基于复合材料电极的固态电池电芯、叠层电池电芯及复合动力电池电芯制造技术

一种基于复合材料电极的固态电池电芯，包括至少一个复合材料正极和至少一个复合材料负极；复合材料正极和复合材料负极之间交错设置；相邻的复合材料正极和复合材料负极之间设有固态离子导体膜；复合材料正极采用正极活性材料与固态离子导体材料Ⅰ的混合物制成；复合材料负极采用负极活性材料与固态离子导体材料Ⅱ的混合物制成。本发明专利技术还公开了一种基于复合材料电极的固态叠层电池电芯和一种基于复合材料电极的固态复合电池电芯。本发明专利技术基于复合材料电极的固态电池电芯，不仅能够满足储能要求，而且能够有效增强固态离子导体膜与电极之间的亲润性，并能够有效减小固态离子导体膜与电极之间的界面电阻，提高离子渗透率。

【技术实现步骤摘要】
基于复合材料电极的固态电池电芯、叠层电池电芯及复合动力电池电芯
本专利技术属于储能设备
，具体的为一种基于复合材料电极的固态电池电芯、叠层电池电芯及复合动力电池电芯。
技术介绍
固态电池是一种电池科技。与现今普遍使用的锂离子电池和锂离子聚合物电池不同的是，固态电池是一种使用固体电极和固体电解质的电池。传统的液态锂电池又被科学家们形象地称为“摇椅式电池”，摇椅的两端为电池的正负两极，中间为电解质(液态)。而锂离子就像优秀的运动员，在摇椅的两端来回奔跑，在锂离子从正极到负极再到正极的运动过程中，电池的充放电过程便完成了。固态电池的原理与之相同，只不过其电解质为固态，具有的密度以及结构可以让更多带电离子聚集在一端，传导更大的电流，进而提升电池容量。因此，同样的电量，固态电池体积将变得更小。不仅如此，固态电池中由于没有电解液，封存将会变得更加容易，在汽车等大型设备上使用时，也不需要再额外增加冷却管、电子控件等，不仅节约了成本，还能有效减轻重量。现有的固态电池虽然在一定程度上能够满足使用要求，但是仍存在以下不足：1)固体电解质与电极之间的结合力不足；2)固体电解质与电极之间的亲润性较差；3)固体电解质与电极之间的界面电阻较大。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种基于复合材料电极的固态电池电芯、叠层电池电芯及复合动力电池电芯，能够有效提高固态离子导体膜与电极之间的亲润性，并能够有效减小固态离子导体膜与电极之间的界面电阻，提高离子渗透率。为达到上述目的，本专利技术提供如下技术方案：本专利技术首先提出了一种基于复合材料电极的固态电池电芯，包括至少一个复合材料正极和至少一个复合材料负极；所述复合材料正极和复合材料负极交错设置；相邻的所述复合材料正极和复合材料负极之间设有固态离子导体膜；所述复合材料正极采用正极活性材料与固态离子导体材料Ⅰ的合成物或混合物制成；所述复合材料负极采用负极活性材料与固态离子导体材料Ⅱ的合成物或混合物制成。进一步，所述复合材料正极的数量N与所述复合材料负极的数量M之间满足：M＝N，或，|M-N|＝1。进一步，所述复合材料正极的侧面为平面，所述固态离子导体膜与所述复合材料正极的侧面贴合；或，所述复合材料正极的侧面上设有第一凹槽，与对应的所述复合材料正极侧面贴合的所述固态离子导体膜嵌入到所述第一凹槽内；或，所述复合材料正极的侧面上阵列设有第一嵌孔，与对应的所述复合材料正极侧面贴合的所述固态离子导体膜嵌入到所述第一嵌孔内。进一步，所述第一凹槽的宽度沿着槽底指向槽口的方向逐渐增大；任意两个垂直于所述第一嵌孔轴线的径向截面在同一个所述第一嵌孔上截得的两个径向截面Ⅰ中，靠近所述第一嵌孔孔底一侧的径向截面Ⅰ的几何尺寸小于等于靠近所述第一嵌孔孔口一侧的径向截面Ⅰ的几何尺寸。进一步，所述复合材料负极的侧面为平面，所述固态离子导体膜与所述复合材料负极的侧面贴合；或，所述复合材料负极的侧面上设有第二凹槽，与对应的所述复合材料负极侧面贴合的所述固态离子导体膜嵌入到所述第二凹槽内；或，所述复合材料负极的侧面上阵列设有第二嵌孔，与对应的所述复合材料负极侧面贴合的所述固态离子导体膜嵌入到所述第二嵌孔内。进一步，所述第二凹槽的宽度沿着槽底指向槽口的方向逐渐增大；任意两个垂直于所述第二嵌孔轴线的径向截面在同一个所述第二嵌孔上截得的两个径向截面Ⅱ中，靠近所述第二嵌孔孔底一侧的径向截面Ⅱ的几何尺寸小于等于靠近所述第二嵌孔孔口一侧的径向截面Ⅱ的几何尺寸。