CN219959092U - 高倍率固态电池 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供一种高倍率固态电池，包括依次层叠设置的正极活性材料、固态电解质及负极活性材料；固态电解质为晶体，其包括依次层叠设置的多层固态电解质子层，多层固态电解质子层的晶格常数逐层逐渐增大或变小，且均位于正极活性材料与负极活性材料的晶格常数之间。各层固态电解质子层的晶格常数逐层逐渐变化，使得固态电解质的两个相背面处的两层固态电解质子层的晶格常数相异；正极活性材料及负极活性材料均与晶格常数差值最小的固态电解质子层相邻设置，正极活性材料、负极活性材料二者与固态电解质子层之间的晶格常数比较接近，减小固态电解质与正极活性材料、负极活性材料之间的界面阻抗，从而提高固态电池的倍率性能以及循环稳定性等。
Description
技术领域
本实用新型涉及电池技术领域，特别涉及一种高倍率固态电池。
背景技术
在锂离子领域，经过多年的技术发展，液态锂离子电池的能量密度越来越接近极限。固态电池是指用固态电解质的锂离子电池，固态电解质具有不易燃、耐高温、不挥发等特性，可使电池对温度的敏感性降低，全新的固态电解质取代当前有机电解液和隔膜，一般安全性能以及能量密度都会大幅提升，由于电解质采用固态的，与液态相比，固态电池中极片与电解质的界面接触阻抗比液态电池中极片与电解液的界面阻抗大，且固态电解质的离子电导率较低，对应的功率性能会大打折扣。
实用新型内容
本实用新型提供一种高倍率固态电池，能够提高电池的倍率性能以及循环稳定性。
本实用新型提供一种用于高倍率固态电池，包括依次层叠设置的正极活性材料、固态电解质、及负极活性材料；
所述固态电解质为晶体，其包括依次层叠设置的多层固态电解质子层，多层所述固态电解质子层的晶格常数逐层逐渐增大或变小，且均位于所述正极活性材料的晶格常数与所述负极活性材料的晶格常数之间；
所述正极活性材料及所述负极活性材料均与晶格常数差值最小的固态电解质子层相邻设置。
其中，相邻两层所述固态电解质子层的厚度比值为0.9～1.1。
其中，各所述固态电解质子层的厚度相等。
其中，所述固态电解质子层的层数为4～10。
其中，所述正极活性材料与所述负极活性材料之间的晶格常数差值为总差值，所述固态电解质子层的层数为n，所述总差值为一预定标准差值的n+1倍，相邻两层所述固态电解质子层之间的晶格常数差值为子差值，所述子差值与所述预定标准差值的比值为0.9～1.1。
其中，所述正极活性材料与相邻所述固态电解质子层之间的晶格常数差值为所述预定标准差值的0.9～1.1倍。
其中，所述负极活性材料与相邻所述固态电解质子层之间的晶格常数差值为所述预定标准差值的0.9～1.1倍。
其中，所述子差值与所述预定标准差值相等；所述正极活性材料与相邻所述固态电解质子层之间的晶格常数差值等于所述预定标准差值，所述负极活性材料与相邻所述固态电解质子层之间的晶格常数差值等于所述预定标准差值。
其中，所述正极活性材料与相邻的所述固态电解质子层之间的晶格常数比值为1～1.1，所述负极活性材料与相邻的所述固态电解质子层之间的晶格常数比值为1～1.1。
其中，所述负极活性材料的背离所述固态电解质的一侧设置有负极集流体，所述正极活性材料的背离所述固态电解质的一侧设置有正极集流体。
本实用新型提供的高倍率固态电池，将固态电解质分为多层固态电解质子层，各层固态电解质子层的晶格常数相异且逐层逐渐变化，使得固态电解质的两个相背面处的两层固态电解质子层的晶格常数相异；正极活性材料及负极活性材料均与晶格常数差值最小的固态电解质子层相邻设置，正极活性材料、负极活性材料二者与固态电解质子层之间的晶格常数比较接近，可以有效地减小固态电解质与正极活性材料、负极活性材料之间的界面阻抗，从而有效地提高固态电池的倍率性能以及循环稳定性等。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面对实施例中所需要使用的附图作简单的介绍，下面描述中的附图仅为本实用新型的部分实施例相应的附图。
图1是本实用新型优选实施例提供的高倍率固态电池的结构示意图；
图2是图1中高倍率固态电池的固态电解质的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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。
在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；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或两个元件的相互作用关系。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。
