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双极电池是由多个正负极组成的单片电池组合而

发布时间：2023-03-04 来源：未知浏览次数：

双极固体电池结构。

双极电池是由多个正负极组成的单片电池组合而成的一种电池。与锂离子电池相比，它具有更高的能量密度和更高的电压，是一种非常有希望用于电动汽车和储能的电池。以下文章介绍了这方面的一些技术专利。

解决技术问题：

目前双极电池的箔材大多采用铜铝复合箔。首先在其表面涂覆需要辊压的浆料，然后进行辊压，然后在另一侧涂覆辊压较小的浆料，再进行辊压，不仅耗时长，而且由于铝铜复合箔较薄，在辊压过程中容易用大颗粒刺破箔材，导致正负极短路，电池漏电。

提出的解决方案：

一种双极电池极片，包括正极极片、导电胶层和负极极片，正极片、导电胶层和负极片依次重叠；

2.正极片由铝箔正面或背面涂覆的正极浆料组成，铝箔厚度为815μm，负极片由铜箔正面或背面涂覆的负极浆料组成，铜箔厚度为48μm；

导电胶层的厚度大于1μm。

正极浆料由以下重量百分比的原料组成：正极活性物质94%98%，导电剂0.5%3%，粘结剂1.5%55%；正极活性物质为钴酸锂、NCM(镍钴锰酸锂)、NCMA(镍钴锰酸锂)、锰酸锂或磷酸铁锂，导电剂为SP(导电炭黑)、CNT(多壁碳纳米管)、VGCF(碳纤维)或SWCNT(单壁碳纳米管)，粘结剂为PVDF(聚偏氟乙烯)或PTFE(聚全氟乙烯)。

负极浆料由以下重量百分比原料组成：负极活性物质92%98%，导电剂0.5%3%，增稠剂1%2%，粘结剂1%3%；负极活性物质为石墨、硬碳、软碳、硅碳、硅氧、硅负极或钛酸锂，导电剂为SP、CNT、VGCF或SWCNT，增稠剂为CMCNa(羧甲基纤维素钠)、CMCLi(羧甲基纤维素锂)或PAA(聚丙烯酸)，粘结剂为SBR(丁苯橡胶乳液)或丙烯酸及其衍生物。

导电层由以下重量百分比原料组成，导电剂10%40%，粘结剂60%90%；导电剂至少是SP、CNT、SWCNT或VGCF中的一种，粘结剂至少是PVDF、PTFE、聚丙烯酸及其衍生物或环氧树脂中的一种。

工艺步骤：

(1)制备正极片：将正极片涂在铝箔的上层或下层，待涂完(达到设定的面2密度1323mg/cm)后，经过烘烤(120m/min速度通过90110℃的烘道，烘道长230m)，极片干燥后进行辊压(辊压压力为1300t，速度为280m/min)；

(2)制备负极片：将负极浆料涂在铜箔上，待涂完(达到设定的面密度8216mg/cm)后，经烘烤(120m/min速度通过70100℃的烘道，烘道长230m)，干燥后辊压(辊压压力1300t，速度2216mg/cm)；

(3)将导电胶涂在正极片涂有正极浆料表面的相对面上，将导电胶涂在负极片涂有负极浆料表面的相对面上，将导电胶涂在正极片涂有导电胶的表面和负极片涂有负极浆料表面的相对面重叠放置，辊压(压力15t)得到所述的双极电池极片。

通用汽车环球科技运营有限公司(CN113130847A2021)

单极，双极混合电池结构。

制备聚合物电解质：(离子材料公司CN108140805B2022)

用4.2:1的摩尔比(基础聚合物单体与掺杂剂的比例大于1:1)将PPS和氯馏粉混合在一起。然后在氩气或空气中加热混合物约24小时，温度高达350℃，空气压力大。观察颜色。

通过改变，可以确定电荷转移络合物是由聚合物掺杂剂反应混合物产生的。接着是反应混合物的重量。

将LiTFSI粉末(所有混合物的12重量%)与反应混合，新研磨至1~40微米的小平均粒度。

固体离子传导性聚合物材料是由合物混合而成。

JP2016136490A是丰田汽车的叠层电池

解决技术问题：

近年来，在船舶或车辆中，多个电池单元不经母线直接分层而成的分层电池被使用。从构件少、简单、比容量的角度来看，分层电池优于通过母线等分层电池单元的组电池，有助于减少船舶和车辆排出的二氧化碳，延长行驶距离。

但在层叠式电池内部，由于多个电池单元相邻层叠，在层叠方向上，电池单元的温度在中央部门附近和端部附近有所不同。由于温度的差异，有时电池单元或电池单元零件的劣化加剧，整个电池的循环耐久性降低。

技术方案：

一种层叠式全固体电池制造方法的特点是，多个具有正极集电体层、正极活性物质层、固体电解质层、负极活性物质层和负极集电体层的全固体电池单元通过双极或单极连接，测量上述多个全固体电池单元的内部电阻，双极连接上述多个全固体电池单元时，将上述全固体电池单元的内部电阻与上述全固体电池单元的外部电阻相比，通过层叠方向上述全固体电池单元的内部电阻小的方式，将上述多个全固体电池单元层叠起来，或者将上述多个全固体电池单元的单极连接起来。

