[发明专利]一种层叠式全固态锂离子电池

说明书

技术领域

本发明属于锂离子电池技术领域，涉及一种层叠式全固态锂离子电池结构。

背景技术

近年来，全固态锂离子电池作为一种安全高效、高容量、力学性能优异的可充电电池，获得研究人员的广泛关注。其在充放电过程中不会发生常规锂离子电池电解质漏液问题，同时聚合物电解质或无机固态电解质能够有效抑制电解液与正负极之间副反应的发生，避免了SEI膜等的形成，具有优异的长循环性能；而且，全固态锂离子电池的体积能量密度也远高于液态电解质锂离子电池。目前，全固态锂离子电池已经在少部分的手机、摄像机、笔记本电脑等各类电子产品上得到了研究与应用。因此，作为一种安全可靠的新型电源设备，全固态锂离子电池在日常生活中发挥着越来越重要的作用。

真空蒸镀技术目前主要运用于食品包装壳、灯具反光罩、各类塑料及金属材料表面防护装饰性镀层等领域。将真空蒸镀技术用于锂离子电池集流体和正负极片的制作是将该技术应用范围的进一步拓展，也是全固态锂离子电池制备的技术创新。真空蒸镀包括电阻加热、感应蒸发、电子束枪以及真空电弧，其中超高真空下利用蒸发舟进行电阻加热蒸镀具有成膜速度快，镀层质量高等优点，是最常用的真空蒸镀方式。

磁控溅射是物理气相沉积的方式之一，在靶材表面引入磁场，带电粒子在磁场的作用下轰击靶材表面，激发出靶材表面原子，被激发原子在基体表面沉积成膜；将磁控溅射技术应用于全固态锂离子电池的制备，将正负极活性物质或高纯度集流体金属颗粒制备成为靶材，利用磁控溅射技术在集流体表面获得致密均匀的活性物质，相同方法可以在该集流体表面沉积另一种集流体镀层。镀层与集流体之间属于原子级别的接触，其中活性物质与集流体之间的结合力远大于常规涂覆方法制备的极片中活性物质与集流体的结合力，能有效防止快速充放电过程中活性物质从集流体表面脱离，缩短电子的传输距离，有益于大倍率充放电。

等离子体清洗是一种全新的表面清洁技术，清洗的效果要远远高于常规清洁剂。对气体施加足够的能量使之离化成为等离子状态，等离子体状态下存在包括离子、电子、光子等多种活性组分；通过多种活性组分连续轰击样品表面，达到清洁样品表面的目的。

发明内容

本发明的目的是提供一种新的层叠式全固态锂离子电池，采用背靠背式集流体无缝串联全固态锂离子单体电池，单体电池连接无界面阻抗，电子通路阻值可以忽略，可以通过改变正负极材料和单体层叠数量提供任意需要的电压值及容量值。

本发明的目的地通过以下技术方案实现的：

一种层叠式全固态锂离子电池，包括固型层和层叠电池，所述固型层位于层叠电池外部，起到固定电池形状和结构的作用，所述层叠电池包括初始端PET塑料支撑板、终止端PET塑料支撑板、若干个相同结构尺寸的单体电池、固态电解质、正极极耳和负极极耳层，其中：单体电池由正极活性物质、负极活性物质、负极铜集流体和正极铝集流体构成，正极活性物质之上为正极铝集流体，正极铝集流体和负极铜集流体背靠背式串联，负极铜集流体之上为负极活性物质，相邻正极活性物质和负极活性物质之间填充有固态电解质，终止端正极铝集流体上焊接有正极极耳，正极极耳焊接在终止端PET塑料支撑板的金属铝镀层上，初始端负极集流体上焊接有负极极耳，负极极耳焊接在初始端PET塑料支撑板的金属铜镀层上。

本发明中，所述固型层的外面设置有铝塑膜外包装，作为层叠式全固态锂离子电池的外包装层，进行热塑封装。

本发明中，所述背靠背式集流体由真空蒸镀或磁控溅射技术获得，厚度可以控制在100nm~100μm，具体厚度由蒸镀或溅射的功率及时间决定。

本发明中，所述正负极活性物质由磁控溅射或真空蒸镀技术获得，其中：正极活性物质包括钴酸锂、锰酸锂、磷酸亚铁锂、镍锰酸锂等；负极活性物质包括碳基材料、硅基材料、锡基材料、钛酸锂等。

本发明中，所述固态电解质为聚合物电解质或无机固体电解质。

本发明中，所述正负极活性物质与固体电解质粘接复合，固态电解质既充当电解质传导离子，同时起到隔膜作用隔离正负活性物质。

本发明中，所述层叠电池四周填充固态电解质，填充固态电解质与正负活性物质之间的固态电解质为统一整体，防止正负极片边缘接触形成微短路，其厚度在100μm~1mm。

本发明中，所述初始端与终止端PET塑料支撑板上的铜镀层和铝镀层由真空蒸镀或磁控溅射高纯铝与高纯铜获得。

本发明中，所述单体电池之间的串联结构由背靠背式正极铝集流体和负极铜集流体完成。

本发明中，所述初始端与终止端PET塑料支撑板在进行真空蒸镀或磁控溅射之前进行等离子清洗，获得清洁表面。