请参见图1及图2，本实用新型优选实施例提供的一种高倍率固态电池，包括依次层叠设置的正极活性材料4、固态电解质3及负极活性材料2。固态电解质3为晶体，其包括依次层叠设置的多层固态电解质子层，多层固态电解质子层的晶格常数逐层逐渐增大或变小，且均位于正极活性材料4的晶格常数与负极活性材料2的晶格常数之间；正极活性材料4及负极活性材料2均与晶格常数差值最小的固态电解质子层相邻设置。
本实用新型中，将固态电解质3分为多层固态电解质子层，各层固态电解质子层的晶格常数相异且逐层逐渐变化，使得固态电解质3的两个相背面处的两层固态电解质子层的晶格常数相异；正极活性材料4及负极活性材料2均与晶格常数差值最小的固态电解质子层相邻设置，正极活性材料4、负极活性材料2二者与固态电解质子层之间的晶格常数比较接近，可以有效地减小固态电解质3与正极活性材料4、负极活性材料2之间的界面阻抗，从而有效地提高固态电池的倍率性能以及循环稳定性等。
作为优选，相邻两层固态电解质子层的厚度比值为0.9～1.1，以使得多个固态电解质子层的厚度大致相同，以便于加工制备。本实施例中，各所述固态电解质子层的厚度相等。
负极活性材料2的背离固态电解质3的一侧设置有负极集流体1，负极集流体1与负极活性材料2共同形成负极极片。
负极集流体1可选用常规铜箔、腐蚀铜箔以及复合铜箔中的一种或多种组合；负极活性材料2可选用人造石墨、天然石墨、软碳、硬碳、钛酸锂、锂金属等的一种或者多种混合；加上一定比例的导电剂和粘接剂以及溶剂形成浆料，将浆料涂敷在负极集流体上，干燥以及辊压形成负极极片。
正极活性材料4的背离固态电解质3的一侧设置有正极集流体5，正极集流体5与正极活性材料4共同形成负极极片。
正极集流体5可选用常规铝箔、腐蚀铝箔以及复合铝箔中的一种或多种组合；正极活性材料4可选用三元材料、磷酸盐系列材料、钴酸锂、锰酸锂、镍酸锂、富锂锰基等可以提供锂离子以及钠离子的材料的一种或者多种混合；添加一定比例的导电剂和粘接剂以及溶剂形成浆料，将浆料涂敷在正极集流体上，干燥以及辊压形成正极极片。
固态电解质3可采用氧化物、硫化物、磷化物、氢化物、氯化物以及聚合物等等中的一种或者多种，其中所选用的固态电解质3为晶态，可以根据选择的材料不同，制备形成具有不同晶格常数的多个固态电解质子层。
正极活性材料4的晶格常数为A，负极活性材料2的晶格常数为B，在本实施例中，A＞B。自正极活性材料4至负极活性材料2的方向，多个固态电解质子层的晶格常数逐层逐渐变小；相应地，自负极活性材料2至正极活性材料4的方向，多个固态电解质子层的晶格常数逐层逐渐增大；从而可以使得正极活性材料4、负极活性材料2均与晶格常数差值最小的一层固态电解质子层相邻设置。
固态电解质子层的层数为n，多层固态电解质子层分为为第1层31、第2层32、第3层33……第n层3n，第1层至第n层，晶格常数逐渐增大，即固态电解质3中，第1层固态电解质子层31的晶格常数最小，第n层固态电解质子层3n的晶格常数最大。由于A＞B，故，与正极活性材料4晶格常数差值最小的固态电解质子层为第n层固态电解质子层3n，正极活性材料4与第n层固态电解质子层3n相邻设置；与负极活性材料2晶格常数差值最小的固态电解质子层为第1层固态电解质子层31，负极活性材料2与第1层固态电解质子层相邻设置31。
固态电解质子层的层数n优选为4～10，层数过少，相邻固态电解质子层之间的晶格常数差值会较大，层数过多，则会大大增加固态电解质3的制备难度，因而优选固态电解质子层的层数为4～10层。
所述正极活性材料4与所述负极活性材料2之间的晶格常数差值为总差值X，即总差值X＝A-B。总差值X为一预定标准差值C的n+1倍，即X＝A-B＝C×(n+1)，由此可以得出C＝(A-B)/(n+1)。相邻两层所述固态电解质子层之间的晶格常数差值为子差值，所述子差值与所述预定标准差值的比值为0.9～1.1。即第1层固态电解质子层31与第2层固态电解质子层32的晶格常数差值与预定标准差值C的比值为0.9～1.1，第2层固态电解质子层32与第3层固态电解质子层33的晶格常数差值与预定标准差值C的比值为0.9～1.1，依次类推。
子差值与预定标准差值的比值为0.9～1.1，可以使得每相邻两层固态电解质子层的差值大致相同，从而将正极活性材料4与负极活性材料2之间的晶格常数差值较为均匀地分散至多个固态电解质子层中，降低固态电解质子层之间的界面阻抗，以进一步提高固态电池的整体倍率性能以及循环稳定性。
作为最佳的实施方案，子差值与所述预定标准差值相等，使得每相邻两层固态电解质子层的差值完全相同，正极活性材料4与所述负极活性材料2之间的晶格常数差值更加均匀地分散至多个固态电解质子层中。固态电解质子层的制备过程中，其晶格常数控制在某一固定数值的难度较大，因而优选子差值与所述预定标准差值的比值为0.9～1.1，即在预定标准差值的±10％以内，以降低制备难度。