进一步，所述正极活性材料采用但不限于磷酸铁锂、三元材料、含硫导电材料、含有金属或有机材料的多孔碳层空气电池电极、层状金属氧化物材料或含氧有机聚合物材料；所述负极活性材料采用但不限于金属锂、金属钠、金属铝、金属镁、金属钾、石墨烯、硬碳、氧化硅或硅单质制成；所述固态离子导体膜采用热压物理方法或化学方法分别与所述复合材料正极和复合材料负极形成良好的电极/电解液界面；所述固态离子导体膜、固态离子导体材料Ⅰ和固态离子导体材料Ⅱ采用但不限于凝胶、氧化物、硫化物和有机聚合物中的一种或至少两种的混合物制成；所述凝胶为由高分子化合物-金属盐和/或溶剂三元组分组成的电解质，采用但不限于聚(乙烯醇)基衍生物-酸或碱或金属盐、聚(苯并咪唑)基衍生物-金属盐-有机溶剂、聚(偏氟乙烯)基衍生物-金属盐-有机溶剂、聚(环氧乙烷)基衍生物-金属盐-有机溶剂和聚(甲基丙烯酸甲酯)基衍生物-金属盐-有机溶剂的一种或至少两种的混合物制成；所述氧化物包括但不限于钠超离子导体(NASICON)型-LiTi2(PO4)3及其衍生物、锂超离子导体(LISICON)型-Li14Zn(GeO4)4及其衍生物和石榴石(Garnet)型-Li7La3Zr2O12及其衍生物；所述硫化物包括但不限于Li10GeP2S12、Li2S-P2S5及其衍生物、卤化物、氢化物和磷锂氮氧化物；所述有机聚合物采用聚(环氧乙烷)(PEO)基衍生物-金属盐、聚(苯并咪唑)基衍生物-金属盐、聚(偏氟乙烯)基衍生物-金属盐中的一种或至少两种的混合物制成。进一步，所述复合材料正极内的所述固态离子导体材料Ⅰ与所述正极活性材料之间的摩尔比小于等于100％；所述复合材料负极内的所述固态离子导体材料Ⅱ与所述负极活性材料之间的摩尔比小于等于100％。进一步，所述正极活性材料呈颗粒状均匀分布，且所述正极活性材料颗粒的缝隙中填充有所述固态离子导体材料Ⅰ；所述负极活性材料呈颗粒状均匀分布，且所述负极活性材料颗粒的缝隙中填充有所述固态离子导体材料Ⅱ。本专利技术还提出了一种基于复合材料电极的固态叠层电池电芯，包括软包体，所述软包体内设有至少两个复合在一起的如权利要求1-9任一项所述的固态电池电芯；相邻两个所述固态电池电芯中，其中一个所述固态电池电芯端部的复合材料正极与另一个所述固态电池电芯端部的复合材料负极相邻设置，且在该相邻的所述复合材料正极和复合材料负极之间设有电子导电但离子隔离的双极集流板。本专利技术还提出了一种基于复合材料电极的固态复合电池电芯，包括软包体，所述软包体内设有至少两个复合在一起的如权利要求1-9任一项所述的固态电池电芯；相邻的两个所述固态电池电芯中，其中一个所述固态电池电芯端部的复合材料正极与另一个所述固态电池电芯端部的复合材料正极相邻设置，该相邻的两个所述复合材料正极之间复合在一起或该相邻的两个所述复合材料正极之间设有电子导电但离子隔离的双极集流板或该相邻的两个所述复合材料正极之间设有电子绝缘且离子隔离的绝缘隔膜；或，其中一个所述固态电池电芯端部的复合材料负极与另一个所述固态电池电芯端部的复合材料负极相邻设置；该相邻的两个所述复合材料负极之间复合在一起或该相邻的两个所述复合材料负极之间设有电子导电但离子隔离的双极集流板或该相邻的两个所述本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于复合材料电极的固态电池电芯，其特征在于：/n包括至少一个复合材料正极(10)和至少一个复合材料负极(20)；/n所述复合材料正极(10)和复合材料负极(20)交错设置；/n相邻的所述复合材料正极(10)和复合材料负极(20)之间设有固态离子导体膜(30)；/n所述复合材料正极(10)采用正极活性材料(11)与固态离子导体材料Ⅰ(13)的合成物或混合物制成；/n所述复合材料负极(20)采用负极活性材料(21)与固态离子导体材料Ⅱ(23)的合成物或混合物制成。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于复合材料电极的固态电池电芯，其特征在于：
包括至少一个复合材料正极(10)和至少一个复合材料负极(20)；
所述复合材料正极(10)和复合材料负极(20)交错设置；
相邻的所述复合材料正极(10)和复合材料负极(20)之间设有固态离子导体膜(30)；
所述复合材料正极(10)采用正极活性材料(11)与固态离子导体材料Ⅰ(13)的合成物或混合物制成；
所述复合材料负极(20)采用负极活性材料(21)与固态离子导体材料Ⅱ(23)的合成物或混合物制成。


