CN220324514U - 一种固态电芯、固态电池及电池包 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种固态电芯、固态电池及电池包。所述固态电芯包括：并联设置的至少两个电芯单元；其中所述至少两个电芯单元包括：至少一个第一电芯单元和至少一个第二电芯单元，每一所述第一电芯单元包括：依次堆叠的第一正极片、固态电解质层、至少一个混合极片、固态电解质层和第一负极片；其中当所述至少一个混合极片为多个时，在任意相邻的两个混合极片之间设有固态电解质层；每一所述第二电芯单元包括：依次堆叠的第二正极片、固态电解质层和第二负极片；其中所述第一正极片与所述第二正极片连接作为所述固态电芯的正极，所述第一负极片与所述第二负极片连接作为所述固态电芯的负极。基于此，使得改进后的固态电芯的使用寿命得以提高。

Description

一种固态电芯、固态电池及电池包

技术领域

本实用新型涉及电池相关领域，尤其是涉及一种固态电芯、固态电池及电池包。

背景技术

相关技术中，为了提高单支固态电池的电压，传统方案会在单支电池中设置至少两个电芯单元，将这两电芯单元进行串联后形成高电压的电池，但是将两个电芯单元进行串联后会导致电池的厚度增加，从而无法达到良好的能量密度。因此，现有技术中将箔材两侧分别涂覆正极活性物质层和负极活性物质层，将其作为中间极片，放入正、负极片之间，制成电芯内串的电池以提高电芯的电压，然而这样的电芯寿命较差，无法长时间使用。

实用新型内容

有鉴于此，本申请的目的在于提供一种固态电芯、固态电池及电池包，用于解决现有技术中存在的电池使用寿命低的技术问题。

为达到上述目的，本申请提供以下技术方案：

第一方面，本申请提供了一种固态电芯，所述固态电芯包括：并联设置的至少两个电芯单元；其中所述至少两个电芯单元包括：至少一个第一电芯单元和至少一个第二电芯单元，

每一所述第一电芯单元包括：依次堆叠的第一正极片、固态电解质层、至少一个混合极片、固态电解质层和第一负极片；其中当所述至少一个混合极片为多个时，在任意相邻的两个混合极片之间设有固态电解质层；

每一所述第二电芯单元包括：依次堆叠的第二正极片、固态电解质层和第二负极片；

其中所述第一正极片与所述第二正极片连接作为所述固态电芯的正极，所述第一负极片与所述第二负极片连接作为所述固态电芯的负极。

第二方面，本申请提供了一种固态电池，包括：根据本申请实施例中所述的固态电芯。

第三方面，本申请提供了一种电池包，包括：根据本申请实施例中所述的固态电池。

在上述技术方案中，提供了一种固态电芯，通过改进其内部电芯单元，对固态电芯内部的电芯单元并联优化，即在第一电芯单元的结构基础上并联第二电芯单元来降低固态电芯的内阻，从而提高了固态电芯的使用寿命。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。

图1是根据一示例性实施例示出的固态电芯的结构示意图；

图2是根据一示例性实施例示出的第一电芯单元的结构示意图；

图3是根据一示例性实施例示出的另一第一电芯单元的结构示意图；

图4是根据一示例性实施例示出的第二电芯单元的结构示意图。

图中：101、第一正极片；1011、第一正极集流体；102、第一负极片；1021、第一负极集流体；103、混合极片；1031、箔材；104、固态电解质层；201、第二正极片；2011、第二正极集流体；202、第二负极片；2021、第二负极集流体；A、正极活性物质；B、负极活性物质。

具体实施方式

下面通过附图和实施例对本申请进一步详细说明。通过这些说明，本申请的特点和优点将变得更为清楚明确。

在这里专用的词“示例性”意为“用作例子、实施例或说明性”。这里作为“示例性”所说明的任何实施例不必解释为优于或好于其它实施例。尽管在附图中示出了实施例的各种方面，但是除非特别指出，不必按比例绘制附图。

此外，下面所描述的本申请不同实施方式中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。

相关技术中，为了提高单支固态电池的电压，现有技术中会在单支电池中设置至少两个电芯单元，将这两电芯单元进行串联后形成高电压的电池，但是如此操作后整个电池内阻上升，导致寿命降低。