所述正极活性材料4与相邻所述固态电解质子层之间的晶格常数差值为所述预定标准差值的0.9～1.1倍，即正极活性材料4与第n层固态电解质子层3n之间的晶格常数差值，同预定标准差值相接近，并与相邻两个固态电解质子层之间的晶格常数差值基本相同，以降低正极活性材料4与第n层固态电解质子层之间的界面阻抗。
所述负极活性材料2与相邻所述固态电解质子层之间的晶格常数差值为所述预定标准差值的0.9～1.1倍。即负极活性材料2与第1层固态电解质子层之间31的晶格常数差值，同预定标准差值相接近，并与相邻两个固态电解质子层之间的晶格常数差值基本相同，以降低负极活性材料2与第1层固态电解质子层之间的界面阻抗。
进一步优选地，所述正极活性材料4与相邻所述固态电解质子层之间的晶格常数差值等于所述预定标准差值，所述负极活性材料2与相邻所述固态电解质子层之间的晶格常数差值等于所述预定标准差值。
正极活性材料4与负极活性材料2之间的晶格常数的总差值可以较为均匀的分散在正极活性材料4、多层固态电解质子层、负极活性材料2之间，以提高固态电池的倍率性能以及循环稳定性。
第1层固态电解质子层31的晶格常数为A-C×(0.9～1.1)，第2层固态电解质子层32的晶格常数为A-2×C×(0.9～1.1)…第n层为A-n×C×(0.9～1.1)，依次类推。
确定各层固态电解质子层的晶格常数后，可以据此进行制备，并形成固态电解质3，再通过封装、化成、分容等工序可制备成完整的固态电池，此种结构的电池由于极片与电解质之间、电解质与电解质之间晶格参数比较接近，所以可以有效的减小电解质与极片之间的界面阻抗，可以有效的提高固态电池的倍率性能以及循环稳定性等。
在上述实施方式中，正极活性材料4与负极活性材料2之间的晶格常数的总差值可以较为均匀的分散在正极活性材料4、多层固态电解质子层、负极活性材料2之间，作为另外的实施方式，也可以是，正极活性材料4与相邻的固态电解质子层之间的晶格常数比值为1～1.1，负极活性材料2与相邻的固态电解质子层之间的晶格常数比值为1～1.1，即使得正极活性材料4与相邻的固态电解质子层之间的晶格常数几乎相同，负极活性材料2与相邻的固态电解质子层之间的晶格常数几乎相同，进一步减小正负极活性材料2与固态电解质3之间的界面阻抗，总差值X可以均布于多层固态电解质子层之间。
综上，虽然本实用新型已以优选实施例揭露如上，但上述优选实施例并非用以限制本实用新型，本领域的普通技术人员，在不脱离本实用新型的精神和范围内，均可作各种更动与润饰，因此本实用新型的保护范围以权利要求界定的范围为准。
Claims (10)
1.一种高倍率固态电池，其特征在于，包括依次层叠设置的正极活性材料、固态电解质、及负极活性材料；
所述固态电解质为晶体，其包括依次层叠设置的多层固态电解质子层；多层所述固态电解质子层的晶格常数逐层逐渐增大或变小，且均位于所述正极活性材料的晶格常数与所述负极活性材料的晶格常数之间；
所述正极活性材料及所述负极活性材料均与晶格常数差值最小的固态电解质子层相邻设置。
2.根据权利要求1所述的高倍率固态电池，其特征在于，相邻两层所述固态电解质子层的厚度比值为0.9～1.1。
3.根据权利要求2所述的高倍率固态电池，其特征在于，各所述固态电解质子层的厚度相等。
4.根据权利要求1所述的高倍率固态电池，其特征在于，所述固态电解质子层的层数为4～10。
5.根据权利要求1所述的高倍率固态电池，其特征在于，所述正极活性材料与所述负极活性材料之间的晶格常数差值为总差值，所述固态电解质子层的层数为n，所述总差值为一预定标准差值的n+1倍，相邻两层所述固态电解质子层之间的晶格常数差值为子差值，所述子差值与所述预定标准差值的比值为0.9～1.1。
6.根据权利要求5所述的高倍率固态电池，其特征在于，所述正极活性材料与相邻所述固态电解质子层之间的晶格常数差值为所述预定标准差值的0.9～1.1倍。
7.根据权利要求5所述的高倍率固态电池，其特征在于，所述负极活性材料与相邻所述固态电解质子层之间的晶格常数差值为所述预定标准差值的0.9～1.1倍。
8.根据权利要求5所述的高倍率固态电池，其特征在于，所述子差值与所述预定标准差值相等；所述正极活性材料与相邻所述固态电解质子层之间的晶格常数差值等于所述预定标准差值，所述负极活性材料与相邻所述固态电解质子层之间的晶格常数差值等于所述预定标准差值。
9.根据权利要求1-7任一项所述的高倍率固态电池，其特征在于，所述正极活性材料与相邻的所述固态电解质子层之间的晶格常数比值为1～1.1，所述负极活性材料与相邻的所述固态电解质子层之间的晶格常数比值为1～1.1。
10.根据权利要求1所述的高倍率固态电池，其特征在于，所述负极活性材料的背离所述固态电解质的一侧设置有负极集流体，所述正极活性材料的背离所述固态电解质的一侧设置有正极集流体。
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|---|---|---|---|
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |