CN112086686A - 全固态电池电芯、叠层电池电芯和复合电池电芯 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种全固态电池电芯，包括至少一个正极和至少一个负极；所述正极和负极之间交错设置；所述正极上复合有固态离子导体Ⅰ，所述负极上复合有固态离子导体Ⅱ，位于相邻的所述正极和负极之间的所述固态离子导体Ⅰ和固态离子导体Ⅱ复合在一起并形成固态离子导体，或位于相邻的所述正极和负极之间的所述固态离子导体Ⅰ和固态离子导体Ⅱ融合为一体并形成固态离子导体。本发明还公开了一种全固态叠层电池电芯和一种全固态复合电池电芯。本发明的全固态电池电芯及全固态叠层电池电芯，不仅能够满足储能要求，而且能够有效增强固态离子导体与电极之间的结合力以及亲润性，并能够有效减小固态离子导体与电极之间的界面电阻。

Description

全固态电池电芯、叠层电池电芯和复合电池电芯

技术领域

本发明属于储能设备技术领域，具体的为一种全固态电池电芯、叠层电池电芯和复合电池电芯。

背景技术

固态电池是一种电池科技。与现今普遍使用的锂离子电池和锂离子聚合物电池不同的是，固态电池是一种使用固体电极和固体电解质的电池。传统的液态锂电池又被科学家们形象地称为“摇椅式电池”，摇椅的两端为电池的正负两极，中间为电解质(液态)。而锂离子就像优秀的运动员，在摇椅的两端来回奔跑，在锂离子从正极到负极再到正极的运动过程中，电池的充放电过程便完成了。固态电池的原理与之相同，只不过其电解质为固态，具有的密度以及结构可以让更多带电离子聚集在一端，传导更大的电流，进而提升电池容量。因此，同样的电量，固态电池体积将变得更小。不仅如此，固态电池中由于没有电解液，封存将会变得更加容易，在汽车等大型设备上使用时，也不需要再额外增加冷却管、电子控件等，不仅节约了成本，还能有效减轻重量。

现有的固态电池虽然在一定程度上能够满足使用要求，但是仍存在以下不足：

1)固态离子导体与电极之间的结合力不足；

2)固态离子导体与电极之间的亲润性较差；

3)固态离子导体与电极之间的界面电阻较大。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种全固态电池电芯、叠层电池电芯和复合电池电芯，不仅能够满足储能要求，而且能够有效增强固态离子导体与电极之间的结合力以及亲润性，并能够有效减小固态离子导体与电极之间的界面电阻，提高离子渗透率。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

本发明首先提出了一种全固态电池电芯，

包括至少一个正极和至少一个负极；

所述正极和负极之间交错设置；

所述正极上复合有固态离子导体Ⅰ，所述负极上复合有固态离子导体Ⅱ，位于相邻的所述正极和负极之间的所述固态离子导体Ⅰ和固态离子导体Ⅱ复合在一起并形成固态离子导体，或位于相邻的所述正极和负极之间的所述固态离子导体Ⅰ和固态离子导体Ⅱ融合为一体并形成固态离子导体。

进一步，所述正极的数量N与所述负极的数量M满足：

M＝N，或，|M-N|＝1。

进一步，所述正极设有所述固态离子导体Ⅰ的侧面上设有第一凹槽，所述固态离子导体Ⅰ面向所述正极的一侧嵌入到所述第一凹槽内；和/或，

所述负极设有所述固态离子导体Ⅱ的侧面上设有第二凹槽，所述固态离子导体Ⅱ面向所述负极的一侧嵌入到所述第二凹槽内。

进一步，所述第一凹槽的宽度沿着槽底指向槽口的方向逐渐增大；

所述第二凹槽的宽度沿着槽底指向槽口的方向逐渐增大。

进一步，所述正极设有所述固态离子导体Ⅰ的侧面上阵列设有第一嵌孔，所述固态离子导体Ⅰ面向所述正极的一侧嵌入到所述第一嵌孔内；和/或，

所述负极设有所述固态离子导体Ⅱ的侧面上阵列设有第二嵌孔，所述固态离子导体Ⅱ面向所述负极的一侧嵌入到所述第二嵌孔内。

进一步，任意两个垂直于所述第一嵌孔轴线的径向截面在同一个所述第一嵌孔上截得的两个径向截面Ⅰ中，靠近所述第一嵌孔孔底一侧的径向截面Ⅰ的几何尺寸小于等于靠近所述第一嵌孔孔口一侧的径向截面Ⅰ的几何尺寸；

任意两个垂直于所述第二嵌孔轴线的径向截面在同一个所述第二嵌孔上截得的两个径向截面Ⅱ中，靠近所述第二嵌孔孔底一侧的径向截面Ⅱ的几何尺寸小于等于靠近所述第二嵌孔孔口一侧的径向截面Ⅱ的几何尺寸；

