[实用新型]全固态锂电池

说明书

本实用新型属于固体电解质应用的技术领域，特别是用于制造固态锂电池的技术领域。

目前市场上通用的电池有很多种，它们的结构大都以正、负电极及水溶液的电介质包上金属外壳组成。就其锰干电池为例，锌皮做电池外皮为负极，中心碳棒和MnO₂为正极，在正、负电极之间填充电解质NH₄Cl，ZnCl₂的溶液及惰性填充料。但这种电池所用电介质为液体的，而带来的缺点是容易漏液，常常会腐蚀仪器的周围零部件，再有些使用寿命短。近期全固态锂型电池发展很快，我们已于1988年申请了“锂型蒙脱石快离子导体电池”的专利，申请号为：87101223。

该申请所制备的锂型蒙脱石快离子导体电池的电解质为锂蒙脱石，按（－）Li｜锂型蒙脱石｜TiS₂（＋）组成的电池，负极用的金属锂，正极用的TiS₂。这种电池虽未商品化，但有许多优点：如不漏液、贮存寿命长、比能量密度高，通常单个商品电池的电压是1.5V，而单个锂电池的电压则为3V。缺点是电池内阻大，因为固态电解质的电阻大，一般大电位放电的场合（几百毫安）不适用。

本实用新型的目的在于克服上述电池的缺点及不足之处，提供一种全固态可充放电的高比能密度的锂电池，这种电池采用薄片固体电介质带，既可以按通用1－7号金属外壳电池标准制做（而一节电池相当于原来两节电池的电压），又可做成全塑封的薄型（可薄到0.5mm以下）可弯曲的电池，它大大地减少电池的内阻，保留了全固态锂电池的其它优点。电池的薄型化也为一些薄型电子仪器提供了电源。

本实用新型提供的全固态高比能密度的锂电池分为两大类：

（1）按市场上通用1－7号干电池标准做的金属壳电池。

（2）全塑封式的薄型可弯曲的电池。

它们的结构均为三部分组成：①金属锂做负极；②有聚合物和无机离子导体组成的固体电介质；③钒的氧化物与碳的混合物组成的电池正极材料，也是正极。

下面结合附图（二）把金属外壳适用市售1－7号电池尺寸，可充电的电池详细说明：图（二）中的①是不锈钢筒做电池的正极引出极，采用点焊焊接或卷绕在镍带④上；②是金属材料如：不锈钢制做的电池外壳；③是金属锂带；④是金属镍带；⑤是有机聚合物和无机离子导体组成的固体电解质和做正极材料的复合膜带；⑥是绝缘带，如：聚脂胶带；⑦是电池密封用的环氧树脂层；⑧是蜡密封层；⑨是绝缘垫，如聚四氟乙烯，它的大小以刚好放到电池金属外壳的底部为准。

本实用新型特点之一是所用的固体电解质和正极材料均做成复合膜带，一层是钒的氧化物与导电物质的混合物，如Li_1＋XV₃O₈与碳或石墨或石墨与碳的混合物。其混合比例：

Li_1＋XV₃O₈70％～40％ Wt％

导电物质    30％～60％  Wt％

另一层是有机聚合物与无机离子导体混合物，如：PVAC与锂蒙脱石的混合膜或PEO与锂蒙脱石的混合膜，其混合比例为：

聚合物    5％～20％  Wt％

无机离子导体  95％～80％  Wt％

其特点之二是正极复合膜带采用卷绕方式绕在正极引出线①上，如图（一）所示电池的正极结构，①是正极引出线不锈钢筒；绝缘带⑥、镍带④、固体电解质和正极材料复合膜带⑤、锂带③以正极引出线①为轴，把如图（一）排布好的一层层带一起绕在正极引出线①上，卷好后放入金属电池外壳内。在卷绕过程中，要把正极材料复合膜带的钒的氧化物与碳的混合物层紧贴在镍带那面，而且每层里带比外层带要窄5mm左右，最里层的锂带要略长，为的是锂带与金属外壳紧密接触，它就成了负极的引出极。金属外壳的外面贴绝缘商标后，只露出金属底座部分，这部分就是负极引出极。金属外壳的上口部就先封以石蜡，再封以环氧树脂即可。另外正极材料用什么而决定所制做电池是否可充放电，如果不需做成充电电池，那么所采用的正极材料为MnO₂即可。