CN218939763U - 一种电池及电子设备 - Google Patents

Abstract

本公开是关于一种电池及电子设备，电池包括层叠设置的正集流体、至少一层固态电解质层以及负集流体，其中，正集流体包括第一镂空区和第一非镂空区；负集流体包括第二镂空区和第二非镂空区；第一镂空区与至少部分第二非镂空区对应设置，第二镂空区与至少部分第一非镂空区对应设置。通过将固态电解质层与正负集流体层叠设置，利用层叠一体化的设计和集流体的机械强度规避了固态电解质层和集流体减薄带来的断裂风险，通过正负集流体上镂空区的设置尽可能的减少正负集流体投影范围内重合的面积，降低了固态电解质层减薄使正负集流体接触短路的风险，实现了固态电解质层和正负集流体的同步减薄，提高了电池的能量密度。

Description

一种电池及电子设备

技术领域

本公开涉及锂离子电池技术领域，具体是一种电池及电子设备。

背景技术

电池中的固态电解质层用于传导锂离子，将固态电解质层做薄可缩短锂离子传输路径、提高传输效率，对减少电池中的非活性成分比例、提高电池能量密度具有重要意义，且正负极集流体的减薄也是提高电池能量密度的重要环节。

然而，现有的电池对固态电解质层、正负集流体进行减薄会使电池面临失效、短路的风险。

发明内容

为克服相关技术中存在的问题，本公开提供一种电池及电子设备。

根据本公开实施例的第一方面，提供一种电池，所述电池包括层叠设置的正集流体、至少一层固态电解质层以及负集流体，其中，

所述正集流体包括第一镂空区和第一非镂空区；

所述负集流体包括第二镂空区和第二非镂空区；

所述第一镂空区与至少部分所述第二非镂空区对应设置，所述第二镂空区与至少部分所述第一非镂空区对应设置。

本公开的一些实施例中，所述第一镂空区设置有多个，多个所述第一镂空区分散布置于所述正集流体上；

所述第二镂空区设置有多个，多个所述第二镂空区分散布置于所述负集流体上；

所述第一镂空区与所述第二镂空区相互错开设置。

本公开的一些实施例中，所述正集流体上设置有沿第一方向间隔排布的多排所述第一镂空区，每一排均设置有多个沿第二方向间隔排布的第一镂空区，相邻排的所述第一镂空区在所述第二方向上均相互错开，所述第一方向与所述第二方向呈夹角设置；

所述负集流体上设置有沿所述第一方向间隔排布的多排所述第二镂空区，每一排均设置有多个沿所述第二方向间隔排布的第二镂空区，相邻排的所述第二镂空区在所述第二方向上均相互错开。

本公开的一些实施例中，所述第一镂空区呈方形，且相邻排所述第一镂空区之间的间距相等；

所述第二镂空区呈方形，且相邻排所述第二镂空区之间的间距相等。

本公开的一些实施例中，所述第一镂空区的边长与所述第二镂空区的边长相等；

位于同一排的所述第一镂空区中，相邻所述第一镂空区之间的间距大于所述第一镂空区的边长；

位于同一排的所述第二镂空区中，相邻所述第二镂空区之间的间距大于所述第二镂空区的边长。

本公开的一些实施例中，所述固态电解质层包括：

无机陶瓷固态电解质，和/或；

有机聚合物固态电解质。

本公开的一些实施例中，所述固态电解质层的厚度为1-1000μm。

本公开的一些实施例中，所述电池还包括：

正极活性物质层，设置于所述正集流体的背离所述固态电解质层的一侧；

负极活性物质层，设置于所述负集流体的背离所述固态电解质层的一侧。

本公开的一些实施例中，所述正极活性物质层覆盖所述正集流体的第一非镂空区，并经所述第一镂空区覆盖所述固态电解质层暴露的表面；

所述负极活性物质层覆盖所述负集流体的第二非镂空区，并经所述第二镂空区覆盖所述固态电解质层暴露的表面。

根据本公开实施例的第二方面，提供一种电子设备，所述电子设备包括如上所述的电池。

本公开的实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：通过将固态电解质层与正负集流体层叠设置，利用层叠一体化的设计和集流体的机械强度规避了固态电解质层和集流体减薄带来的断裂风险，通过正负集流体上镂空区的设置尽可能的减少正负集流体投影范围内重合的面积，降低了固态电解质层减薄使正负集流体接触短路的风险，实现了固态电解质层和正负集流体的同步减薄，缩短了锂离子的传输路径，提高了电池的能量密度。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本公开。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。

