固态锂离子电池、基于固态锂离子电池的充电保护方法技术

本发明专利技术公开一种固态锂离子电池、基于固态锂离子电池的充电保护方法，该固态锂离子电池包括正极结构、负极结构、设于正极结构与负极结构之间的自保护结构，正极结构包括正极，负极结构包括负极，正极结构、负极结构中的至少一个结构中包括固态电解质层；当固态锂离子电池处于第一充电状态时，自保护结构对电子绝缘且能输送锂离子；当固态锂离子电池处于第二充电状态时，固态锂离子电池温度达到第一预设温度阈值，自保护结构变形以使正极结构与负极结构导通；该固态锂离子电池通过在其内部设置自保护结构，实现当温度超过第一预设温度阈值时固态锂离子电池内部自短路，从而提高电池使用安全性并延长电池使用寿命。安全性并延长电池使用寿命。安全性并延长电池使用寿命。

【技术实现步骤摘要】
固态锂离子电池、基于固态锂离子电池的充电保护方法


[0001]本专利技术涉及新能源
，特别涉及一种固态锂离子电池、基于固态锂离子电池的充电保护方法。

技术介绍

[0002]自上世纪90年代以来，固态锂离子电池得到了长足的发展，但电池安全依然是制约锂离子电池进一步发展的因素之一。
[0003]如，固态锂离子电池在充电时，在达到充满状态后还会继续充电造成过充。过充可能导致电池内压升高、电池变形、漏液甚至起火等情况发生，电池的性能也会显著降低或损坏。现有技术依然无法实现锂离子电池在电量充满的瞬间或预设时间段内切断电源以避免过充现象的发生。
[0004]因此，如何克服和避免电池过充现象是锂离子电池亟须解决的问题之一。