依据本发明，可提供一种层叠式全固体电池的制造方法，可简化制造工艺，使整个电池温度相对均匀。

技术原理：

通常情况下，在多个电池单元以双极形式连接的叠层电池中，内部电阻越大，发热量越大。因此，这些多个全固体电池单元可以使叠层方向内的全固体电池单元的发热量小于叠层方向内的全固体电池单元的发热量小于叠层方向外的全固体电池单元。

单极电池的电路原理。

双极电池的电路原理。

电池材料的选择及电池生产工艺：

将起始材料Li2S(从日本化学工业获得)0.7656g和P2S5(从阿尔德里奇获得)1.2344g(从中微子乳钵获得)混合5分钟，然后加入4g庚烷。用行星球磨机机械研磨这些混合物40小时，得到固体电解质颗粒。

作为正极活性物质，混合LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2(从日亚化工有限公司获得)12g、VGCF(从昭和电工有限公司获得)0.5g和上述固体电解质粒子6g，制备正极合剂。将正极复合材料分散在庚烷(从关东化工有限公司获得)中，制备正极复合材料浆料，将正极复合材料浆料涂在铝箔上作为正极集电层，从而获得正极活性材料层和正极集电层的正极。

3.混合石墨(从三菱化学有限公司获得)9g及上述固体电解质粒子9g作为负极活性物质，制备负极合剂。通过将负极复合材料分散在庚烷中，制备负极复合材料浆料，将负极复合材料浆料涂在作为负极集电体层的铜箔上，得到负极活性材料层和负极集电体层的负极。

4.上述正极集电体层和正极活性物质层、固体电解质颗粒、负极活性物质层和负极集电体层依次叠放在模具上，成型为4ton/cm2。然后，从模具中取出，得到所有的固体电池单元。

昭和的工作株式会社(2022-90816)

解决技术问题：

与使用液体电解质的电池相比，电解质为固体的全固体电池具有电池可靠性高的优点，因为其设计自由度高，电池容易小型化和薄型化，不用担心电解质的泄漏。

另一方面，与以往使用液体电解质的电池相比，全固体电池具有较低的锂离子传导性，因此电池内部电阻较大，难以获得较高的输出电流。因此，在固体电池中，需要提高锂离子传导性，降低内部电阻。

无机固体电解质作为一种固体电解质，备受关注。作为这种无机固体电解质，它主要知道氧化物系统和硫化物系统的固体电解质。冷压机可用于硫化物系统的固体电解质。虽然它具有电池制造过程简单的优点，但它优选氧化物系统的固体电解质，以便容易与大气中的水反应，产生有害的硫化氢。

本文提出了一种基于氧化物的固态电化材料层压全固态电池，其基础是NASICON晶体结构的Li1+xAlxTi2-x(PO44)3(LATP)。这种电解质可以在900℃以下相对较低的烧成温度下生产固体电池，但锂离子电导率低于5×10-4S/cm，作为电解质不能说高。

在早期阶段，建议使用具有组成Li(1+(5-a)x)Mx(V(1-x)O(3-bx)(M=3价，4价金属)的锂钒氧化物固体电解质。部分固体电解质被Al或Ti等三价或四价阳离子所取代，锂离子电导率提高，电池内部电阻降低，但对于固体电池来说，高容量、高压化还不够。

LiTa2PO8具有单斜晶体结构，具有较高的锂离子电导率(总电导率(25℃)：2.5×10-4S·cm-1)。然而，为了获得目标晶体结构和较高的锂离子电导率，需要1000℃以上的高温烧结。电极活性物质和电解质在如此高的温度下容易反应，导致活性物质性能下降，因此不优选。

为了抑制层叠式全固体电池的内部电阻和电极活性物质的副作用，优选高锂离子传导性和低烧结温度的氧化物作为固体电解质。然而，当氧化物固体电解质的烧结温度较低时，氧化物固体电解质的烧结密度较低，电解质粒子之间的界面电阻(以下简称晶界电阻)较大，因此很难获得较高的锂离子电导率。

技术方案：

单极叠层固体电池的结构。

固体电解质的制造工艺如下：

碳酸锂(Li2CO3)(SigmaAldrich公司制造，纯度超过99.0%)，五氧化钒(Ta2O5)(富士薄膜和光纯药(株)制造，纯度为99.9%)，磷酸氢二铵(NH4)2HPO4(SigmaAldrich公司制造，纯度超过98%)，锂与磷原子数比(Li:Ta:P)相比，纯度超过2HPO4(SigmaAldrich)，考虑到在烧制过程中流出到系统外的锂原子，碳酸锂被设定为1.1倍，五氧化锰被设定为1倍。

摩尔比电解质含量。

小固态电池的叠层制造工艺(特2020-155289)

固体小电池产品烧结。

电池内部结构。

生片叠层工序。

Y开导电槽的过程。

导电粉末浆料填充工艺。

印刷电极工序。

X向开玻璃槽工序。

玻璃浆料填充工艺。

X向，Y向切割过程。

全固态小型电池设计方案(WO2019/093215)