图1是根据一示例性实施例示出的复合电极结构示意图。

图2是根据一示例性实施例示出的正集流体结构示意图。

图3是根据一示例性实施例示出的负集流体结构示意图。

图4是根据一示例性实施例示出的正负集流体表面投影图。

图中：

10-正集流体；11-第一镂空区；12-第一非镂空区；20-固态电解质层；30-负集流体；31-第二镂空区；32-第二非镂空区；40-正极活性物质层；50-负极活性物质层；60-投影重合区。

具体实施方式

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本发明相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本发明的一些方面相一致的装置和方法的例子。

相关技术中，电池中固态电解质层减薄可以缩短锂离子传输的路径、提高锂离子传输效率，同时，对减少电池中的非活性成分比例、提高电池能量密度具有重要意义，正负极集流体的减薄也是提高电池能量密度的重要环节。然而，现有的电池中固态电解质层和正、负极集流体三者独立存在，其中任何一层太薄都会失去力学支撑、面临断裂或被穿透的风险，且固态电解质层太薄会使得正负集流体存在直接接触导致短路的风险，均会导致电池失效。

基于此，本公开示例性实施例提供一种电池，通过将固态电解质层与正负集流体层叠设置，利用层叠一体化的设计和集流体的机械强度规避了固态电解质层和集流体减薄带来的断裂风险，通过正负集流体上镂空区的设置尽可能的减少正负集流体投影范围内重合的面积，降低了固态电解质层减薄使正负集流体接触短路的风险，实现了固态电解质层和正负集流体的同步减薄，缩短了锂离子的传输路径，提高了电池的能量密度。

在一个示例性实施例中，参考图1至图4所示，提供了一种电池，电池包括层叠设置的正集流体10、至少一层固态电解质层20以及负集流体30，其中，正集流体10包括第一镂空区11和第一非镂空区12；负集流体30包括第二镂空区31和第二非镂空区32；第一镂空区11与至少部分第二非镂空区32对应设置，第二镂空区31与至少部分第一非镂空区12对应设置。

其中，正集流体10与负集流体30为金属箔，例如，正集流体10为铝箔，负集流体30为铜箔，用于汇集电池中的电子并导入外电路，固态电解质层20能够传导锂离子，实现外电路导通电子、内电路导通锂离子的电池。正集流体10、至少一层固态电解质层20以及负集流体30的层叠设置可通过涂覆了固态电解质层20的铝箔和铜箔加压复合在一起，其中两者涂覆固态电解质层20的一侧应面对面接触，做成铝箔+固态电解质+铜箔叠层。第一镂空区11与至少部分第二非镂空区32对应设置，第二镂空区31与至少部分第一非镂空区12对应设置，是指正集流体10上的第一镂空区11均与负集流体30上的一部分第二非镂空区32对应设置，负集流体30上的第二镂空区31均与正集流体10上的一部分第一非镂空区12对应设置，当对层叠设置后的正集流体10与负集流体30进行投影，仅有局部存在投影重合区60。

本实施例中，通过将固态电解质层20、正集流体10、负集流体30层叠设置，利用层叠一体化的设计和集流体的机械强度规避了固态电解质层20和集流体减薄带来的断裂风险，通过正集流体10、负集流体30上镂空区的设置尽可能的减少正集流体10与负集流体30投影范围内重合的面积，降低了固态电解质层20减薄使正集流体10与负集流体30接触短路的风险，实现了固态电解质层20、正集流体10和负集流体30的同步减薄，缩短了锂离子的传输路径，提高了电池的能量密度。