进一步，所述正极采用但不限于磷酸铁锂、三元材料、含硫导电材料、含有金属或有机材料的多孔碳层空气电池电极、层状金属氧化物材料或含氧有机聚合物材料制成；

所述负极采用但不限于金属锂、金属钠、金属铝、金属镁、金属钾、石墨烯、硬碳、氧化硅或硅单质制成；

所述固态离子导体采用凝胶、氧化物、硫化物和有机聚合物中的一种或至少两种的混合物制成。

进一步，所述正极采用正极活性材料与固态离子导体材料的混合物制成；

所述负极采用负极活性材料与固态离子导体材料的混合物制成。

进一步，所述正极内的所述固态离子导体材料与所述正极活性材料之间的摩尔比小于等于100％；

所述负极内的所述固态离子导体材料与所述负极活性材料之间的摩尔比小于等于100％。

进一步，所述正极活性材料呈颗粒状均匀分布，且所述正极活性材料颗粒的缝隙中填充有所述固态离子导体材料；

所述负极活性材料呈颗粒状均匀分布，且所述负极活性材料颗粒的缝隙中填充有所述固态离子导体材料。

本发明还提出了一种全固态叠层电池电芯，

包括软包体，所述软包体内设有至少两个复合在一起的如权利要求1-10任一项所述的全固态电池电芯；

相邻的两个所述全固态电池电芯中，其中一个所述全固态电池电芯端部的正极与另一个所述全固态电池电芯端部的负极相邻设置，且在该相邻的所述正极和负极之间设有电子导电但离子隔离的双极集流板。

本发明还提出了一种全固态复合电池电芯，

包括软包体，所述软包体内设有至少两个复合在一起的如权利要求1-10任一项所述的全固态电池电芯；

相邻的两个所述全固态电池电芯中，

其中一个所述全固态电池电芯端部的正极与另一个所述全固态电池电芯端部的正极相邻设置，该相邻的两个所述正极之间复合在一起或该相邻的两个所述正极之间设有电子导电但离子隔离的双极集流板或该相邻的两个所述正极之间设有电子绝缘且离子隔离的绝缘隔膜；

或，

其中一个所述全固态电池电芯端部的负极与另一个所述全固态电池电芯端部的负极相邻设置；该相邻的两个所述负极之间复合在一起或该相邻的两个所述负极之间设有电子导电但离子隔离的双极集流板或该相邻的两个所述负极之间设有电子绝缘且离子隔离的绝缘隔膜；

或，

其中一个所述全固态电池电芯端部的正极与另一个所述全固态电池电芯端部的负极相邻设置，且在该相邻的所述正极和负极之间设有电子绝缘且离子隔离的绝缘隔膜。

本发明的有益效果在于：

本发明的全固态电池电芯，通过将固态离子导体Ⅰ与正极复合为一体，将固态离子导体Ⅱ与负极复合为一体，在保证固态离子导体Ⅰ与正极之间以及固态离子导体Ⅱ与负极之间的结合力以及亲润性的基础上，再将正极体和负极体复合在一起，使固态离子导体Ⅰ和固态离子导体Ⅱ复合在一起形成固态离子导体，或使固态离子导体Ⅰ和固态离子导体Ⅱ融合为一体形成固态离子导体，如此，即可有效增强固态离子导体与电极之间的结合度和亲润性，并降低固态离子导体与电极之间界面电阻，提高离子渗透率。

通过将正极采用正极活性材料与固态离子导体材料的混合物制成，混合在正极内的固态离子导体材料与复合在正极侧面上的固态离子导体Ⅰ之间可离子导电连通，能够有效提高离子渗透率，并降低固态与电极之间界面电阻；

同理，通过将负极采用负极活性材料与固态离子导体材料的混合物制成，混合在负极内的固态离子导体材料与复合在负极侧面上的固态离子导体Ⅱ之间可离子导电连通，能够有效提高离子渗透率，并降低固态与电极之间界面电阻。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本发明提供如下附图进行说明：

图1为本发明全固态电池电芯实施例1的结构示意图，具体的为正极与负极分开时的结构示意图；

图2为正极与负极复合在一起后的结构示意图；

图3为图2的A详图；

图4为正极的微观结构示意图；

图5为负极的微观结构示意图；

图6为本发明全固态电池电芯实施例2的结构示意图，具体的为正极与负极分开时的结构示意图；

图7为正极与负极复合在一起后的结构示意图；

图8为图5的B详图；

图9为本发明全固态电池电芯实施例3的结构示意图，具体的为正极与负极分开时的结构示意图；

图10为正极与负极复合在一起后的结构示意图；

图11为图8的C详图；

图12为本发明全固态电池电芯实施例4的结构示意图；具体的为正极与负极的数量相等时的结构示意图；

图13为正极的数量与负极的数量之差等于1时的结构示意图；

图14为负极的数量与正极的数量之差等于1时的结构示意图；

图15为本发明全固态叠层电池电芯的第一种结构示意图，具体的为全固态电池电芯中的正极数量N与负极数量M相等时的结构示意图，图中仅在全固态叠层电池的两端分别设有正极极耳和负极极耳；

