一種全固態(tài)電池及其集流器和制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于鋰離子電池技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種全固態(tài)電池及其集流器和制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，在鋰離子電池中，由于大量使用酯類、醚類等易燃的有機電解液，存在嚴重的安全隱患，當電池因為任何原因短路時，電池內(nèi)能量會在短時間以熱的形式釋放出來，點燃這些作為溶劑的醚類，引發(fā)爆炸。以固體電解質(zhì)替代有機電解液的全固態(tài)鋰電池，在解決傳統(tǒng)鋰離子電池容量偏低和使用壽命偏短這兩個關(guān)鍵問題的同時，有望徹底解決電池的安全性問題，因而固體電解質(zhì)取代傳統(tǒng)液體有機電解液的全固態(tài)鋰電池正吸引越來越多的關(guān)注。
[0003]在以硫化物材料為固體電解質(zhì)的全固態(tài)鋰電池中，雖然固體電解質(zhì)的室溫離子電導率已經(jīng)較高，但是整體電池的容量仍然不高，循環(huán)性衰減比較嚴重。經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)，全固態(tài)電池中界面對于電池整體性能影響非常關(guān)鍵，這個界面不光僅僅指活性物質(zhì)與固態(tài)電解質(zhì)的界面，還包括活性物質(zhì)層與集流器的界面?，F(xiàn)有的文獻報道一般都是關(guān)注與前者，而忽略了后者對電池性能的影響，因而由于性能和工藝的問題導致全固態(tài)電池實用化上面還是存在一定的問題。目前，電池在組裝過程中，一般在電池極芯正負極端面設(shè)置集流器組件，集流器主要起集流的作用，能有效的降低電池內(nèi)阻，提高單體電池放電一致性及電池組的大電流放電性能。而全固態(tài)電池由于采用無機化合物，具有易裂易脆等特征，因而集流器采用比較厚的不銹鋼為集流器，這樣會導致活性物質(zhì)層與集流器之間的電接觸問題，特別是無外加壓力的狀態(tài)下，這個問題導致電池無法充放電。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明為解決公知技術(shù)中存在的技術(shù)問題而提供一種全固態(tài)電池及其集流器和制備方法。
[0005]本發(fā)明的目的之一是提供一種能夠與正負極層完好緊密的附著在一起，保證正負極層與集流器的電接觸，能夠大幅度的降低集流器與活性層的接觸電阻(界面阻抗)，提升電池的倍率性能，能夠增強電芯的穩(wěn)定性等特點的全固態(tài)電池用集流器。
[0006]本發(fā)明全固態(tài)電池用集流器所采取的技術(shù)方案是:
[0007]—種全固態(tài)電池用集流器，其特點是:全固態(tài)電池用集流器為泡沫狀金屬片，或者類似泡沫多孔的導電體，泡沫狀集流器承壓下會收縮。
[0008]本發(fā)明全固態(tài)電池用集流器還可以采用如下技術(shù)方案:
[0009]所述的全固態(tài)電池用集流器，其特點是:泡沫狀金屬片為泡沫狀多孔金屬片，導電體為鋁、銅、鋼、鐵、鎳、或等可導電的材料。
[0010]所述的全固態(tài)電池用集流器，其特點是:集流器為矩形或圓形，厚度為50— 200μπι。[0011 ]本發(fā)明的目的之二是提供一種具有結(jié)構(gòu)簡單，能夠大幅度的降低集流器與活性層的接觸電阻(界面阻抗)，提升電池的倍率性能，能夠?qū)崿F(xiàn)軟包裝全固態(tài)電池在室溫的條件下無外施加的壓力充放電等特點的全固態(tài)電池。
[0012]本發(fā)明全固態(tài)電池所采取的技術(shù)方案是:
[0013]一種全固態(tài)電池，其特點是:全固態(tài)電池由正極集流器、正極層、電解質(zhì)層、負極層、負極集流器依次組裝而成，正極集流器和負極集流器采用泡沫狀金屬片或者類似泡沫多孔的導電體，泡沫狀集流器承壓下會收縮。
[0014]本發(fā)明全固態(tài)電池還可以采用如下技術(shù)方案:
[0015]所述的全固態(tài)電池，其特點是:全固態(tài)電池的電池芯為正極集流器、正極層、電解質(zhì)層、負極層、負極集流器依次組裝而成的單個電池芯結(jié)構(gòu)，或者多個內(nèi)部串聯(lián)電池芯結(jié)構(gòu)。