基于此，本申请提供了一种固态电芯，通过改进固态电芯内部的电芯单元，对电芯单元并联优化，即在第一电芯单元的结构基础上对应并联第二电芯单元来降低固态电芯整体的内阻，从而提高了固态电芯的使用寿命。

以下结合附图对本实施例的技术方案进行详细阐述，在不冲突的情形下，以下实施例和实施方式可以相互结合。

本实用新型示例性的实施例中提供一种固态电芯，如图1所示，图1是根据一示例性实施例示出的固态电芯的结构示意图。该固态电芯包括：并联设置的至少两个电芯单元，其中至少两个电芯单元包括：至少一个第一电芯单元和至少一个第二电芯单元。

每一第一电芯单元包括：依次堆叠的第一正极片101、固态电解质层104、至少一个混合极片103、固态电解质层104和第一负极片102；其中当至少一个混合极片103为多个时，在任意相邻的两个混合极片103之间设有固态电解质层104。每一第二电芯单元包括：依次堆叠的第二正极片201、固态电解质层104和第二负极片202。

在本实施例中，第一正极片101与第二正极片201连接作为固态电芯的正极；第一负极片102与第二负极片202连接作为固态电芯的负极。基于设置第二电芯单元来对第一电芯单元进行并联优化，有效降低了固态电芯的内阻，提升了固态电芯的使用寿命。

需要说明的是，对于上述并联优化，当第一电芯单元为多个时，可以是通过一个第二电芯单元对多个第一电芯单元整体进行并联；也可以是多个第二电芯单元与多个第一电芯单元一一对应后分别进行并联。

在一些示例性实施例中，如图2所示，图2是根据一示例性实施例示出的第一电芯单元的结构示意图，在本实施例中的第一电芯单元仅包含一个混合极片103。当在第一电芯单元中设置一个混合极片103时，通过依次堆叠的第一正极片101、固态电解质层104、混合极片103、固态电解质层104和第一负极片102后，即可得到一种简单的第一电芯单元。

如图3所示，图3是根据一示例性实施例示出的另一第一电芯单元的结构示意图。当混合极片103设置两个时，可得到另一第一电芯单元。在图3所示出的第一电芯单元中包含两个混合极片103，通过依次堆叠的第一正极片101、固态电解质层104、混合极片103、固态电解质层104、混合极片103、固态电解质层104和第一负极片102后，即可得到另一种第一电芯单元。对于设置多个混合极片103的示例较多，其混合极片103的个数可根据实际需要进行设定，在此不再赘述。

在一些示例性实施例中，考虑到第一电芯单元的内阻与第二电芯单元的内阻会影响固态电芯整体的内阻，其中：第一电芯单元的结构相较于第二电芯单元更为复杂，对固态电芯整体的内阻影响较大，如图2-图3所示。因此，需着重对影响第一电芯单元的内阻的因素进行优化，即确定出第一电芯结构中混合极片103的最佳数量区间。示例性地，固态电芯中的混合极片103的层数占固态电芯中的极片总层数的5％-50％。

其中，混合极片103的层数为各个第一电芯单元中的混合极片103的数量之总和；极片总层数为第一正极片101的个数、第一负极片102的个数、第二正极片201的个数、第二负极片202的个数和混合极片103的层数之和。

在一些示例性实施例中，考虑到混合极片103的材质也会影响第一电芯单元的内阻，进而影响固态电芯整体的内阻。如图2所示，图2是根据一示例性实施例示出的第一电芯单元的结构示意图。在本示例性实施例中，还针对混合极片103的材质进行了优化，选用涂覆有活性物质的箔材来制作混合极片103。示例性地，混合极片103包括：箔材1031；涂覆在箔材1031的面向第一正极片101的一面的负极活性物质B；以及涂覆在箔材1031的面向第一负极片102的一面的正极活性物质A。