一实施例中，参考图2至图4所示，第一镂空区11设置有多个，多个第一镂空区11分散布置于正集流体10上；第二镂空区31设置有多个，多个第二镂空区31分散布置于负集流体30上；第一镂空区11与第二镂空区31相互错开设置。

其中，第一镂空区11设置有多个，例如可以为2个、3个、…、N个，N为大于3的正整数，第二镂空区31设置有多个，例如可以为2个、3个、…、M个，M为大于3的正整数，第一镂空区11与第二镂空区31相互错开设置，指正集流体10与负集流体30在层叠设置后，不会出现第一镂空区11与第二镂空区31相对应的投影区域，仅存在正集流体10的投影区域、负集流体30的投影区域和投影重合区60，实现正集流体10上的第一镂空区11均与负集流体30上的一部分第二非镂空区32对应设置，负集流体30上的第二镂空区31均与正集流体10上的一部分第一非镂空区12对应设置。

本实施例中，通过正集流体10、负集流体30上镂空区的设置尽可能的减少正集流体10与负集流体30投影范围内重合的面积，降低了固态电解质层20减薄使正集流体10与负集流体30接触短路的风险。将第一镂空区11与第二镂空区31设置有多个并分散布置在正集流体10与负集流体30上，可避免因镂空区域集中或镂空区域面积过大影响正集流体10与负集流体30的强度和整体性，保证电池结构的稳定性。第一镂空区11与第二镂空区31相互错开设置，避免固态电解质层20两侧均为镂空区域，导致出现局部过薄的薄弱区域从而影响电池的整体强度，降低了电池的断裂风险。

一实施例中，参考图2至图3所示，正集流体10上设置有沿第一方向间隔排布的多排第一镂空区11，每一排均设置有多个沿第二方向间隔排布的第一镂空区11，相邻排的第一镂空区11在第二方向上均相互错开，第一方向与第二方向呈夹角设置；负集流体30上设置有沿第一方向间隔排布的多排第二镂空区31，每一排均设置有多个沿第二方向间隔排布的第二镂空区31，相邻排的第二镂空区31在第二方向上均相互错开。

其中，正集流体10上设置有沿第一方向间隔排布的多排第一镂空区11，每一排均设置有多个沿第二方向间隔排布的第一镂空区11，第一镂空区11例如可以为2排、3排、…、P排，P为大于3的正整数，每一排均设置例如有2个、3个、…、Q个第一镂空区11，Q为大于3的正整数，若第一镂空区11有P排，每一排设置有Q个，则正集流体10上共有P*Q个第一镂空区11。负集流体30上设置有沿第一方向间隔排布的多排第二镂空区31，每一排均设置有多个沿第二方向间隔排布的第二镂空区31，第二镂空区31例如可以为2排、3排、…、X排，X为大于3的正整数，每一排均设置例如有2个、3个、…、Y个第二镂空区31，若第二镂空区31有X排，每一排设置有Y个，则负集流体30上共有X*Y个第二镂空区31。

本实施例中，第一镂空区11与第二镂空区31在正集流体10与负集流体30上沿第一方向与第二方向均间隔排布，且相邻排的第一镂空区11与第二镂空区31在第二方向上均相互错开，使得第一镂空区11与第二镂空区31沿第一方向上的两侧与沿第二方向上的两侧均是与其错开的第一非镂空区12和第二非镂空区32，一方面保证了第一镂空区11与第二镂空区31分布的均匀性，保证了正集流体10与负集流体30的整体强度，另一方面使得每个第一镂空区11与第二镂空区31四周均是互相连接的第一非镂空区12和第二非镂空区32，规避了正集流体10、负集流体30因其被镂空区域分割的非镂空区域间连接处过于脆弱导致断裂的风险。

一实施例中，参考图2至图3所示，第一镂空区11呈方形，且相邻排第一镂空区11之间的间距相等；第二镂空区31呈方形，且相邻排第二镂空区31之间的间距相等。

其中，第一镂空区11与第二镂空区31呈方形，相邻排的第一镂空区11之间的间距相等，相邻排的第二镂空区31之间的间距相等，即各排第一镂空区11之间的距离相等，各排第二镂空区31之间的距离相等。

