[發明專利]呼吸式方形固態電池

有效

• 申請號: 201811118666.1
• 申請日: 2018-09-26
• 公開（公告）號: CN109273778B
• 公開（公告）日: 2021-01-22
• 發明（設計）人: 孟繁慧;周江;伍紹中
• 申請（專利權）人: 天津力神電池股份有限公司
• 主分類號: H01M10/0587
• 分類號: H01M10/0587;H01M10/0583;H01M10/0565;H01M10/0562
• 代理公司: 天津市三利專利商標代理有限公司 12107
• 代理人: 楊紅

本發明涉及一種呼吸式方形固態電池，包括連接負極耳的負極片、連接正極耳的正極片以及卷繞在負極片和正極片上的固態電解質膜，構成的方形固態電池極組，其特征是：所述方形固態電池極組的中心層設有方形彈性壓力緩沖裝置，構成呼吸式固態電芯。有益效果：本發明的方形壓力緩沖裝置具有較寬的壓縮形變范圍，其壓縮強度小于固態電池內部的膨脹應力，吸收電芯向內的體積膨脹，用于構建呼吸式的電芯工作模式。呼吸式固態電芯支持呼吸式的工作模式，即：負極膨脹時，壓力緩沖裝置體積收縮；負極收縮時，壓力緩沖裝置體積恢復，避免電芯整體體積的突變，進而保證固態電池性能的穩定性。

技術領域

本發明屬于電池領域，尤其涉及一種呼吸式方形固態電池。

背景技術

提升離子電池能量密度的方法大致包括以下幾個方向：首先，更輕、更小的電池組裝設計及研究也是提升鋰離子電池能量密度的主要路線；其次，減輕電池的重量，減小電池的體積，可以通過減輕和減小電池殼、箔材、隔膜及其他輔材的重量和體積的方法實現；從電池化學體系方面，提升正負極材料容量及電池電壓，在此背景下三元材料的應用研究成為目前的研究熱點，鋰金屬負極的研究也再次興起。

但是，當前商業化的鋰離子電池的電解液溶劑為低沸點小分子有機化合物，在電池發生內短路或內部熱累積情況下，易氣化并發生放熱反應，直至發生放熱連鎖反應，引發大面積負極、正極、電解液和隔膜等材料的放熱反應，最終導致鋰離子電池發生熱失控。所以，在不改變鋰離子電池電解液的情況下，高能量密度鋰離子電池的安全性問題變得越來越突出。

固態電池，作為具有本征安全屬性的電池，利用固態電解質的化學惰性及高強度力學特征，可以抑制電池內部副反應發生，同時，可抑制鋰枝晶形成，進而優化提升鋰電池的安全性，為鋰金屬在鋰離子電池中的應用提供了解決方案。

但是，固態鋰電池在工作過程中會發生較大的體積變化，充電式體積膨脹，放電時體積收縮，上述體積變化會造成界面損傷，使固態鋰電池性能發生嚴重衰減。

發明內容

本發明的目的在于克服上述技術的不足，而提供一種呼吸式方形固態電池，通過高彈性的方形彈性壓力緩沖裝置吸收電芯向內的體積膨脹，可以避免因固態電池充放電過程中體積的膨脹收縮造成的電芯結構的破壞，進而保證固態電池性能的穩定性。

本發明為實現上述目的，采用以下技術方案：一種呼吸式方形固態電池，包括連接負極耳的負極片、連接正極耳的正極片以及卷繞在負極片和正極片上的固態電解質膜，構成的方形固態電池極組，其特征是：所述方形固態電池極組的中心層設有方形彈性壓力緩沖裝置，構成呼吸式固態電芯。

所述方形彈性壓力緩沖裝置的厚度為0.5-10毫米。

所述方形彈性壓力緩沖裝置采用塑料、橡膠、單組份熱塑性彈性聚合物中的一種或幾種的混合彈性泡沫材料。混合彈性泡沫材料的組分，按重量百分比，塑料成分含量為10％-80％，橡膠成分含量為10％-60％，單組份熱塑性彈性聚合物的成分含量為10％-60％。

所述方形彈性壓力緩沖裝置組分中的塑料為聚丙烯、聚乙烯或尼龍；橡膠為乙烯丙烯二烯烴M類橡膠、丁腈橡膠和硅橡膠的天然或合成橡膠；所述單組份熱塑性彈性體聚合物為苯乙烯嵌段共聚物及其共混物、熱塑性聚氨酯或熱塑性聚酯彈性體。

所述方形彈性壓力緩沖裝置的壓縮形變范圍為5％≤ε≤80％。

所述方形彈性壓力緩沖裝置可承受的壓縮強度為0.1MPa≤σ≤20MPa，σ總是小于電池殼破裂強度。

有益效果：與現有技術相比，本發明的方形壓力緩沖裝置具有較寬的壓縮形變范圍，其壓縮強度小于固態電池內部的膨脹應力，吸收電芯向內的體積膨脹，用于構建呼吸式的電芯工作模式。呼吸式固態電芯支持呼吸式的工作模式，即：負極膨脹時，壓力緩沖裝置體積收縮；負極收縮時，壓力緩沖裝置體積恢復，避免電芯整體體積的突變，進而可以避免因固態電池充放電過程中體積的膨脹收縮造成的電芯結構的破壞，進而保證固態電池性能的穩定性。