此外，在本实施例中还提供了一些箔材1031的种类，示例性地，箔材1031采用铝材质。

在一些示例性实施例中，正极片中的正极集流体和负极片中的负极集流体均采用单一的金属材料，并基于相应的正极集流体和负极集流体实现了第一电芯单元与第二电芯单元的并联。该设计方式可以保证固态电芯整体在实现低电阻的前提下，降低成本。

示例性地，如图2所示，第一正极片101包括：第一正极集流体1011；以及涂覆在第一正极集流体1011的面向混合极片103的一面的正极活性物质A；第一负极片102包括：第一负极集流体1021；以及涂覆在第一负极集流体1021的面向混合极片103的一面的负极活性物质B。

如图4所示，图4是根据一示例性实施例示出的第二电芯单元的结构示意图。第二正极片201包括：第二正极集流体2011；以及涂覆在第二正极集流体2011的至少一面的正极活性物质A；第二负极片202包括：第二负极集流体2021；以及涂覆在第二负极集流体2021的至少一面的负极活性物质B。由此，形成了四个基于单一金属材料制备而成的正负极片。在将相应的第一正极片101与第二正极片201连接，第一负极片102与第二负极片202连接后，实现了对第一电芯单元和第二电芯单元的并联设置。

在一些示例性实施例中，为保证各个电芯单元之间的相互独立，在第一电芯单元与第二电芯单元之间设有隔膜。

此外，考虑到节省隔膜成本，可以根据相邻的两电芯单元之间相邻两片极片的极性，对第一电芯单元和第二电芯单元之间排布方式进行优化，当并联的两个电芯单元之间相邻的两片极片为同极性时，两电芯单元间相邻的两片极片可以至少部分接触。示例性地，当并联的两个电芯单元之间相邻的两片极片为同极性时，不放置隔膜。

在一些示例性实施例中，为降低固态电芯的整体内阻，可以使第一电芯单元的内阻和第二电芯单元的内阻相同。需要说明的是，由于在本实施例中实现两电芯单元的内阻绝对相同较为困难，因此可以在两电芯单元的比值范围满足预设区间时，认为二者内阻相同。示例性地，当第一电芯单元的内阻/第二电芯单元的内阻范围在0.97-1.03之间时，即可认为两电芯单元的内阻相同。

在一些示例性实施例中，还可采用其他方式降低固态电芯整体内阻，如：还可在第一电芯单元与第二电芯单元的并联基础上，再并联另一种电芯单元等。示例性地，固态电芯还包括：至少一个第三电芯单元，与第一电芯单元或第二电芯单元并联设置。其中至少一个第三电芯单元与第一电芯单元或第二电芯单元之间通过隔膜进行分隔。基于第三电芯单元，也可实现对固态电芯的内阻的降低，从而也可提高固态电芯的使用寿命。

需要说明的是，类似于第二电芯单元，该第三电芯单元也可以形成一并多(一个第三电芯单元对应多个第一电芯单元)或多并多(多个第三电芯单元与多个第一电芯单元一一对应)。

本实用新型示例性的实施例中还提供了一种固态电池，包括：上述实施例中任一种或多种固态电芯。

在本实施例中，通过改进固态电池中固态电芯内部的电芯单元，对固态电芯内部的电芯单元并联优化，即在第一电芯单元的结构基础上并联第二电芯单元来降低固态电芯的内阻，从而提高了固态电池的使用寿命。

需要说明的是，当固态电池中包括多个固态电芯时，可以选取上述实施例中的一种固态电芯进行串并联设置；还可以选取多种固态电芯，并基于实际需求进行串联或并联使用。

本实用新型示例性的实施例中还提供了一种电池包，包括：上述实施例中的固态电池。

在本实施例中，该电池包中的固态电池包括至少两个电芯，相邻的两电芯之间通过并联连接。

第一电芯单元构成如图1-图4所示，最外侧两端分别为第一正极片101和第一负极片102，第一正极片101包括：第一正极集流体1011和在第一正极集流体1011朝电芯一侧涂覆的正极活性物质A，第一负极片102包括：第一负极集流体1021和在第一负极集流体1021朝电芯一侧涂覆的负极活性物质B，在正负极片之间设置至少一个混合极片103，混合极片103包括箔材1031(作为集流体)和涂覆于箔材1031两侧的正极活性物质A和负极活性物质B，负极活性物质B涂覆于箔材1031朝向第一正极片101一侧，负极活性物质B涂覆于箔材1031朝向第一负极片102一侧。第一正极片101、混合极片103和第一负极片102依次堆叠，并在相邻极片间设置固态电解质层104，形成第一电芯单元。