本实施例中，各排第一镂空区11之间的距离相等，各排第二镂空区31之间的距离相等，使得正集流体10上各排第一非镂空区12的总宽度相同，负集流体30上各排第二非镂空区32的总宽度相同，使得为正集流体10与负集流体30提供机械强度的非镂空区均匀分布，能够为正集流体10与负集流体30提供更好的整体强度。

一实施例中，参考图2至图3所示，第一镂空区11的边长与第二镂空区31的边长相等；位于同一排的第一镂空区11中，相邻第一镂空区11之间的间距大于第一镂空区11的边长；位于同一排的第二镂空区31中，相邻第二镂空区31之间的间距大于第二镂空区31的边长。

其中，形状同为方形的第一镂空区11的边长与第二镂空区31的边长相等，即每个第一镂空区11与第二镂空区31形状大小完全相同，相邻第一镂空区11之间的间距大于第一镂空区11的边长，相邻第二镂空区31之间的间距大于第二镂空区31的边长，即沿每一排的延伸方向上，第一非镂空区12的宽度大于第一镂空区11的宽度，第二非镂空区32的宽度大于第二镂空区31的宽度。

本实施例中，第一镂空区11与第二镂空区31的形状大小完全相同，正集流体10与负集流体30可采用相同的模具进行加工，节约了生产成本，且使得正集流体10与负集流体30的平面结构相似，进行层叠设置后具备更好的契合度。沿每一排延伸方向上，第一非镂空区12的宽度大于第一镂空区11的宽度，将相邻排的第一镂空区11设置在该排第一非镂空区12的宽度范围内，能够简单实现相邻排的第一镂空区11在第二方向上均相互错开，第二非镂空区32的宽度大于第二镂空区31的宽度，将相邻排的第二镂空区31设置在该排第二非镂空区32的宽度范围内，能够简单实现相邻排的第二镂空区31在第二方向上均相互错开，使得每个第一镂空区11与第二镂空区31四周均是互相连接的第一非镂空区12和第二非镂空区32，规避了正集流体10、负集流体30因其被镂空区域分割的非镂空区域间连接处过于脆弱导致断裂的风险。

一实施例中，固态电解质层20包括：无机陶瓷固态电解质，和/或；有机聚合物固态电解质。

其中，无机陶瓷固态电解质例如可以为锆酸镧锂、钛酸镧锂、磷酸钛铝锂、锂磷硫氯、锂锗磷硫等陶瓷颗粒，有机聚合物固态电解质例如可以为聚氧化乙烯、聚偏氟乙烯、聚丙烯腈等有机物复合锂盐。

本实施例中，选用无机陶瓷固态电解质与有机聚合物固态电解质作为固态电解质层20的材料，主要优点是增加安全性，无有毒有机液体泄漏、低易燃性、不挥发、机械和热稳定性、易加工性、低自放电率等，可实现的更高功率密度和可循环性，实现更轻、更薄、更便宜的锂离子电池。

一实施例中，固态电解质层20的厚度为1-1000μm。

其中，固态电解质层20的厚度为正集流体10与负集流体30上涂覆固态电解质后形成层叠结构并经过辊压等工艺后的固态电解质层20的厚度，厚度可以为1-1000μm中的任意尺寸。

本实施例中，将固态电解质层20的厚度控制在1-1000μm，在保证其传导锂离子于内电路导通功能以及规避断裂风险的前提下，尽可能的减薄固态电解质层20的厚度，缩短锂离子传输的路径、提高离子传输效率，实现了减少电池中的非活性成分比例、提高电池能量密度的效果。

一实施例中，参考图1所示，电池还包括：正极活性物质层40，设置于正集流体10的背离固态电解质层20的一侧；负极活性物质层50，设置于负集流体30的背离固态电解质层20的一侧。

其中，正极活性物质层40例如可以为锂铁磷酸盐，负极活性物质层50例如可以为石墨。通过在层叠复合在一起的正集流体10、固态电解质层20与负集流体30的外侧涂覆正极活性物质与负极活性物质，并经过烘干和压辊制成。

