CN216084938U - 一种固态电池 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及电池技术领域，具体涉及一种固态电池。所述固态电池包括：正极片，正极片的表面涂覆正极涂层；负极片，负极片的尺寸小于正极片的尺寸；电解质层，涂覆于正极涂层的表面，适于覆盖正极涂层；正极片的正极涂层、电解质层及负极片依次叠放，电解质层远离正极涂层的一面适于与负极片的表面接触。本实用新型提供的固态电池，通过设置负极片的尺寸小于正极片的尺寸，且电解质层涂覆并覆盖正极片表面的正极涂层，避免了极片边缘毛刺造成的短路或绝缘下降的问题，提高了电池的安全性，从而提供了一种不易出现短路风险的固态电池。

Description

一种固态电池

技术领域

本实用新型涉及电池技术领域，具体涉及一种固态电池。

背景技术

目前动力电池在新能源汽车上的使用越来越广泛，应用较多的是锂离子电池，随着行业的不断发展，对电池性能的要求也在不断提高，然而锂离子电池的性能已接近开发极限，在能量密度等方面的突破较为困难，固态电池是一种使用固体电极和固体电解质的电池，以固态电解质取代锂离子电池的液态电解液，能够大大提升电池的能量密度，因此具有广泛的应用前景和研究价值。现有技术中的固态电池通常采用将固态电解质涂覆于正极片表面后与负极片组装成电池的方法，且沿用传统锂离子电池极片生产工艺中的负极片模切面积大于正极片模切面积，然而由于模切过程中会在极片边缘形成毛刺，面积较小的正极片边缘的毛刺直接搭接在负极片上，因而会导致电池绝缘性下降或出现短路风险；若将固态电解质涂覆在负极上，可避免正极的毛刺与负极直接接触导致短路的风险，但由于固态电解质涂覆后需要极大的压力进行压实，易导致构成负极材料的锂带断裂，甚至使固态电解质直接侵入锂负极内，同样存在安全风险。

实用新型内容

因此，本实用新型要解决的技术问题在于克服现有技术中固态电池易存在短路风险的缺陷，从而提供一种不易出现短路风险的固态电池。

为解决上述技术问题，本实用新型提供的一种固态电池，包括：

正极片，所述正极片的表面涂覆正极涂层；

负极片，所述负极片的尺寸小于所述正极片的尺寸；

电解质层，涂覆于所述正极涂层的表面，适于覆盖所述正极涂层；

所述正极片的正极涂层、所述电解质层及所述负极片依次叠放，所述电解质层远离所述正极涂层的一面适于与所述负极片的表面接触。

可选的，所述正极片与所述负极片均构造为矩形，所述正极片的长度L_正大于所述负极片的长度L_负，所述正极片的宽度W_正大于所述负极片的宽度W_负。

可选的，所述正极片的长度L_正与所述负极片的长度L_负的差值L_正-L_负的范围为3～5mm，所述正极片的宽度W_正与所述负极片的宽度W_负的差值W_正-W_负的范围为2～3mm。

可选的，所述负极片还包括：负极耳，与所述负极片的第一边相连接，并适于与外部电路连接。

可选的，所述负极耳上靠近所述第一边的至少部分区域涂覆有负极绝缘层，适于当所述负极片与所述正极片叠放时与所述正极片接触。

可选的，所述负极绝缘层的宽度为W_绝缘，其中，W_绝缘＞L_正-L_负。

可选的，所述负极绝缘层为陶瓷绝缘涂层。

可选的，所述正极片还包括：正极耳，由所述正极片的箔材的部分区域形成，适于与外部电路连接。

可选的，所述电解质层为陶瓷电解质涂层。

可选的，所述负极片的材质为锂金属。

本实用新型技术方案，具有如下优点：

1.本实用新型提供的固态电池，通过设置负极片的尺寸小于正极片的尺寸，且电解质层涂覆并覆盖所述正极片表面的正极涂层，实现当所述正极片、所述电解质层及所述负极片依次叠放时，较小尺寸的负极片边缘与所述电解质层接触，避免了所述负极片边缘的毛刺与所述正极片的正极涂层直接接触，与传统的负极片尺寸大于正极片尺寸且所述电解质层涂覆在所述正极片表面相比，避免了负极片尺寸大于正极片尺寸时，所述正极片边缘的毛刺直接搭接在负极片的表面而出现短路或绝缘下降的问题，提高了电池的安全性；并且所述电解质层涂覆在所述正极片上与将所述电解质层涂覆在负极片上相比，避免了当所述电解质层涂覆在所述负极片上后需要对其进行压实时，出现的由于压实压力较大而导致的负极材料锂带断裂等风险，同样提高了电池的安全性。