图16为所有正极上均设有正极极耳以及所有负极上均设有负极极耳时的全固态叠层电池电芯的结构示意图；

图17为本发明全固态叠层电池电芯的第二种结构示意图，具体的为全固态电池电芯中的正极数量N与负极数量M之间的差值的绝对值等于1时的结构示意图；

图18为本发明全固态复合电池电芯实施例6的结构示意图，具体的为采用实施例1中的至少两个全固态电池电芯组成全固态复合电池电芯的第一种结构示意图；

图19为采用实施例1中的至少两个全固态电池电芯组成全固态复合电池电芯的第二种结构示意图；

图20为采用实施例2中的至少两个全固态电池电芯复合在一起时的第一种结构示意图；

图21为采用实施例3中的至少两个全固态电池电芯复合在一起时的第一种结构示意图；

图22为采用实施例2中的至少两个全固态电池电芯复合在一起时的第二种结构示意图；

图23为采用实施例3中的至少两个全固态电池电芯复合在一起时的第二种结构示意图；

图24为本发明全固态复合电池电芯实施例7的结构示意图，具体的为采用实施例1中的至少两个全固态电池电芯复合在一起时的结构示意图；

图25为采用实施例2和实施例3中的至少两个全固态电池电芯100复合在一起时的结构示意图。

附图标记说明：

10-正极；11-固态离子导体Ⅰ；12-第一凹槽；13-正极极耳；

20-负极；21-固态离子导体Ⅱ；22-第二凹槽；23-负极极耳；

30-固态离子导体；31-固态离子导体材料；

100-全固态电池电芯；101-软包体；102-双极集流板；103-软包体；104-双极集流板；105-绝缘隔膜；106-绝缘隔膜。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好的理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。

实施例1

如图1所示，为本发明全固态电池电芯实施例1的结构示意图。本实施例的全固态电池电芯，包括至少一个正极10和至少一个负极20，正极10和负极20之间交错设置。

正极10上复合有固态离子导体Ⅰ11，负极20上复合有固态离子导体Ⅱ21，位于相邻的正极10和负极20之间的固态离子导体Ⅰ11和固态离子导体Ⅱ21复合在一起并形成固态离子导体30，或位于相邻的正极10和负极20之间的固态离子导体Ⅰ11和固态离子导体Ⅱ21融合为一体并形成固态离子导体30。具体的，本实施例位于相邻的正极10和负极20之间的固态离子导体Ⅰ11和固态离子导体Ⅱ21融合为一体并形成固态离子导体30，本实施例的固态离子导体Ⅰ11和固态离子导体Ⅱ21采用相同材料的固体离子导体材料制成。

进一步，正极10的数量N与负极20的数量M满足：

M＝N，或，|M-N|＝1。

具体的，本实施例的正极10的数量N与负极20的数量M满足：M＝N＝1。

进一步，本实施例的正极10设有固态离子导体Ⅰ11的侧面上设有第一凹槽12，固态离子导体Ⅰ11面向正极10的一侧嵌入到第一凹槽12内。负极20设有固态离子导体Ⅱ21的侧面上设有第二凹槽22，固态离子导体Ⅱ21面向负极20的一侧嵌入到第二凹槽22内。具体的，本实施例的正极10和负极20相向的一侧侧面上分别设有第一凹槽12和第二凹槽22。本实施例的第一凹槽12和第二凹槽22可设置为多种结构，如可以采用波浪槽、三角形锯齿槽、梯形槽、V型槽和矩形槽等。为了提高固态离子导体Ⅰ11与正极10侧面的结合面积，本实施例的第一凹槽12的宽度沿着槽底指向槽口的方向逐渐增大。同理，为了提高固态离子导体Ⅱ21与负极20侧面之间的结合面积，第二凹槽22的宽度沿着槽底指向槽口的方向逐渐增大。本实施例的第一凹槽12和第二凹槽22均设置为波浪槽。通过在正极10设置第一凹槽12，能够有效增强正极10与固态离子导体Ⅰ11之间的结合强度和亲润性，并减少正极10与固态离子导体Ⅰ11之间的界面电阻。同理，通过在负极20上设置第二凹槽22，增强负极20与固态离子导体Ⅱ21之间的结合强度和亲润性，并减少负极20与固态离子导体Ⅱ21之间的界面电阻。

另外，还可以在正极10设有固态离子导体Ⅰ11的侧面上阵列设置第一嵌孔，固态离子导体Ⅰ11面向正极10的一侧嵌入到第一嵌孔内。具体的，任意两个垂直于第一嵌孔轴线的径向截面在同一个第一嵌孔上截得的两个径向截面Ⅰ中，靠近第一嵌孔孔底一侧的径向截面Ⅰ的几何尺寸小于等于靠近第一嵌孔孔口一侧的径向截面Ⅰ的几何尺寸。当然，也可以在负极20设有固态离子导体Ⅱ21的侧面上阵列设置第二嵌孔，固态离子导体Ⅱ21面向负极20的一侧嵌入到第二嵌孔内。任意两个垂直于第二嵌孔轴线的径向截面在同一个第二嵌孔上截得的两个径向截面Ⅱ中，靠近第二嵌孔孔底一侧的径向截面Ⅱ的几何尺寸小于等于靠近第二嵌孔孔口一侧的径向截面Ⅱ的几何尺寸。第一嵌孔和第二嵌孔均可采用多种结构，如采用圆锥形嵌孔、方锥形嵌孔以及喇叭口形嵌孔等，不再累述。

