本公開(kāi)涉及固態(tài)電池(solid-state?battery,ssb)，并且具體地，涉及減輕與在ssb中電池充電和放電期間的體積改變相關(guān)聯(lián)的問(wèn)題，尤其是采用金屬陽(yáng)極如鋰(li)或硅(si)的那些固態(tài)電池。

背景技術(shù)：

1、ssb可提供增加的比能量密度和體積能量密度。在ssb中利用金屬陽(yáng)極(諸如li或si)有助于實(shí)現(xiàn)這些能量密度度量。這些陽(yáng)極有時(shí)因它們?cè)诔潆姾头烹娧h(huán)期間經(jīng)歷的顯著體積改變而面臨挑戰(zhàn)。

2、為了保持電芯內(nèi)的界面接觸并且補(bǔ)償這些體積改變，通常需要5–50mpa范圍內(nèi)的堆壓力。盡管如此，基于li或si的ssb的性能退化仍然是可能的。這個(gè)問(wèn)題部分地歸因于在操作期間電極中的應(yīng)力波動(dòng)和相關(guān)聯(lián)的應(yīng)變累積。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本公開(kāi)概述了二次ssb設(shè)計(jì)，所述二次ssb設(shè)計(jì)將集電器、即聚3,4-乙烯二氧噻吩聚苯乙烯磺酸(pedot-pss)層與負(fù)電極集成一體。將負(fù)電極涂覆到所述pedot-pss層上，所述pedot-pss層結(jié)構(gòu)化為響應(yīng)于負(fù)電極的相應(yīng)膨脹和收縮而膨脹和收縮，從而管理在電池的操作中涉及的應(yīng)變。

2、在所提出的電池配置中，正電極和負(fù)電極由固體電解質(zhì)隔板隔開(kāi)。集電器可通過(guò)添加pedot-pss層涂覆在其上的載體膜來(lái)進(jìn)一步增強(qiáng)，從而增加集電器的機(jī)械完整性。

3、所述載體膜可以是聚酰亞胺基板，從而為總體電池設(shè)計(jì)提供絕緣和結(jié)構(gòu)益處。正電極、固體電解質(zhì)隔板、負(fù)電極和集電器的組成物形成電極總成。

4、本公開(kāi)進(jìn)一步引入了由若干此類電極總成組成的二次ssb。每個(gè)總成包括正電極和負(fù)電極；固體電解質(zhì)隔板；以及集電器，所述集電器與所述負(fù)電極直接面接觸，從而將所述負(fù)電極定位在所述固體電解質(zhì)隔板與所述集電器之間。

5、除這些元件之外，所描述的電池配置可并入與電極總成交錯(cuò)的碳纖維紙。這些碳纖維紙充當(dāng)附加隔板和穩(wěn)定件，使得并非所有相鄰電極總成對(duì)都直接接觸。一些相鄰電極總成對(duì)由這些碳纖維紙中的一者隔開(kāi)。

6、在另一二次ssb實(shí)施例中，電池包括正電極和負(fù)電極；固體電解質(zhì)隔板；以及集電器，所述集電器由涂覆在載體膜上的pedot-pss層形成。所述載體膜與所述負(fù)電極直接面接觸，其中所述負(fù)電極位于所述固體電解質(zhì)隔板與所述集電器之間。在這種設(shè)計(jì)中，載體膜可以是聚酰亞胺基板，從而向電池添加結(jié)構(gòu)完整性層。

技術(shù)特征：

1.一種二次固態(tài)電池，其包括：

2.如權(quán)利要求1所述的二次固態(tài)電池，其中所述集電器還包括載體膜。

3.如權(quán)利要求2所述的二次固態(tài)電池，其中所述載體膜是聚酰亞胺基板。

4.如權(quán)利要求2所述的二次固態(tài)電池，其中所述聚3,4-乙烯二氧噻吩聚苯乙烯磺酸層涂覆在所述載體膜上。

5.如權(quán)利要求1所述的二次固態(tài)電池，其中所述正電極、所述固體電解質(zhì)隔板、所述負(fù)電極和所述集電器形成電極總成，所述二次固態(tài)電池還包括多個(gè)所述電極總成以及與所述電極總成交錯(cuò)的碳纖維紙。

6.如權(quán)利要求5所述的二次固態(tài)電池，其中所述碳纖維紙與所述電極總成交錯(cuò)，使得一些但不是所有相鄰所述電極總成對(duì)由所述碳纖維紙中的一個(gè)隔開(kāi)。

7.一種二次固態(tài)電池，其包括：

8.如權(quán)利要求7所述的二次固態(tài)電池，其中所述集電器包括聚3,4-乙烯二氧噻吩聚苯乙烯磺酸層。

9.如權(quán)利要求8所述的二次固態(tài)電池，其中所述集電器還包括載體膜。

10.如權(quán)利要求9所述的二次固態(tài)電池，其中所述載體膜是聚酰亞胺基板。

11.如權(quán)利要求10所述的二次固態(tài)電池，其中所述聚3,4-乙烯二氧噻吩聚苯乙烯磺酸層涂覆在所述載體膜上。

12.一種二次固態(tài)電池，其包括：

13.如權(quán)利要求12所述的二次固態(tài)電池，其中所述載體膜是聚酰亞胺基板。

14.如權(quán)利要求12所述的二次固態(tài)電池，其中所述正電極、所述固體電解質(zhì)隔板、所述負(fù)電極和所述集電器形成電極總成，所述二次固態(tài)電池還包括多個(gè)所述電極總成以及與所述電極總成交錯(cuò)的碳纖維紙。

15.如權(quán)利要求14所述的二次固態(tài)電池，其中所述碳纖維紙與所述電極總成交錯(cuò)，使得一些但不是所有相鄰所述電極總成對(duì)由所述碳纖維紙中的一個(gè)隔開(kāi)。

技術(shù)總結(jié)
本公開(kāi)提供了“用于電池的多層電極”。本公開(kāi)涉及一種二次固態(tài)電池。所述電池包括集電器，所述集電器包括與負(fù)電極直接面接觸的聚3,4?乙烯二氧噻吩聚苯乙烯磺酸(PEDOT?PSS)層。所述電池還包括正電極；以及固體電解質(zhì)隔板，所述固體電解質(zhì)隔板位于所述正電極與所述負(fù)電極之間。所述PEDOT?PSS層可響應(yīng)于所述負(fù)電極的膨脹和收縮而壓縮和膨脹。在一些實(shí)施例中，所述集電器可包括所述PEDOT?PSS層涂覆到其上的載體膜。多個(gè)總成的電芯堆還包括正電極、固體電解質(zhì)隔板、負(fù)電極以及集電器，其中一些相鄰對(duì)由碳纖維紙隔開(kāi)。

技術(shù)研發(fā)人員：魯自界,劉明宏,C·坎寧安
受保護(hù)的技術(shù)使用者：福特全球技術(shù)公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/6