池内阻，提高了电池的能量密度和倍率性能；负极外设置聚对二甲苯保护层：加大金属锂的电化学反应性能和效率。
本实用新型提供一种全固态薄膜锂电池，电解质和电极的界面稳定、不易结晶、机械性能强，具有很宽范围的储存与工作温度，能够在经受高温，高压的挤压成型的同时，保持电池的高容量与循环性能。另外，本实用新型可制成的柔性薄膜电池，防空气、水汽渗透的能力较强，循环寿命高。
Claims (4)
1.一种全固态薄膜锂电池，包括基底（1），其特征在于：所述基底（1）上覆盖绝缘层（2），绝缘层（2）上方自下而上依次设置有正极集电层（3）、正极层（4）、固态电解质层（5）、负极层（6）、负极保护层（7）、负极集电层（8）和封装膜（9）；固态电解质层（5）完全将正极层（4）覆盖，负极层（6）将固态电解质层（5）的上端和右端覆盖；负极保护层（7）将负极层（6）的上端和右端覆盖；负极集电层（8）覆盖负极保护层（7）上端及右端。
2.根据权利要求1所述的一种全固态薄膜锂电池，其特征在于：所述封装膜（9）为金属/高分子材料复合多层膜。
3.根据权利要求1所述的一种全固态薄膜锂电池，其特征在于：所述正极层由活性极片和沉积于活性极片上的硫化物层组合形成的复合层结构。
4.根据权利要求1所述的一种全固态薄膜锂电池，其特征在于：所述正极集电层（3）自由端与正极极耳（10）连接；负极集电层（8）自由端与负极极耳（11）连接。
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