具体的，在一些实施例中，可以仅在正极10设有固态离子导体Ⅰ11的侧面上设置第一凹槽12或第一嵌孔，也可以同时在正极10设有固态离子导体Ⅰ11的侧面上设置第一凹槽12和第一嵌孔。同理，在一些实施例中，可以仅在负极20设有固态离子导体Ⅱ21的侧面上设置第二凹槽22或第二嵌孔，也可以同时在负极20设有固态离子导体Ⅱ21的侧面上设置第二凹槽22和第二嵌孔。

具体的，正极10采用但不限于磷酸铁锂、三元材料、含硫导电材料、含有金属或有机材料的多孔碳层空气电池电极、层状金属氧化物材料或含氧有机聚合物材料制成；负极20采用但不限于金属锂、金属钠、金属铝、金属镁、金属钾、石墨烯、硬碳、氧化硅或硅单质制成；固态离子导体30材料包括凝胶、氧化物、硫化物和有机聚合物中的一种或至少两种的混合物。

进一步，正极10采用正极活性材料14与固态离子导体材料31的混合物制成。且正极中，固态离子导体材料与正极活性材料之间的摩尔比小于等于100％。在微观结构上，正极活性材料呈颗粒状均匀分布，且正极活性材料颗粒的缝隙中填充有固态离子导体材料，如图4所示。通过将正极采用正极活性材料与固态离子导体材料的混合物制成，混合在正极内的固态离子导体材料与复合在正极侧面上的固态离子导体Ⅰ之间可离子导电连通，能够有效提高离子渗透率，并降低固态与电极之间界面电阻。

负极20采用负极活性材料24与固态离子导体材料31的混合物制成。且负极中，固态离子导体材料与负极活性材料之间的摩尔比小于等于100％。在微观结构上，负极活性材料呈颗粒状均匀分布，且负极活性材料颗粒的缝隙中填充有固态离子导体材料，如图5所示。通过将负极采用负极活性材料与固态离子导体材料的混合物制成，混合在负极内的固态离子导体材料与复合在负极侧面上的固态离子导体Ⅱ之间可离子导电连通，能够有效提高离子渗透率，并降低固态与电极之间界面电阻。

本实施例的固态离子导体材料31与固态离子导体30采用的材料相同，当然，固态离子导体材料31与固态离子导体30采用的材料也可以不同，只要能够达到增强固态离子导体30与正极10以及负极20之间的亲润性以及降低固态离子导体30与正极10以及负极20之间的界面电阻、增加离子渗透率均可。

本实施例的全固态电池电芯，通过将固态离子导体Ⅰ与正极复合为一体，将固态离子导体Ⅱ与负极复合为一体，在保证固态离子导体Ⅰ与正极之间以及固态离子导体Ⅱ与负极之间的结合力以及亲润性的基础上，再将正极体和负极体复合在一起，使固态离子导体Ⅰ和固态离子导体Ⅱ复合在一起形成固态离子导体，或使固态离子导体Ⅰ和固态离子导体Ⅱ融合为一体形成固态离子导体，如此，即可有效增强固态离子导体与电极之间的结合度和亲润性，并降低固态离子导体与电极之间界面电阻，提高离子渗透率。

实施例2

如图6所示，为本发明全固态电池电芯实施例2的结构示意图。本实施例的全固态电池电芯，包括至少一个正极10和至少一个负极20，正极10和负极20之间交错设置。

正极10上复合有固态离子导体Ⅰ11，负极20上复合有固态离子导体Ⅱ21，位于相邻的正极10和负极20之间的固态离子导体Ⅰ11和固态离子导体Ⅱ21复合在一起并形成固态离子导体30，或位于相邻的正极10和负极20之间的固态离子导体Ⅰ11和固态离子导体Ⅱ21融合为一体并形成固态离子导体30。具体的，本实施例位于相邻的正极10和负极20之间的固态离子导体Ⅰ11和固态离子导体Ⅱ21融合为一体并形成固态离子导体30，本实施例的固态离子导体Ⅰ11和固态离子导体Ⅱ21采用相同材料的固体离子导体材料制成。

进一步，正极10的数量N与负极20的数量M满足：

M＝N，或，|M-N|＝1。

具体的，本实施例的正极10的数量N＝1，负极20的数量M＝2，两个负极20分别设置在正极10的两侧。本实施例的两个负极20之间可以采用内电路或外电路电连接，不再累述。

进一步，本实施例的正极10设有固态离子导体Ⅰ11的侧面上设有第一凹槽12，固态离子导体Ⅰ11面向正极10的一侧嵌入到第一凹槽12内。负极20设有固态离子导体Ⅱ21的侧面上设有第二凹槽22，固态离子导体Ⅱ21面向负极20的一侧嵌入到第二凹槽22内。具体的，本实施例的正极10的两侧均复合有固态离子导体Ⅰ11，即本实施例的正极10的两侧均设有第一凹槽12。

当然，也可以在正极10设有固态离子导体Ⅰ11的侧面上设置第一嵌孔，在负极20设有固态离子导体Ⅱ21的侧面上设置第二嵌孔，具体实施方式与实施例1相当，不再一一累述。

