固态电池及其制备方法和用电设备与流程

本发明涉及锂离子电池领域，具体涉及一种固态电池及其制备方法和一种用电设备。

背景技术：

1、固态电池作为下一代电池越来越受到业内的重视，有望实现高能量密度和高安全兼得的性能。但是目前的固态电池大都停留在实验室阶段，其中一方面的原因就是固态电池在充放电过程中因为膨胀收缩体积变化导致固体颗粒之间的接触情况变差，导致电池循环性能下降。

2、目前的解决方案是，通过外部加压模具施加较大压力维持颗粒之间的接触，或者添加较多的内部粘结剂，通过粘结剂与颗粒之间的相互作用减少颗粒膨胀带来的体积变化效应。

3、当前的维持颗粒接触的方式在如下问题：1、通过模具外部加压的方式对工装要求较高，需要较大体积重量的模具满足固态电池需求的压力，严重影响能量密度，且方法提供压力不均匀；2、采用内部添加粘结剂的方式会进一步增加电极内部的阻抗，影响电池性能下降。

4、因此，亟需一种在不额外施加外部压力或外部施加较小压力的情况下即可维持电池内部颗粒接触良好的固态电池技术。

技术实现思路

1、本发明的目的是为了克服现有技术在改善固态电池循环过程中，固体颗粒之间的接触情况恶化的问题，提供一种固态电池及其制备方法和一种用电设备，该固态电池靠电池负极材料自身的膨胀，反作用于自身实现电池内部颗粒之间的紧密接触，不额外施加外部压力或在外部施加较小束缚压力的情况下即可使固态电池内部颗粒之间保持较好的接触。

2、为了实现上述目的，本发明第一方面提供一种固态电池，所述固态电池包括壳体和设置在所述壳体内的电芯，所述电芯包括依次层叠的正极极片、固态电解质层和负极极片；其中，

3、所述负极极片在完全嵌锂态时的厚度膨胀率为100-400％；

4、所述壳体的弹性模量大于等于200gpa，所述壳体对所述电芯的夹紧力为1-100mpa。

5、本发明第二方面提供一种固态电池的制备方法，所述制备方法包括：将正极极片、固态电解质层和负极极片依次叠放，得到电芯，然后将所述电芯封装在壳体内，使得所述壳体对所述电芯的夹紧力为1-100mpa；其中，

6、所述负极极片在完全嵌锂态时的厚度膨胀率为100-400％，所述壳体的弹性模量大于等于200gpa；。

7、本发明第三方面提供一种本发明提供的制备方法制得的固态电池，所述固态电池循环50-200次后，电池容量为首次放电容量的80％。

8、本发明第四方面提供一种用电设备，所述用电设备包括本发明提供的固态电池。

9、通过上述技术方案，本发明的有益效果为：

10、本发明采用高弹性模量的壳体，使电芯固定于特定空间内部，当电芯膨胀时对其有一定的体积约束。在以往的体系中膨胀都被认为是不利因素，想尽办法抑制膨胀。本发明选择较大膨胀率的负极极片，配合固定空间的壳体，电极在膨胀过程中通过反作用力维持电池内部颗粒之间的接触。本发明不需额外施加外部压力，或使用较小的外部束缚压力，即可维持电池内部颗粒的良好接触，电池内部颗粒接触的力并非来自外部，而是内部膨胀力的反作用力，这样对外部模具的要求不需要太高，可以完全省略外部模具，或者外部模具不需提供加压装置；也不需要额外添加内部粘结剂。当电芯因为颗粒接触变差出现性能下降的情况时，电极的膨胀力会反作用于电池，使电池重新加压，改善颗粒接触面积，即完成电芯的“自修复”。

技术特征：

1.一种固态电池，其特征在于，所述固态电池包括壳体和设置在所述壳体内的电芯，所述电芯包括依次层叠的正极极片、固态电解质层和负极极片；其中，

2.根据权利要求1所述的固态电池，其特征在于，所述负极极片的空隙率为5-20％。

3.根据权利要求1或2所述的固态电池，其特征在于，所述负极极片包括负极活性材料层和负极集流体；其中，所述负极活性材料层包括负极活性材料；以所述负极活性材料层的总重量为基准，所述负极活性材料层中所述负极活性材料的含量为80-100wt％。

4.根据权利要求3所述的固态电池，其特征在于，所述负极活性材料选自锂、硅、铝、镁、锡、锗、磷、银和铅中的至少一种，优选选自锂、铝、镁、锡、锗、银和铅中的至少一种；

5.根据权利要求1-4中任意一项所述的固态电池，其特征在于，所述负极极片的厚度为所述电芯的总厚度的10-40％。

6.根据权利要求1-5中任意一项所述的固态电池，其特征在于，所述固态电解质层包含固态电解质，所述固态电解质选自聚合物固态电解质、氧化物固态电解质和硫化物固态电解质中的至少一种；优选为硫化物固态电解质；

7.根据权利要求1-6中任意一项所述的固态电池，其特征在于，所述壳体的材质选自合金钢、镍铬钢、铸钢、不锈钢、碳化物和陶瓷中的至少一种。

8.一种固态电池的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：将正极极片、固态电解质层和负极极片依次叠放，得到电芯，然后将所述电芯封装在壳体内，使得所述壳体对所述电芯的夹紧力为1-100mpa；其中，

9.一种权利要求8所述的制备方法制得的固态电池，其特征在于，所述固态电池循环50-200次后，电池容量为首次放电容量的80％。

10.一种用电设备，特征在于，所述用电设备包括权利要求1-7、9中任意一项所述的固态电池。

技术总结
本发明涉及锂离子电池领域，公开了固态电池及其制备方法和用电设备。所述固态电池包括壳体和设置在所述壳体内的电芯，所述电芯包括依次层叠的正极极片、固态电解质层和负极极片；其中，所述负极极片在完全嵌锂态时的厚度膨胀率为100‑400％；所述壳体的弹性模量大于等于200GPa，所述壳体对所述电芯的夹紧力为1‑100MPa。将电芯置于固定的空间内，靠电池负极材料自身的膨胀，反作用于自身实现电池内部颗粒之间的紧密接触，不额外施加外部压力或外部施加较小压力的情况下即可使固态电池保持较好的性能。

技术研发人员：潘仪,郭姿珠,王国帅
受保护的技术使用者：比亚迪股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/6/23