[发明专利]一种具有自支撑结构的层叠型全固体电池

说明书

本发明涉及一种具有自支撑结构的层叠型全固体电池，包括壳体和设置在壳体内部的两片正负极末端集电器、若干电池基元和褶皱状弹性导电片，壳体端部设有阻燃复合弹性体，所述正负极末端集电器设置在壳体内表面两侧，两片正负极末端集电器之间设有若干电池基元，相邻电池基元间夹有褶皱状弹性导电片。通过反应在弹性体上生成褶皱状聚硅氧烷自聚合层制备褶皱状弹性导电片，利用褶皱状弹性导电片缓和电池基元体积变化导致的接触不良，减小纵轴方向上应力对电池的影响，增强全固体电池的稳定性和工作寿命；通过阻燃复合弹性体增强电池内部应力，提高电池材料机械完整性，增强全固体电池的安全性。

技术领域

本发明涉及固体电池领域，尤其涉及一种具有自支撑结构的层叠型全固体电池。

背景技术

开发绿色能源储存和转换系统替代传统能源已经引起了越来越多的关注，在这些器件中，电池、燃料电池和超级电容器都依赖于离子导电，其中锂离子二次电池具有高的体积和重量能量密度，是最具有前途的储能技术之一。锂枝晶的形成、易燃性和易泄露是常规液体电解质面临的主要技术问题，可以用固体电解质来代替。使用不可燃固体电解质的固体电池可以锂金属为负极，可以显著提高能量密度，但仍然存在锂枝晶生成穿透电极引起电池短路的问题，优化固体电池的力学性能是解决锂枝晶问题的有效途径之一。中国专利公开号CN112602225A的专利公开了扁平形全固体电池及其制造方法，通过在层叠体与外包装罐体内表面之间配置导电多孔弹性部件，缓和内部应力，抑制了极片的破裂。中国专利公开号CN108695537B的专利公开了全固体电池以及全固体电池的制造方法，在层叠型固体电池内部设置粘接材料，并在电池外部施加垂直约束力，保证电池材料具有良好接触性，提高电池性能。中国专利公开号CN108428815B的专利公开了层叠型全固体电池的制造方法，在施加外部压力的同时向固体电池内部注入填充材料，防止电池材料发生变形导致短路。

然而，电池的实际使用环境更为复杂，现有技术方案对固体电池组件的固定程度有限，仅在纵轴方向或端部进行单一约束，如果出现不同方向上的尺寸变化，可能会对电池结构造成破坏。同时注入的固定部件为高分子材料，高分子材料易发生燃烧，存在一定的安全隐患。

发明内容

本发明是为了克服现有技术中固定程度有限的问题，提供一种具有自支撑结构的层叠型全固体电池，通过在电池单元之间设置褶皱状弹性导电片，可有效缓冲纵轴方向极片体积变化产生的应力，同时向固体电池内部注入兼具防火功能的阻燃复合弹性体，保护了电池材料在端部不会出现破损，避免电池组件端部变形导致的内短路，降低可燃性，提高固体电池安全性。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种具有自支撑结构的层叠型全固体电池，包括壳体和设置在壳体内部的两片正负极末端集电器、若干电池基元和褶皱状弹性导电片，壳体端部设有阻燃复合弹性体，所述正负极末端集电器设置在壳体内表面两侧，两片正负极末端集电器之间设有若干电池基元，相邻电池基元间夹有褶皱状弹性导电片。

与传统的平面二维导电片相比，褶皱状弹性导电片具有更高的比表面积，且导电片在受到压缩时产生的机械应力主要集中在外侧，结构中的谷区或凹陷区使摩擦应力最小化，因此具有更稳定的电导性和稳定性。另外，若电池基元在纵轴方向上产生体积变化，在相邻电池基元之间设置的褶皱状弹性导电片具有一定的弹性，可有效缓冲纵轴方向极片体积变化产生的应力，减小体积变化对电池性能的影响。

作为优选，所述褶皱状弹性导电片的制备方法是：

(1)将金属粒子加入10～30mmol/L的四辛基溴化铵的甲苯溶液中，静置后继续加入0.3～0.5mol/L的反应液，搅拌30～45分钟使两相分离后，取甲苯相用酸液、碱液和去离子水依次冲洗2～3次，得到金属纳米粒子分散相；

(2)将3-氨丙基三甲氧基硅烷加入到质量分数为10～15％的KOH或NaOH甲醇溶液中，二者体积比为0.5～1.0：9～11，将聚硅氧烷膜在50～60℃，超声条件下投入混合液中保持4～7小时，取出后用二氯甲烷洗涤2～3次；