本实施例的其他结构与实施例1相同，不再一一累述。

实施例3

如图9所示，为本发明全固态电池电芯实施例3的结构示意图。本实施例的全固态电池电芯，包括至少一个正极10和至少一个负极20，正极10和负极20之间交错设置，且相邻的正极10与负极20之间设有固态离子导体30。

正极10上复合有固态离子导体Ⅰ11，负极20上复合有固态离子导体Ⅱ21，位于相邻的正极10和负极20之间的固态离子导体Ⅰ11和固态离子导体Ⅱ21复合在一起并形成固态离子导体30，或位于相邻的正极10和负极20之间的固态离子导体Ⅰ11和固态离子导体Ⅱ21融合为一体并形成固态离子导体30。具体的，本实施例位于相邻的正极10和负极20之间的固态离子导体Ⅰ11和固态离子导体Ⅱ21融合为一体并形成固态离子导体30，本实施例的固态离子导体Ⅰ11和固态离子导体Ⅱ21采用相同材料的固体离子导体材料制成。

进一步，正极10的数量N与负极20的数量M满足：

M＝N，或，|M-N|＝1。

具体的，本实施例的正极10的数量N＝2，负极20的数量M＝1，两个正极10分别设置在负极20的两侧。本实施例的两个正极10之间采用内电路或外电路电连接。

进一步，本实施例的正极10设有固态离子导体Ⅰ11的侧面上设有第一凹槽12，固态离子导体Ⅰ11面向正极10的一侧嵌入到第一凹槽12内。负极20设有固态离子导体Ⅱ21的侧面上设有第二凹槽22，固态离子导体Ⅱ21面向负极20的一侧嵌入到第二凹槽22内。具体的，本实施例的负极20的两侧均复合有固态离子导体Ⅱ21。

当然，也可以在正极10设有固态离子导体Ⅰ11的侧面上设置第一嵌孔，在负极20设有固态离子导体Ⅱ21的侧面上设置第二嵌孔，具体实施方式与实施例1相当，不再一一累述。

本实施例的其他结构与实施例1相同，不再一一累述。

实施例4

如图12所示，为本发明全固态电池电芯实施例4的结构示意图。本实施例的全固态电池电芯，包括至少一个正极10和至少一个负极20，正极10和负极20之间交错设置，且相邻的正极10与负极20之间设有固态离子导体30。

正极10上复合有固态离子导体Ⅰ11，负极20上复合有固态离子导体Ⅱ21，位于相邻的正极10和负极20之间的固态离子导体Ⅰ11和固态离子导体Ⅱ21复合在一起并形成固态离子导体30，或位于相邻的正极10和负极20之间的固态离子导体Ⅰ11和固态离子导体Ⅱ21融合为一体并形成固态离子导体30。具体的，本实施例位于相邻的正极10和负极20之间的固态离子导体Ⅰ11和固态离子导体Ⅱ21融合为一体并形成固态离子导体30，本实施例的固态离子导体Ⅰ11和固态离子导体Ⅱ21采用相同材料的固体离子导体材料制成。

进一步，正极10的数量N与负极20的数量M满足：

M＝N，或，|M-N|＝1。

具体的，本实施例的正极10的数量N≥2，负极20的数量M≥2，正极10的数量和负极20的数量可以根据实际需要设置，不再累述。本实施例的所有负极20之间可以采用内电路或外电路电连接，所有正极10之间可以采用内电路或外电路电连接。

当N＝M时，位于两端的两个电极分别为正极10和负极20，如图12所示；

当N-M＝1时，位于两端的两个电极均为正极10，如图13所示；

当M-N＝1时，位于两端的两个电极均为负极20，如图14所示。

进一步，本实施例的正极10设有固态离子导体Ⅰ11的侧面上设有第一凹槽12，固态离子导体Ⅰ11面向正极10的一侧嵌入到第一凹槽12内。负极20设有固态离子导体Ⅱ21的侧面上设有第二凹槽22，固态离子导体Ⅱ21面向负极20的一侧嵌入到第二凹槽22内。具体的，位于中间位置的正极10的两侧均复合有固态离子导体Ⅰ11，即位于中间位置的正极10的两侧均设有第一凹槽12。同理，位于中间位置的负极20的两侧均复合有固态离子导体Ⅱ21，即位于中间的负极20的两侧均设有第二凹槽22。

当正极10位于端部时，该位于端部的正极10面向全固态电池电芯另一端的一侧侧面上复合有固态离子导体Ⅰ11，即在该正极10的该侧侧面上设有第一凹槽12。同理，当负极20位于端部时，该位于端部的负极20面向全固态电池电芯另一端的一侧侧面上复合有固态离子导体Ⅱ21，即在该负极20的该侧侧面上设有第二凹槽22。

当然，也可以在正极10设有固态离子导体Ⅰ11的侧面上设置第一嵌孔，在负极20设有固态离子导体Ⅱ21的侧面上设置第二嵌孔，具体实施方式与实施例1相当，不再一一累述。

