[发明专利]一种固态锂离子电池的封装及制备方法

说明书

本发明涉及一种固态锂离子电池的封装，包括盖板、固态锂离子电池以及基底，所述盖板下表面设置上电极层，上电极层上设置导线层，所述导线层位于盖板的中心位置；所述基底上设置有凹槽，所述凹槽表面和周侧依次设置有绝缘层和下电极层；盖板与基底相贴合，盖板与基底的凹槽形成密封腔体，所述固态锂离子电池设置在密封腔体中该技术方案克服了现有技术中存在的不足，使电池具有高的能量密度的同时还具有高的可靠性能和机械强度。

技术领域

本发明涉及一种电池封装，具体涉及一种锂离子电池的封装及其制备方法，属于锂离子电池技术领域。

背景技术

与超级电容器或其他类型电池相比，锂离子电池具有能量密度高、循环寿命长、无记忆效应及环境污染小等优点，因此在手机、笔记本电脑等消费类电子产品和电动汽车等新能源交通工具等诸多领域得到广泛应用。传统的锂离子电池采用液态电解质或固液混合的凝胶态电解质(相应的电池称为液态或半固态锂离子电池)，这些液态或凝胶态电解质通常具有很高的活性，极易燃烧，并存在由于工作温度过高或短路等引起爆炸的危险。采用固态电解质(相应的锂离子电池称为固态锂离子电池)代替液态或凝胶态电解质可避免上述危险，并可以有效地减小电池体积，因此，固态锂离子电池具有广阔的发展和应用前景。对于固态锂离子电池，如何有效提高电池的能量密度和可靠性能是亟待解决的关键问题。采用高比容量的电极材料代替现有技术中的电极材料是提高电池能量密度的有效途径，例如，硅电极的理论容量可达4200mAh/g，相比之下，现有商用的石墨电极的理论容量仅为372mAh/g。但另一方面，相比于现有的电极材料，具有高比容量的电极材料在工作过程中往往伴随着巨大的体积膨胀(以硅为例，体积膨胀可高达400％)。如此大的体积变化所伴随的应力极易导致电极材料破裂等可靠性问题，进而引起电池失效。如何缓解高比容量的电极材料的体积膨胀所带来的可靠性问题是目前的研究热点，现有报道的方法包括采用合金型电极材料以及将电极制备成纳米结构等。

此外，封装是影响固态锂离子电池的性能的一大重要因素。现有的封装方法普遍采用在电池表面沉积保护层(如沉积聚合物/金属复合薄膜)的方式进行封装，这可防止空气中氧气、湿气等渗透进入电池的活性材料中并造成电池性能恶化。但是，现有技术的封装形式把电池牢牢地束缚在基底上，没有考虑电池电极工作时体积会发生膨胀等因素，这造成电极体积膨胀所产生的应力无法释放，因此，极易引起电极的破裂及其导致的可靠性问题。因此，迫切需要一种新的方案解决上述技术问题。

发明内容

本发明正是针对现有技术中存在的问题，提供一种固态锂离子电池的封装及其制备方法，该技术方案克服了现有技术中存在的不足，使电池具有高的能量密度的同时还具有高的可靠性能和机械强度。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下，一种固态锂离子电池的封装，包括盖板、固态锂离子电池以及基底，所述盖板下表面设置上电极层，上电极层上设置导线层，所述导线层位于盖板的中心位置；所述基底上设置有凹槽，所述凹槽表面和周侧依次设置有绝缘层和下电极层；盖板与基底相贴合，盖板与基底的凹槽形成密封腔体，所述固态锂离子电池设置在密封腔体中。

作为本发明的一种改进，电池的一端电极通过与基底上的下电极层相接触，进行电极引出，电池的另一端电极与盖板上的导线层相接触，并通过上电极层形成电极引出。

作为本发明的一种改进，所述导线层为具有高弹性模量和高导电能力的纳米线或纳米管，优选为碳纳米线、碳纳米管、氧化锌纳米线等，其中导线呈阵列结构。采用阵列结构，既有助于确保导线层与电池电极间形成可靠的电接触并降低接触电阻，又有助于确保导线具有良好的机械强度与机械弹性。所述纳米线或纳米管的高度在20-50μm，这既规避了盖板与基底间贴合的工艺偏差及纳米线或纳米管过短导致的导线层与电池接触不良的问题，又避免了纳米线或纳米管高度过高导致其机械性能恶化及寄生电阻过大的问题。

作为本发明的一种改进，所述盖板为绝缘材料，包括玻璃或覆盖有绝缘材料的硅片，使得盖板与基底之间绝缘。