[0016]本發(fā)明的目的之三是提供一種采用一體化壓制而成的電芯，簡化了軟包裝電池組裝工藝，具有工藝簡單，操作方便，產(chǎn)品性能優(yōu)良等特點的全固態(tài)電池的制備方法。
[0017]本發(fā)明全固態(tài)電池的制備方法所采取的技術(shù)方案是:
[0018]一種全固態(tài)電池的制備方法，其特點是:全固態(tài)電池的制備過程包括:
[0019]首先，對泡沫狀集流器進行預先壓制，壓制壓力小于300MPa;
[0020]其次，將電池負極材料與集流器在電池模具中進行一體壓制，壓制壓力為100—500MPa；
[0021]第三步，在負極側(cè)分散固體電解質(zhì)材料，壓制成型，壓制壓力為小于300MPa;
[0022]第四步，在固體電解質(zhì)側(cè)均勻分散正極材料，并在正極材料上放置經(jīng)過預壓的泡沫狀集流器，進行整體壓制成型，壓制壓力為100 — 500MPa;完成全固態(tài)電池的組裝。
[0023 ]本發(fā)明全固態(tài)電池的制備方法還可以采用如下技術(shù)方案:
[0024]所述的全固態(tài)電池的制備方法，其特點是:首先對泡沫狀集流器進行預先壓制的壓制壓力為100 — 200MPa。
[0025]所述的全固態(tài)電池的制備方法，其特點是:將電池負極材料與集流器在電池模具中進行一體壓制的壓力為300 — 400MPa。
[0026]所述的全固態(tài)電池的制備方法，其特點是:在負極側(cè)分散固體電解質(zhì)材料壓制成型的壓制壓力為100 — 200MPa。
[0027]所述的全固態(tài)電池的制備方法，其特點是:第四步進行整體壓制成型的壓制壓力為 300 —400MPa。
[0028]本發(fā)明的電池集流器經(jīng)過預壓成型后再與電池正負極復合材料壓制到一起來進行全固態(tài)電池組裝。
[0029]本發(fā)明具有的優(yōu)點和積極效果是:
[0030]全固態(tài)電池及其集流器和制備方法由于采用了本發(fā)明全新的技術(shù)方案，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下明顯特點:
[0031]1、本發(fā)明由于在電極芯正負極端采用泡沫(多孔)金屬片壓制而成，這種集流器由于孔隙很多能夠與正負極層完好緊密的附著在一起，保證了正負極層與集流器的電接觸，相對采用不銹鋼片來說能夠大幅度的降低集流器與活性層的接觸電阻(界面阻抗)，提升電池的倍率性能；
[0032]2、本發(fā)明采用泡沫(多孔)金屬片為集流器，能夠增強電芯的穩(wěn)定性，防止電芯壓制和組裝過程中脆裂，同時使得電芯具備1.5m高度墜落后各部分不會脆裂或剝離脫落的功會K;
[0033]3、本發(fā)明由于采用泡沫(多孔)金屬片為集流器，能夠?qū)崿F(xiàn)軟包裝全固態(tài)電池在室溫的條件下無外施加的壓力充放電；
[0034]4、本發(fā)明采用一體化壓制而成的電芯，結(jié)構(gòu)簡單，簡化了軟包裝電池組裝工藝。
【附圖說明】
[0035]圖1是本發(fā)明泡沫(多孔)金屬片集流器預壓成型后結(jié)構(gòu)示意圖；
[0036]圖2是泡沫(多孔)金屬片集流器單個全固態(tài)電池結(jié)構(gòu)示意圖；
[0037]圖3是泡沫(多孔)金屬片集流器全固態(tài)電池內(nèi)部串聯(lián)結(jié)構(gòu)示意圖。
[0038]其中，1-正極集流器，2-正極層，3-電解質(zhì)層，4-負極層，5-負極集流器。
【具體實施方式】
[0039]為能進一步了解本發(fā)明的
【發(fā)明內(nèi)容】
、特點及功效，茲例舉以下實施例，并配合附圖詳細說明如下:
[0040]參閱附圖1、圖2和圖3。
[0041]本實施例軟包裝全固態(tài)電池用集流器，包括電極芯正負極端的集流器，采用泡沫鎳為例，全固態(tài)電解質(zhì)為無機材料，采用硫系固態(tài)電解質(zhì)。
[0042]與電極芯相接觸的集流器，是一種多孔泡沫狀的材料，這種孔隙在一體化壓制成型時，電極層的物質(zhì)能夠深入嵌合到孔隙中，大幅度的增加了集流器與活性物質(zhì)之間的實際接觸面積，大幅度的減小表面接觸的界面阻抗，而且還使得兩者不易剝離脫落，實現(xiàn)軟包室溫無壓力條件下充放電。
[0043]全固態(tài)軟包電池用集流器及含這種集流器電池的制作過程:
[0044]選用一種合適孔隙及厚度的泡沫鎳作為壓制一體化電芯所用集流器的制作材料，先裁剪出一個合適尺寸泡沫鎳，采用一定壓力預壓縮減小厚度；
[0045]提供的集流器I和5的