第二电芯单元的结构如图1-图4所示，包括第二正极片201、第二负极片202和固态电解质层104，其中：第二正极片201包括：第二正极集流体2011和至少一涂覆于第二正极集流体2011一侧的正极活性物质A，第二负极片202包括：第二负极集流体2021和至少一涂覆于第二负极集流体2021一侧的负极活性物质B，第二正极片201、固态电解质层104和第二负极片202依次堆叠形成第二电芯单元。

在本实施例中，通过改进电池包中的固态电芯内部的电芯单元，对固态电芯内部的电芯单元并联优化，即在第一电芯单元的结构基础上并联第二电芯单元来降低固态电芯的内阻，从而提高了电池包的使用寿命。

在本申请的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”、“前”、“后”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于本申请工作状态下的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，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申请的限制。

在本申请的描述中，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”应作广义理解。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

以上结合了优选的实施方式对本申请进行了说明，不过这些实施方式仅是范例性的，仅起到说明性的作用。在此基础上，可以对本申请进行多种替换和改进，这些均落入本申请的保护范围内。

Claims (9)

1.一种固态电芯，其特征在于，所述固态电芯包括：并联设置的至少两个电芯单元；其中所述至少两个电芯单元包括：至少一个第一电芯单元和至少一个第二电芯单元，

每一所述第一电芯单元包括：依次堆叠的第一正极片、固态电解质层、至少一个混合极片、固态电解质层和第一负极片；其中当所述至少一个混合极片为多个时，在任意相邻的两个混合极片之间设有固态电解质层；

每一所述第二电芯单元包括：依次堆叠的第二正极片、固态电解质层和第二负极片；

其中所述第一正极片与所述第二正极片连接作为所述固态电芯的正极，所述第一负极片与所述第二负极片连接作为所述固态电芯的负极。

2.根据权利要求1所述的固态电芯，其特征在于，所述固态电芯中的混合极片层数占所述固态电芯中的极片总层数的：5％-50％；

其中混合极片层数为各个所述第一电芯单元中的所述混合极片的数量之总和；所述极片总层数为所述第一正极片的个数、所述第一负极片的个数、所述第二正极片的个数、所述第二负极片的个数和所述混合极片层数之和。

3.根据权利要求1所述的固态电芯，其特征在于，所述混合极片包括：

箔材；

涂覆在所述箔材的面向所述第一正极片的一面的负极活性物质；

以及涂覆在所述箔材的面向所述第一负极片的一面的正极活性物质。

4.根据权利要求1所述的固态电芯，其特征在于，

所述第一正极片包括：第一正极集流体；以及涂覆在所述第一正极集流体的面向所述混合极片的一面的正极活性物质；

所述第一负极片包括：第一负极集流体；以及涂覆在所述第一负极集流体的面向所述混合极片的一面的负极活性物质；

所述第二正极片包括：第二正极集流体；以及涂覆在所述第二正极集流体的至少一面的正极活性物质；

所述第二负极片包括：第二负极集流体；以及涂覆在所述第二负极集流体的至少一面的负极活性物质。

5.根据权利要求1-4中任一所述的固态电芯，其特征在于，所述第一电芯单元与所述第二电芯单元之间设有隔膜。

6.根据权利要求1所述的固态电芯，其特征在于，当并联的两个所述电芯单元之间相邻的两片极片为同极性时，两电芯单元间相邻的两片极片至少部分接触。

7.根据权利要求5所述的固态电芯，其特征在于，所述第一电芯单元的内阻和所述第二电芯单元的内阻相同。

8.一种固态电池，其特征在于，包括：权利要求1-7中任一项所述的固态电芯。

9.一种电池包，其特征在于，包括：权利要求8中所述的固态电池。