本实施例的其他结构与实施例1相同，不再一一累述。

实施例5

如图15所示，为本发明全固态叠层电池电芯的结构示意图。本实施例的全固态叠层电池电芯包括软包体101，软包体101内设有至少两个复合在一起的如上所述的本实施例的全固态电池电芯100。具体的，软包体101内设置的全固态电池电芯100的数量可以为2个、3个及3个以上，不再累述。

具体的，相邻的两个全固态电池电芯100中，其中一个全固态电池电芯100端部的正极10与另一个全固态电池电芯100端部的负极20相邻设置，且在该相邻的正极10和负极20之间设有电子导电但离子隔离的双极集流板102。通过将多个全固态电池电芯100组合为全固态叠层电池电芯，能够有效增大全固态叠层电池电芯的输出电压。

本实施例的全固态叠层电池电芯的两端分别设有正极极耳13和负极极耳23。当然，也可以在每一个全固态电池电芯100的正极10上设置正极极耳13，在每一个全固态电池电芯100的负极20上设置负极极耳23，便于外接电路用于对全固态叠层电池电芯进行电能输出控制，如图16。

具体的，本实施例的全固态叠层电池电芯的结构具有多种变化：

如图15和16所示，为采用实施例1中的全固态电池电芯100组合为全固态叠层电池电芯时的结构示意图，该全固态叠层电池电芯中，全固态电池电芯100的数量可以为2个、3个及3个以上，且相邻两个全固态电池电芯100中，其中一个全固态电池电芯100端部的正极10与另一个全固态电池电芯100端部的负极20相邻设置，且在该相邻的正极10和负极20之间设有电子导电但离子隔离的双极集流板102。

以此类推，当全固态电池电芯100中的正极10的数量N与负极20的数量M满足M＝N≥1时，此时仅需将所有的全固态电池电芯100依次层叠在一起即可，在相邻两个全固态电池电芯100中，其中一个全固态电池电芯100端部的正极10与另一个全固态电池电芯100端部的负极20相邻设置，并在该相邻的正极10和负极20之间设有电子导电但离子隔离的双极集流板102。

如图17所示，为采用实施例2中的全固态电池电芯100以及实施例3中的全固态电池电芯100组合成全固态叠层电池电芯时的结构示意图，该全固态叠层电池电芯中，为了实现在相邻两个全固态电池电芯100中，其中一个全固态电池电芯100端部的正极10与另一个全固态电池电芯100端部的负极20相邻设置的结构，需将实施例2中的全固态电池电芯100与实施例3中的全固态电池电芯100交错层叠在一起，如此，即可使相邻两个全固态电池电芯100中，其中一个全固态电池电芯100端部的正极10与另一个全固态电池电芯100端部的负极20相邻设置，并在该相邻的正极10和负极20之间设有电子导电但离子隔离的双极集流板102。

以此类推，当全固态电池电芯100中的正极10的数量N与负极20的数量M满足|M-N|＝1，且正极的数量N≥1，负极的数量M≥1时，此时的相邻两个全固态电池电芯100中，其中一个全固态电池电芯100的正极数量N与负极数量M之间满足N-M＝1，另一个全固态电池电芯100的正极数量N与负极数量M之间满足M-N＝1，以确保该相邻两个全固态电池电芯100中，其中一个全固态电池电芯100端部的正极10与另一个全固态电池电芯100端部的负极20相邻设置，并在该相邻的正极10和负极20之间设有电子导电但离子隔离的双极集流板102。

当然，当全固态电池电芯100中的正极10的数量N与负极20的数量M满足|M-N|＝1且正极的数量N≥1，负极的数量M≥1时，此时包括两类结构的全固态电池电芯100中，其中一类全固态电池电芯100的正极数量N与负极数量M之间满足N-M＝1，另一类全固态电池电芯100的正极数量N与负极数量M之间满足M-N＝1，在该两类全固态电池电芯100之间，还可以层叠至少一个正极数量N与负极数量M之间满足N＝M的全固态电池电芯100，仅需保证相邻两个全固态电池电芯100中，其中一个全固态电池电芯100端部的正极10与另一个全固态电池电芯100端部的负极20相邻设置，并在该相邻的正极10和负极20之间设有电子导电但离子隔离的双极集流板102即可，不再累述。

实施例6

如图18所述，为本发明全固态复合电池电芯实施例6的结构示意图。本实施例的全固态复合电池电芯，包括软包体103，软包体103内设有至少两个复合在一起的如上所述的全固态电池电芯100。

具体的，相邻的两个全固态电池电芯100中，其中一个全固态电池电芯100端部的正极10与另一个全固态电池电芯100端部的正极10相邻设置，该相邻的两个正极10之间复合在一起或该相邻的两个正极10之间设有电子导电且离子隔离的双极集流板104或该相邻的两个正极10之间设有电子绝缘且离子隔离的绝缘隔膜105；或，其中一个全固态电池电芯100端部的负极20与另一个全固态电池电芯100端部的负极20相邻设置；该相邻的两个负极20之间复合在一起或该相邻的两个负极20之间设有电子导电且离子隔离的双极集流板104或该相邻的两个负极20之间设有电子绝缘且离子隔离的绝缘隔膜105。