2.本实用新型提供的固态电池，通过设置所述正极片与所述负极片均构造为矩形，所述正极片的长度L_正与所述负极片的长度L_负的差值L_正-L_负的范围为3～5mm，所述正极片的宽度W_正与所述负极片的宽度W_负的差值W_正-W_负的范围为2～3mm，所述正极片和所述负极片的长度和宽度的差值保证了当所述正极片与所述负极片叠放时，所述负极片的边缘全部落在所述正极片的范围内，即所述负极片的边缘全部与所述正极片上的电解质层接触，避免了所述负极片边缘的毛刺与所述正极片上的正极涂层直接接触，有效防止短路的发生，提高了电池的安全性。

3.本实用新型提供的固态电池，通过设置负极耳与所述负极片的第一边相连接，且所述负极耳上靠近所述第一边的至少部分区域涂覆有负极绝缘层，且所述负极绝缘层的宽度W_绝缘＞L_正-L_负，实现当尺寸较小的所述负极片叠放在涂覆有所述电解质层的正极片上时，所述负极耳上与所述正极片表面的电解质层接触的区域涂覆有负极绝缘层，避免所述负极耳与所述电解质层直接接触或所述负极耳与所述正极片边缘的毛刺接触，增强绝缘效果，进一步防止发生短路。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型正极片与负极片配合的结构示意图；

图2为图1中A-A方向的一层负极片与单侧正极片的剖视图；

图3为本实用新型负极片的结构示意图；

图4为本实用新型模切前涂覆正极涂层的正极片结构示意图；

图5为本实用新型模切前涂覆电解质层的正极片结构示意图；

图6为对比例一的模切前的正极涂覆绝缘涂层的结构示意图。

附图标记说明：

1、正极片；11、箔材；12、正极涂层；2、负极片；21、第一边；3、电解质层；4、正极耳；5、负极耳；6、正极绝缘层；7、负极绝缘层。

具体实施方式

下面将结合附图对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“垂直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

此外，下面所描述的本实用新型不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

结合图1-图6所示，本实施例提供的固态电池，包括：

正极片1，所述正极片1的表面涂覆正极涂层12；

负极片2，所述负极片2的尺寸小于所述正极片1的尺寸；

电解质层3，涂覆于所述正极涂层12的表面，适于覆盖所述正极涂层12；

所述正极片1的正极涂层12、所述电解质层3及所述负极片2依次叠放，所述电解质层3远离所述正极涂层12的一面适于与所述负极片2的表面接触。

需要说明的是，所述固态电池是一种以固态电解质取代液态电解液，且取消了隔膜的电池；所述电解质层3即为所述固态电解质，所述电解质层3涂覆于所述正极涂层12的表面后，还需对涂覆电解质层3后的所述正极片1进行压实，使得所述正极片1与所述电解质层3形成一体结构，所述电解质层3同时还充当了隔膜的作用，起到绝缘阻隔正负极的作用，传统锂离子电池生产工艺中，负极片模切面积大于正极片模切面积，以保证正极脱出的锂离子有足够的嵌锂空间，但由于模切设备等原因会导致极片边缘形成毛刺，传统锂离子电池由于有隔膜的包覆，不会出现正极边缘毛刺与负极直接接触的现象，但由于固态电池中取消了传统隔膜的使用，若正极片的尺寸小于负极的尺寸，则会出现较小尺寸的正极边缘毛刺搭接在负极片表面的现象，由于正负极直接接触而导致电池绝缘性下降或短路，存在安全风险，若采用本实施例负极片尺寸小于正极片尺寸的结构，由于较大尺寸的所述正极片1表面涂覆有所述电解质层3，即使所述负极片2的边缘有毛刺，毛刺也只是和所述电解质层3接触，不会和所述正极片1的正极涂层12接触，即正负极并未直接接触，因而避免了绝缘性下降或短路的风险；另一种避免尺寸较小的正极片边缘毛刺与负极直接接触的方法是将所述电解质层3涂覆在尺寸较大的负极片表面，采用此种结构，虽然可避免正极片边缘毛刺与负极直接接触，但由于将所述电解质层3涂覆在负极片表面后还需对所述负极片与所述电解质层进行压实，而负极材料的锂金属较为脆弱，压实的压力易导致构成负极材料的锂带断裂，甚至使固态电解质直接侵入锂负极内，造成安全隐患，而本实施例将所述电解质层3涂覆在所述正极片1上，正极材料与负极材料相比，能够允许一定的压力进行压实，因此可以避免上述安全风险。