技术实现思路

[0005]为了解决现有技术的问题，本专利技术提供了一种固态锂离子电池、基于固态锂离子电池的充电保护方法，能有效避免锂离子电池的过充。
[0006]为解决上述技术问题，本专利技术提出如下第一技术方案：
[0007]一种固态锂离子电池，所述固态锂离子电池包括正极结构、负极结构、设于所述正极结构与所述负极结构之间的自保护结构，所述正极结构包括正极，所述负极结构包括负极，所述正极结构、所述负极结构中的至少一个结构中包括固态电解质层；
[0008]所述固态电解质层具有电子电导性；
[0009]当所述固态锂离子电池处于第一充电状态时，所述自保护结构对电子绝缘且能输送锂离子；
[0010]当所述固态锂离子电池处于第二充电状态时，所述自保护结构变形以使所述正极结构与所述负极结构导通；
[0011]当所述固态锂离子电池的温度升高达到第一预设温度阈值时，所述固态锂离子电池从所述第一充电状态转变为所述第二充电状态。
[0012]优选地，所述第一预设温度阈值为80℃以上，优选地，为100℃以上。最优选地，所述第一预设温度阈值为130
‑
140℃。
[0013]在一种较佳的实施方式中，所述自保护结构包括温度敏感层，所述温度敏感层的熔点不高于所述第一预设温度阈值；
[0014]当所述温度敏感层的温度达到其熔点时，所述温度敏感层熔化变形，所述正极结构与所述负极结构导通。
[0015]优选地，所述正极结构包括第一固态电解质层，所述自保护结构设于所述第一固态电解质层与所述负极之间；或，
[0016]所述负极结构包括第二固态电解质层，所述自保护结构设于所述正极与所述第二
固态电解质层之间；或，
[0017]所述正极结构包括第一固态电解质层且所述负极结构包括第二固态电解质层，所述自保护结构设于所述第一固态电解质层与所述第二固态电解质层之间。
[0018]所述固态电解质层是独立的结构，固态电解质层的制备方法是已知的，可以在正极或负极表面涂布固态电解质层浆料以获得固态电解质层，也可以单独制备成膜，然后再与正极、负极、自保护结构叠片制成成品电池。
[0019]优选地，所述固态电解质层的电子电导率为10
‑4‑
10
‑6S/cm。
[0020]优选地，所述第一固态电解质层与所述第二固态电解质层的电导率相同或不同。
[0021]优选地，所述固态电解质层的厚度为10
‑
300μm；进一步优选地，所述第一固态电解质层和所述第二固态电解质层的厚度可以相同或不同。
[0022]在一种较佳的实施方式中，所述温度敏感层包括至少一种可熔性聚合物形成的可熔性聚合物膜，且所述可熔性聚合物膜中添加有锂盐。
[0023]在一种较佳的实施方式中，所述可熔性聚合物的熔点为100
‑
130℃，优选为110
‑
120℃。
[0024]在一种较佳的实施方式中，所述可熔性聚合物为低密度聚乙烯LDPE、乙烯
‑
辛烯共聚物、EVA、EAA、CPE、PVC、尼龙、TPU中的一种。
[0025]在一种较佳的实施方式中，所述锂盐包括高氯酸锂、六氟磷酸锂、双草酸硼酸锂、二氟草酸硼酸锂、三氟甲磺酸锂、双三氟甲基磺酰亚胺锂或双氟磺酰亚胺锂中的至少一种。
[0026]在一种较佳的实施方式中，所述自保护结构包括设于所述正极结构与所述负极结构之间的隔膜、设于所述固态电解质层与所述隔膜之间的热变形件；
[0027]所述隔膜对电子绝缘且能输送锂离子；
[0028]所述热变形件的变形温度不高于所述第一预设温度阈值，且所述热变形件具有导电性；
[0029]当所述固态锂离子电池达到第一预设温度阈值时，所述热变形件变形且戳破所述隔膜使得所述正极结构与所述负极结构导通。
[0030]在一种较佳的实施方式中，所述隔膜包括至少一种可熔性聚合物形成的可熔性聚合物膜，且所述可熔性聚合物膜中添加有锂盐。
[0031]在一种较佳的实施方式中，所述可熔性聚合物的熔点为100
‑
130℃，优选为110
‑
120℃。
[0032]在一种较佳的实施方式中，所述可熔性聚合物为低密度聚乙烯LDPE、乙烯
‑
辛烯共聚物、EVA、EAA、CPE、PVC、尼龙、TPU中的一种。
[0033]在一种较佳的实施方式中，所述锂盐包括高氯酸锂、六氟磷酸锂、双草酸硼酸锂、二氟草酸硼酸锂、三氟甲磺酸锂、双三氟甲基磺酰亚胺锂或双氟磺酰亚胺锂中的至少一种。
[0034]在一种较佳的实施方式中，所述热变形件与所述隔膜相对的侧面的面积不超过所述隔膜相应侧面的面积的0.05％，优选地，所述热变形件与所述隔膜相对的侧面的面积为所述隔膜相应侧面的面积的0.001％
‑
0.05％。
[0035]在一种较佳的实施方式中，所述热变形件包括形状记忆合金；或，
[0036]所述热变形件由至少两种材料复合制成，且所述至少两种材料的热膨胀系数不同。
[0037]优选地，所述热变形件为镍钛形状记忆合金。
[0038]优选地，所述热变形件为锰镍铜合金作为外层、镍铁合金作为内层复合而成的复合材料制品。
[0039]在一种较佳的实施方式中，所述固态电解质层包括至少一种固态电解质及导电剂组成的混合物；或，
[0040]所述固态电解质层包括至少一种固态电解质。
[0041]在一种较佳的实施方式中，所述固态电解质层包括氧化物固态电解质、硫化物固态电解质、硒化物固态电解质中的至少一种。
[0042]优选地，所述氧化物固态电解质包括LiPON、Li
1.3
Al
0.3
Ti
0.7
(PO4)3、La
0.5
1Li
0.34
TiO
0.74
、Li3PO4、Li2SiO2、Li2SiO4、锂镧锆氧、锂镧钛氧中的至少一种。
[0043]优选地，所述硫化物固态电解质包括Li2S、P2S5、SiS2、B2S3、Z...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种固态锂离子电池，其特征在于，所述固态锂离子电池包括正极结构、负极结构、设于所述正极结构与所述负极结构之间的自保护结构，所述正极结构包括正极，所述负极结构包括负极，所述正极结构、所述负极结构中的至少一个结构中包括固态电解质层；所述固态电解质层具有电子电导性；当所述固态锂离子电池处于第一充电状态时，所述自保护结构对电子绝缘且能输送锂离子；当所述固态锂离子电池处于第二充电状态时，所述自保护结构变形以使所述正极结构与所述负极结构电子导通。2.根据权利要求1所述的固态锂离子电池，其特征在于，所述自保护结构包括温度敏感层，所述温度敏感层的熔点不高于第一预设温度阈值；当所述温度敏感层的温度达到其熔点时，所述温度敏感层熔化变形，所述正极结构与所述负极结构导通；优选地，所述温度敏感层包括至少一种可熔性聚合物形成的可熔性聚合物膜，且所述可熔性聚合物膜中添加有锂盐。3.根据权利要求2所述的固态锂离子电池，其特征在于，所述可熔性聚合物的熔点为100
‑
130℃；优选地，所述可熔性聚合物为低密度聚乙烯LDPE、乙烯
‑
辛烯共聚物、EVA、EAA、CPE、PVC、尼龙、TPU中的一种。优选地，所述锂盐包括高氯酸锂、六氟磷酸锂、双草酸硼酸锂、二氟草酸硼酸锂、三氟甲磺酸锂、双三氟甲基磺酰亚胺锂或双氟磺酰亚胺锂中的至少一种。4.根据权利要求2所述的固态锂离子电池，其特征在于，所述自保护结构包括设于所述正极结构与所述负极结构之间的隔膜、设于所述固态电解质层与所述隔膜之间的热变形件；所述隔膜对电子绝缘且能输送锂离子；所述热变形件的变形温度不...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈凯，李峥，何泓材，冯玉川，
申请(专利权)人：苏州清陶新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：