本实施例中，设置正极活性物质层40与负极活性物质层50，通过锂离子的嵌入和脱嵌实现电池的充放电过程。

一实施例中，参考图1所示，正极活性物质层40覆盖正集流体10的第一非镂空区12，并经第一镂空区11覆盖固态电解质层20暴露的表面；负极活性物质层50覆盖负集流体30的第二非镂空区32，并经第二镂空区31覆盖固态电解质层20暴露的表面。

本实施例中，正极活性物质层40与负极活性物质层50覆盖集流体上的非镂空区并进入镂空区的空隙中，使得正极活性物质层40与负极活性物质层50能够充分的填充在层叠设置的电池结构中，防止由于正极活性物质层40与负极活性物质层50的分散不均或部分缺失影响电池的充放电的电性。

在一个示例性实施例中，提供一种电子设备，该电子设备包括如上所述的电池。

其中，电子设备例如可以是手机、平板电脑、数码相机、电动剃须刀等。

本实施例中，由于其包括的电池具有能量密度高、失效与短路风险低的优势，使得该电子设备与其包括的电池具有同样的优势。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本发明的其它实施方案。本申请旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本发明的一般性原理并包括本公开未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本发明的真正范围和精神由权利要求指出。

应当理解的是，本发明并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本发明的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (10)

1.一种电池，其特征在于，所述电池包括层叠设置的正集流体、至少一层固态电解质层以及负集流体，其中，

所述正集流体包括第一镂空区和第一非镂空区；

所述负集流体包括第二镂空区和第二非镂空区；

所述第一镂空区与至少部分所述第二非镂空区对应设置，所述第二镂空区与至少部分所述第一非镂空区对应设置。

2.根据权利要求1所述的电池，其特征在于，所述第一镂空区设置有多个，多个所述第一镂空区分散布置于所述正集流体上；

所述第二镂空区设置有多个，多个所述第二镂空区分散布置于所述负集流体上；

所述第一镂空区与所述第二镂空区相互错开设置。

3.根据权利要求2所述的电池，其特征在于，所述正集流体上设置有沿第一方向间隔排布的多排所述第一镂空区，每一排均设置有多个沿第二方向间隔排布的所述第一镂空区，相邻排的所述第一镂空区在所述第二方向上均相互错开，所述第一方向与所述第二方向呈夹角设置；

所述负集流体上设置有沿所述第一方向间隔排布的多排所述第二镂空区，每一排均设置有多个沿所述第二方向间隔排布的所述第二镂空区，相邻排的所述第二镂空区在所述第二方向上均相互错开。

4.根据权利要求3所述的电池，其特征在于，所述第一镂空区呈方形，且相邻排所述第一镂空区之间的间距相等；

所述第二镂空区呈方形，且相邻排所述第二镂空区之间的间距相等。

5.根据权利要求4所述的电池，其特征在于，所述第一镂空区的边长与所述第二镂空区的边长相等；

位于同一排的所述第一镂空区中，相邻所述第一镂空区之间的间距大于所述第一镂空区的边长；

位于同一排的所述第二镂空区中，相邻所述第二镂空区之间的间距大于所述第二镂空区的边长。

6.根据权利要求1至5任一项所述的电池，其特征在于，所述固态电解质层包括：

无机陶瓷固态电解质，和/或；

有机聚合物固态电解质。

7.根据权利要求1至5任一项所述的电池，其特征在于，所述固态电解质层的厚度为1-1000μm。

8.根据权利要求1至5任一项所述的电池，其特征在于，所述电池还包括：

正极活性物质层，设置于所述正集流体的背离所述固态电解质层的一侧；

负极活性物质层，设置于所述负集流体的背离所述固态电解质层的一侧。

9.根据权利要求8所述的电池，其特征在于，所述正极活性物质层覆盖所述正集流体的第一非镂空区，并经所述第一镂空区覆盖所述固态电解质层暴露的表面；

所述负极活性物质层覆盖所述负集流体的第二非镂空区，并经所述第二镂空区覆盖所述固态电解质层暴露的表面。

10.一种电子设备，其特征在于，所述电子设备包括如权利要求1至9任一项所述的电池。

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