需要说明的是，图4所示为模切前涂覆正极涂层的正极片，是在箔材11上涂覆正极涂层12，而后，所述电解质层3涂覆并覆盖于图4所示的正极涂层12的表面，形成图5所示的模切前涂覆电解质层的正极片，沿图5中虚线所示进行模切并裁切出正极耳4，则形成多个本实施例所需的所述正极片1。

可选的，所述正极片1涂覆所述正极涂层12为双面涂覆。

可选的，所述正极片1的正极涂层12、所述电解质层3及所述负极片2的依次叠放，所述叠放数量N≥1，当只有一层正极片1、一层负极片2时，所述正极涂层12、所述电解质层3及所述负极片2的叠放数量N＝1，当所述正极片1、所述负极片2的数量都至少为两层时，所述叠放数量N＞1。

本实施例提供的固态电池，通过设置所述负极片2的尺寸小于所述正极片1的尺寸，且所述电解质层3涂覆并覆盖所述正极片1表面的正极涂层12，实现当所述正极片1、所述电解质层3及所述负极片2依次叠放时，较小尺寸的负极片2边缘与所述电解质层3接触，避免了所述负极片2边缘的毛刺与所述正极片1的正极涂层12直接接触，与传统的负极片2尺寸大于正极片1尺寸且所述电解质层3涂覆在所述正极片1表面相比，避免了负极片2尺寸大于正极片1尺寸时，所述正极片1边缘的毛刺直接搭接在负极片2的表面而出现短路或绝缘下降的问题，提高了电池的安全性；并且将所述电解质层3涂覆在所述正极片1上与将所述电解质层3涂覆在负极片2上相比，避免了当所述电解质层3涂覆在所述负极片2上后需要对其进行压实时，出现的由于压实压力较大而导致的负极材料锂带断裂等风险，同样提高了电池的安全性。

具体地，所述正极片1与所述负极片2均构造为矩形，所述正极片1的长度L_正大于所述负极片2的长度L_负，所述正极片1的宽度W_正大于所述负极片2的宽度W_负。

具体地，所述正极片1的长度L_正与所述负极片2的长度L_负的差值L_正-L_负的范围为3～5mm，所述正极片1的宽度W_正与所述负极片2的宽度W_负的差值W_正-W_负的范围为2～3mm。

本实施例提供的固态电池，通过设置所述正极片1与所述负极片2均构造为矩形，所述正极片1的长度L_正与所述负极片2的长度L_负的差值L_正-L_负的范围为3～5mm，所述正极片1的宽度W_正与所述负极片2的宽度W_负的差值W_正-W_负的范围为2～3mm，所述正极片1和所述负极片2的长度和宽度的差值保证了当所述正极片1与所述负极片2叠放时，所述负极片2的边缘全部落在所述正极片1的范围内，即所述负极片2的边缘全部与所述正极片1上的电解质层3接触，避免了所述负极片2边缘的毛刺与所述正极片1上的正极涂层12直接接触，有效防止短路的发生，提高了电池的安全性。

具体地，所述负极片2还包括：负极耳5，与所述负极片2的第一边21相连接，并适于与外部电路连接。

可选的，所述负极耳5的材质为铜。

具体地，所述负极耳5上靠近所述第一边21的至少部分区域涂覆有负极绝缘层7，适于当所述负极片2与所述正极片1叠放时与所述正极片1接触。

具体地，所述负极绝缘层7的宽度为W_绝缘，其中，W_绝缘＞L_正-L_负。

需要说明的是，所述负极片2的尺寸小于所述正极片1的尺寸，因此当所述正极片1与所述负极片叠放时，所述负极片2的所述负极耳5需伸出所述正极片1以外，以便于与外部连接，则所述负极耳5的部分区域会搭接在所述正极片1上，与所述正极片1表面的所述电解质层3接触，为避免所述负极耳5与所述电解质层3直接接触或所述负极耳5与所述正极片1边缘的毛刺接触，在所述负极耳5上靠近与所述负极片2的锂金属部分的区域涂覆所述负极绝缘层7，且所述负极绝缘层7的宽度W_绝缘＞L_正-L_负，以保证所述负极耳5与所述正极片1接触部分的绝缘性。