如图18所示，为采用实施例1中的至少两个全固态电池电芯100复合在一起时的结构示意图，在相邻两个固态电池电芯100中，其中一个全固态电池电芯100端部的正极10与另一个全固态电池电芯100端部的正极10相邻设置，该相邻的两个正极10之间复合在一起；或，其中一个全固态电池电芯100端部的负极20与另一个全固态电池电芯100端部的负极20相邻设置；该相邻的两个负极20之间复合在一起。

如图19所示，为采用实施例1中的至少两个全固态电池电芯100复合在一起时的结构示意图，在相邻两个固态电池电芯100中，其中一个全固态电池电芯100端部的正极10与另一个全固态电池电芯100端部的正极10相邻设置，该相邻的两个正极10之间设有电子导电且离子隔离的双极集流板104或该相邻的两个正极10之间设有电子绝缘且离子隔离的绝缘隔膜105；或，其中一个全固态电池电芯100端部的负极20与另一个全固态电池电芯100端部的负极20相邻设置；该相邻的两个负极20之间设有电子导电且离子隔离的双极集流板104或该相邻的两个负极20之间设有电子绝缘且离子隔离的绝缘隔膜105。

以此类推，当固态电池电芯100中的正极10的数量N与负极20的数量M之间满足N＝M时，均可采用如图18和图19的方式，将至少两个固态电池电芯100复合在一起构成全固态复合电池电芯。

如图20所示，为采用实施例2中的至少两个全固态电池电芯100复合在一起时的结构示意图。在相邻两个固态电池电芯100中，其中一个全固态电池电芯100端部的负极20与另一个全固态电池电芯100端部的负极20相邻设置；该相邻的两个负极20之间复合在一起。

如图21所示，为采用实施例3中的至少两个全固态电池电芯100复合在一起时的结构示意图。在相邻两个固态电池电芯100中，其中一个全固态电池电芯100端部的负极20与另一个全固态电池电芯100端部的负极20相邻设置；该相邻的两个负极20之间复合在一起。

如图22所示，为采用实施例2中的至少两个全固态电池电芯100复合在一起时的结构示意图。在相邻两个固态电池电芯100中，其中一个全固态电池电芯100端部的负极20与另一个全固态电池电芯100端部的负极20相邻设置；该相邻的两个负极20之间设有电子导电且离子隔离的双极集流板104或该相邻的两个负极20之间设有电子绝缘且离子隔离的绝缘隔膜105。

如图23所示，为采用实施例3中的至少两个全固态电池电芯100复合在一起时的结构示意图。在相邻两个固态电池电芯100中，其中一个全固态电池电芯100端部的负极20与另一个全固态电池电芯100端部的负极20相邻设置；该相邻的两个负极20之间电子导电且离子隔离的双极集流板104或该相邻的两个正极10之间设有电子绝缘且离子隔离的绝缘隔膜105。

以此类推，当固态电池电芯100中的正极10的数量N与负极20的数量M之间满足|M-N|＝1时，均可采用如图20-23的方式，将至少两个固态电池电芯100复合在一起构成全固态复合电池电芯。

本实施例中，每一个全固态电池电芯100的所有正极10上均设有正极极耳13，所有负极20上均设有负极极耳23。

实施例7

如图24所示，为本发明全固态复合电池电芯实施例7的结构示意图。本实施例的全固态复合电池电芯，包括软包体103，软包体103内设有至少两个复合在一起的如上所述的全固态电池电芯100。

相邻的两个全固态电池电芯100中，其中一个全固态电池电芯100端部的正极10与另一个全固态电池电芯100端部的负极20相邻设置，且在该相邻的正极10和负极20之间设有电子绝缘且离子隔离的绝缘隔膜106，每一个固态电池电芯100可相互独立控制实现对外输出电能，当然，多个固态电池电芯100之间可以通过外电路控制实现串联、并联或串并混联对外输出电能。

如图24所示，为采用实施例1中的至少两个全固态电池电芯100复合在一起时的结构示意图；

如图25所示，为采用实施例2和实施例3中的至少两个全固态电池电芯100复合在一起时的结构示意图。

本实施例中，每一个全固态电池电芯100的所有正极10上均设有正极极耳13，所有负极20上均设有负极极耳23。

以上所述实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。

Claims (12)

1.一种全固态电池电芯，其特征在于：

包括至少一个正极(10)和至少一个负极(20)；

所述正极(10)和负极(20)之间交错设置；

所述正极(10)上复合有固态离子导体Ⅰ(11)，所述负极(20)上复合有固态离子导体Ⅱ(21)，位于相邻的所述正极(10)和负极(20)之间的所述固态离子导体Ⅰ(11)和固态离子导体Ⅱ(21)复合在一起并形成固态离子导体(30)，或位于相邻的所述正极(10)和负极(20)之间的所述固态离子导体Ⅰ(11)和固态离子导体Ⅱ(21)融合为一体并形成固态离子导体(30)。

2.根据权利要求1所述的全固态电池电芯，其特征在于：

所述正极(10)的数量N与所述负极(20)的数量M满足：

M＝N，或，|M-N|＝1。

3.根据权利要求1所述的全固态电池电芯，其特征在于：

所述正极(10)设有所述固态离子导体Ⅰ(11)的侧面上设有第一凹槽(12)，所述固态离子导体Ⅰ(11)面向所述正极(10)的一侧嵌入到所述第一凹槽(12)内；和/或，