2.根据权利要求1所述基于复合材料电极的固态电池电芯，其特征在于：
所述复合材料正极(10)的数量N与所述复合材料负极(20)的数量M之间满足：
M＝N，或，|M-N|＝1。


3.根据权利要求1所述基于复合材料电极的固态电池电芯，其特征在于：
所述复合材料正极(10)的侧面为平面，所述固态离子导体膜(30)与所述复合材料正极(10)的侧面贴合；或，
所述复合材料正极(10)的侧面上设有第一凹槽，与对应的所述复合材料正极(10)侧面贴合的所述固态离子导体膜(30)嵌入到所述第一凹槽内；或，
所述复合材料正极(10)的侧面上阵列设有第一嵌孔，与对应的所述复合材料正极(10)侧面贴合的所述固态离子导体膜(30)嵌入到所述第一嵌孔内。


4.根据权利要求3所述基于复合材料电极的固态电池电芯，其特征在于：
所述第一凹槽的宽度沿着槽底指向槽口的方向逐渐增大；
任意两个垂直于所述第一嵌孔轴线的径向截面在同一个所述第一嵌孔上截得的两个径向截面Ⅰ中，靠近所述第一嵌孔孔底一侧的径向截面Ⅰ的几何尺寸小于等于靠近所述第一嵌孔孔口一侧的径向截面Ⅰ的几何尺寸。


5.根据权利要求1所述基于复合材料电极的固态电池电芯，其特征在于：
所述复合材料负极(20)的侧面为平面，所述固态离子导体膜(30)与所述复合材料负极(20)的侧面贴合；或，
所述复合材料负极(20)的侧面上设有第二凹槽，与对应的所述复合材料负极(20)侧面贴合的所述固态离子导体膜(30)嵌入到所述第二凹槽内；或，
所述复合材料负极(20)的侧面上阵列设有第二嵌孔，与对应的所述复合材料负极(20)侧面贴合的所述固态离子导体膜(30)嵌入到所述第二嵌孔内。


6.根据权利要求5所述基于复合材料电极的固态电池电芯，其特征在于：
所述第二凹槽的宽度沿着槽底指向槽口的方向逐渐增大；
任意两个垂直于所述第二嵌孔轴线的径向截面在同一个所述第二嵌孔上截得的两个径向截面Ⅱ中，靠近所述第二嵌孔孔底一侧的径向截面Ⅱ的几何尺寸小于等于靠近所述第二嵌孔孔口一侧的径向截面Ⅱ的几何尺寸。


7.根据权利要求1所述基于复合材料电极的固态电池电芯，其特征在于：
所述正极活性材料(11)采用但不限于磷酸铁锂、三元材料、含硫电极活性材料、含有金属或有机材料的多孔碳层空气电极、层状金属氧化物材料或含氧有机聚合物材料；
所述负极活性材料(21)采用但不限于金属锂、金属钠、金属铝、金属镁、金属钾、石墨烯、硬碳、氧化硅或硅单质制成；
所述固态离子导体膜(30)采用热压物理方法或化学方法分别与所述复合材料正极和复合材料负极形成良好的电极/电解液界面；
所述固态离子导体膜(30)、固态离子导体材料Ⅰ(13)和固态离子导体材料Ⅱ(23)采用但不限于凝胶、氧化物、硫化物和有机聚合物中的一种或至少两种的混合物制成；
所述凝胶为由高分子化合物-金属盐和/或溶剂三元组分组成的电解质，采用但不限于聚(乙烯...

【专利技术属性】
技术研发人员：李长明，吴超，辛程勋，辛民昌，
申请(专利权)人：重庆九环新越新能源科技发展有限公司，
类型：发明
国别省市：重庆;50