本实施例提供的固态电池，通过设置所述负极耳5与所述负极片2的第一边21相连接，且所述负极耳5上靠近所述第一边21的至少部分区域涂覆有负极绝缘层7，且所述负极绝缘层7的宽度W_绝缘＞L_正-L_负，实现当尺寸较小的所述负极片2叠放在涂覆有所述电解质层3的正极片1上时，所述负极耳5上与所述正极片1表面的电解质层3接触的区域涂覆有负极绝缘层7，避免所述负极耳5与所述电解质层3直接接触或所述负极耳5与所述正极片1边缘的毛刺接触，增强绝缘效果，进一步防止发生短路。

具体地，所述负极绝缘层7为陶瓷绝缘涂层。

可选的，所述陶瓷绝缘涂层为不与金属锂发生发应的惰性氧化物陶瓷，包括氧化铝、勃姆石。

具体地，所述正极片1还包括：正极耳4，由所述正极片1的箔材11的部分区域形成，适于与外部电路连接。

可选的，所述正极耳4的材质为铝。

具体地，所述电解质层3为陶瓷电解质涂层。

具体地，所述负极片2的材质为锂金属。

对比例一

作为变形，模切后的所述正极片1的尺寸小于所述负极片2的尺寸，所述电解质层3仍涂覆于所述正极片1的表面，如图6所示，模切前的所述正极片的边缘涂覆正极绝缘层6，则模切后的所示正极片1的正极耳4靠近所示正极涂层12的部分区域有所述正极绝缘层6，所述正极绝缘层6避免了所述正极耳4与所述负极片2直接接触，具有防短路效果。

对比例二

作为变形，模切后的所述正极片1的尺寸大于所述负极片2的尺寸，所述电解质层3仍涂覆于所述正极片1的表面，所述负极片2的边缘不做绝缘处理，即所述负极耳5上不涂所述负极绝缘层7。

本实施例及对比例一、对比例二的固态电池分别对应的短路率如表格所示，实验结果表明本实施例的固态电池的短路率最低，即本实施例的固态电池极大降低了正极模切毛刺搭接负极的概率，有效解决了边缘短路问题，保证了电池长期使用的安全性。

实验	短路率
		本实施例	0％
对比例一	75％
		对比例二	20％

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本实用新型创造的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种固态电池，其特征在于，包括：

正极片(1)，所述正极片(1)的表面涂覆正极涂层(12)；

负极片(2)，所述负极片(2)的尺寸小于所述正极片(1)的尺寸；

电解质层(3)，涂覆于所述正极涂层(12)的表面，适于覆盖所述正极涂层(12)；

所述正极片(1)的正极涂层(12)、所述电解质层(3)及所述负极片(2)依次叠放，所述电解质层(3)远离所述正极涂层(12)的一面适于与所述负极片(2)的表面接触。

2.根据权利要求1所述的固态电池，其特征在于，所述正极片(1)与所述负极片(2)均构造为矩形，所述正极片(1)的长度L_正大于所述负极片(2)的长度L_负，所述正极片(1)的宽度W_正大于所述负极片(2)的宽度W_负。

3.根据权利要求2所述的固态电池，其特征在于，所述正极片(1)的长度L_正与所述负极片(2)的长度L_负的差值L_正-L_负的范围为3～5mm，所述正极片(1)的宽度W_正与所述负极片(2)的宽度W_负的差值W_正-W_负的范围为2～3mm。

4.根据权利要求2所述的固态电池，其特征在于，所述负极片(2)还包括：负极耳(5)，与所述负极片(2)的第一边(21)相连接，并适于与外部电路连接。

5.根据权利要求4所述的固态电池，其特征在于，所述负极耳(5)上靠近所述第一边(21)的至少部分区域涂覆有负极绝缘层(7)，适于当所述负极片(2)与所述正极片(1)叠放时与所述正极片(1)接触。

6.根据权利要求5所述的固态电池，其特征在于，所述负极绝缘层(7)的宽度为W_绝缘，其中，W_绝缘＞L_正-L_负。

7.根据权利要求5所述的固态电池，其特征在于，所述负极绝缘层(7)为陶瓷绝缘涂层。

8.根据权利要求1所述的固态电池，其特征在于，所述正极片(1)还包括：正极耳(4)，由所述正极片(1)的箔材(11)的部分区域形成，适于与外部电路连接。

9.根据权利要求1-8任意一项所述的固态电池，其特征在于，所述电解质层(3)为陶瓷电解质涂层。

10.根据权利要求1-8任意一项所述的固态电池，其特征在于，所述负极片(2)的材质为锂金属。

Images