所述负极(20)设有所述固态离子导体Ⅱ(21)的侧面上设有第二凹槽(22)，所述固态离子导体Ⅱ(21)面向所述负极(20)的一侧嵌入到所述第二凹槽(22)内。

4.根据权利要求3所述的全固态电池电芯，其特征在于：

所述第一凹槽(12)的宽度沿着槽底指向槽口的方向逐渐增大；

所述第二凹槽(22)的宽度沿着槽底指向槽口的方向逐渐增大。

5.根据权利要求1所述的全固态电池电芯，其特征在于：

所述正极(10)设有所述固态离子导体Ⅰ(11)的侧面上阵列设有第一嵌孔，所述固态离子导体Ⅰ(11)面向所述正极(10)的一侧嵌入到所述第一嵌孔内；和/或，

所述负极(20)设有所述固态离子导体Ⅱ(21)的侧面上阵列设有第二嵌孔，所述固态离子导体Ⅱ(21)面向所述负极(20)的一侧嵌入到所述第二嵌孔内。

6.根据权利要求5所述的全固态电池电芯，其特征在于：

任意两个垂直于所述第一嵌孔轴线的径向截面在同一个所述第一嵌孔上截得的两个径向截面Ⅰ中，靠近所述第一嵌孔孔底一侧的径向截面Ⅰ的几何尺寸小于等于靠近所述第一嵌孔孔口一侧的径向截面Ⅰ的几何尺寸；

任意两个垂直于所述第二嵌孔轴线的径向截面在同一个所述第二嵌孔上截得的两个径向截面Ⅱ中，靠近所述第二嵌孔孔底一侧的径向截面Ⅱ的几何尺寸小于等于靠近所述第二嵌孔孔口一侧的径向截面Ⅱ的几何尺寸。

7.根据权利要求1所述的全固态电池电芯，其特征在于：

所述正极(10)采用但不限于磷酸铁锂、三元材料、含硫导电材料、含有金属或有机材料的多孔碳层空气电池电极、层状金属氧化物材料或含氧有机聚合物材料制成；

所述负极(20)采用但不限于金属锂、金属钠、金属铝、金属镁、金属钾、石墨烯、硬碳、氧化硅或硅单质制成；

所述固态离子导体(30)采用凝胶、氧化物、硫化物和有机聚合物中的一种或至少两种的混合物制成。

8.根据权利要求1-7任一项所述的全固态电池电芯，其特征在于：

所述正极(10)采用正极活性材料与固态离子导体材料的混合物制成；

所述负极(20)采用负极活性材料与固态离子导体材料的混合物制成。

9.根据权利要求8所述的全固态电池电芯，其特征在于：

所述正极(10)内的所述固态离子导体材料与所述正极活性材料之间的摩尔比小于等于100％；

所述负极(20)内的所述固态离子导体材料与所述负极活性材料之间的摩尔比小于等于100％。

10.根据权利要求8所述的全固态电池电芯，其特征在于：

所述正极活性材料呈颗粒状均匀分布，且所述正极活性材料颗粒的缝隙中填充有所述固态离子导体材料；

所述负极活性材料呈颗粒状均匀分布，且所述负极活性材料颗粒的缝隙中填充有所述固态离子导体材料。

11.一种全固态叠层电池电芯，其特征在于：

包括软包体(101)，所述软包体(101)内设有至少两个复合在一起的如权利要求1-10任一项所述的全固态电池电芯(100)；

相邻的两个所述全固态电池电芯(100)中，其中一个所述全固态电池电芯(100)端部的正极(10)与另一个所述全固态电池电芯(100)端部的负极(20)相邻设置，且在该相邻的所述正极(10)和负极(20)之间设有电子导电但离子隔离的双极集流板(102)。

12.一种全固态复合电池电芯，其特征在于：

包括软包体(101)，所述软包体(103)内设有至少两个复合在一起的如权利要求1-10任一项所述的全固态电池电芯(100)；

相邻的两个所述全固态电池电芯(100)中，

其中一个所述全固态电池电芯(100)端部的正极(10)与另一个所述全固态电池电芯(100)端部的正极(10)相邻设置，该相邻的两个所述正极(10)之间复合在一起或该相邻的两个所述正极(10)之间设有电子导电但离子隔离的双极集流板(104)或该相邻的两个所述正极(10)之间设有电子绝缘且离子隔离的绝缘隔膜(105)；

或，

其中一个所述全固态电池电芯(100)端部的负极(20)与另一个所述全固态电池电芯(100)端部的负极(20)相邻设置；该相邻的两个所述负极(20)之间复合在一起或该相邻的两个所述负极(20)之间设有电子导电但离子隔离的双极集流板(104)或该相邻的两个所述负极(20)之间设有电子绝缘且离子隔离的绝缘隔膜(105)；

或，

其中一个所述全固态电池电芯(100)端部的正极(10)与另一个所述全固态电池电芯(100)端部的负极(20)相邻设置，且在该相邻的所述正极(10)和负极(20)之间设有电子绝缘且离子隔离的绝缘隔膜(106)。

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