双极板复合电极、电池单元和电池包的制作方法

本实用新型属于锂离子电池领域，具体提供一种双极板复合电极、具有该双极板复合电极的电池单元以及包含该电池单元的电池包。

背景技术：

由于锂离子电池具有电池能量密度大、输出电压高、自放电小，循环性能优越、使用寿命长等明显优点，因此锂离子电池是目前移动智能终端、便携电脑等现代数码产品中应用最广泛的电池之一。近年来，随着电动汽车的兴起，锂离子电池也被认为是电动汽车的理想电池，但是，随着动力型锂离子电池的单体电池的容量增大，安全风险也相应越高，因此锂离子动力电池对于电动汽车的适应性在一定程度上制约了动力汽车的发展。

在单体电池的容量受限的前提下，为了满足电动汽车对动力电源容量和工作电压的应用需求，往往需要将几十个甚至几百个单体电池进行串并联组合形成满足动力需求的大容量、高电压的电池组或模块，但由于单电芯的电压较低，串并联后结构复杂，造成电池组合后电流分布不均、电池组的可用容量和功率均大幅下降、循环寿命缩短、安全风险增加等问题。与此同时，目前的锂离子电池仍采用液体电解质，不仅需要进行复杂的注液和封装设计，而且一旦电解质泄露还会带来易燃、易爆等安全性问题。

相应地，本领域需要一种新的电池单元和电池包来解决上述问题。

技术实现要素：

为了解决现有技术中的上述问题，即为了解决锂离子电池包结构复杂和液态电解质注液复杂、封装易泄露的问题，本实用新型的一方面，提供了一种双极板复合电极，该双极板复合电极包括导电基板以及分别敷设于所述导电基板两侧的正极活性物质层和负极活性物质层，其中，该双极板复合电极还包括固态电解质层，所述固态电解质层用于将该双极板复合电极与相邻的双极板复合电极隔开。

在上述双极板复合电极的优选技术方案中，所述固态电解质层敷设在所述负极活性物质层远离所述导电基板的一侧。

在上述双极板复合电极的优选技术方案中，所述正极活性物质层的敷设面积在所述导电基板上的投影不大于所述负极活性物质层的敷设面积在所述导电基板上的投影。

在上述双极板复合电极的优选技术方案中，所述正极活性物质层的敷设面积在所述导电基板上的投影包含在所述负极活性物质层的敷设面积在所述导电基板上的投影之中。

在上述双极板复合电极的优选技术方案中，所述负极活性物质层的敷设面积在所述导电基板上的投影小于所述固态电解质层的敷设面积在所述导电基板上的投影。

在上述双极板复合电极的优选技术方案中，所述固态电解质层的敷设面积在所述导电基板上的投影与所述导电基板面积相等。

在上述双极板复合电极的优选技术方案中，所述固态电解质层在靠近所述导电基板的一侧与所述导电基板之间形成有空腔，所述负极活性物质层容纳于所述空腔内。

在上述双极板复合电极的优选技术方案中，所述导电基板为金属箔导电基板；并且/或者所述固态电解质层为纳米陶瓷电解质层。

本实用新型的另一方面，提供了一种双极板电池单元，该电极板电池单元包括带有第一正极柱和第一负极柱的电池封装，所述电池封装内部设置有多个呈叠片式排列、串联连接的双极板复合电极，所述第一正极柱和所述第一负极柱分别与位于两端的所述双极板复合电极相连接，所述双极板复合电极为前述的双极板复合电极。

本实用新型的又一方面，提供了一种双极板电池包，该双极板电池包包括带有第二正极柱和第二负极柱的电池包封装，所述电池包封装内部设置有多个并列式排列、并联连接的双极板电池单元，所述第二正极柱和第二负极柱分别与所述双极板电池单元的第一正极柱和第一负极柱相连，其特征在于，所述双极板电池单元是前述的双极板电池单元。

本领域技术人员能够理解的是，在本实用新型的优选技术方案中，在双极板复合电极的导电基板上的两侧分别敷设有正极活性物质层和负极活性物质层，并且在负极活性物质层远离导电基板一侧还敷设有固态电解质层，固态电解质层将相邻的双极板复合电极隔开。换句话说，通过设置固态电解质层的方式替代了现有技术中注液复杂、封装易泄露的液态电解质层，使得由多个双极板复合电极并排串联而成的双极板电池单元的内部结构简单紧凑、电流分布均匀，并且没有封装、漏液等问题，大大提高了双极板电池单元的安全性与可靠性，进一步也提高了由多个双极板电池单元排列并联而成的双极板电池包的安全性与可靠性。

附图说明

图1是本实用新型的双极板复合电极的结构示意图；

图2是本实用新型的双极板电池单元的结构示意图；

图3是本实用新型的双极板电池包的结构示意图。

具体实施方式

下面参照附图来描述本实用新型的优选实施方式。本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用于解释本实用新型的技术原理，并非旨在限制本实用新型的保护范围。例如，虽然附图中组成双极板电池单元的双极板复合电极数量为五个，但是这种数量非一成不变，本领域技术人员可以根据需要对其作出调整，以便适应具体的应用场合。

需要说明的是，在本实用新型的描述中，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方向或位置关系的术语是基于附图所示的方向或位置关系，这仅仅是为了便于描述，而不是指示或暗示所述装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，还需要说明的是，在本实用新型的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

本领域技术人员能够理解的是，双极板复合电极之间排列紧凑的同时，固态电解质层又将双极板复合电极的正、负极活性物质层隔开，保证了双极板电池单元的正常化学反应。且由于固态电解质层的固态结构特征，相对于液态电解质而言，没有封装、漏液等安全问题，大大提高了双极板电池单元的安全性。

本领域技术人员还能够理解的是，组成双极板电池单元的双极板复合电极的串联个数可随使用需要和安装需要进行灵活叠加或删减，串联叠加个数的多少决定了双极板电池单元电压的大小。如可以通过串联叠加组成电压为12V、24V以及其他目标电压的双极板电池单元。

本领域技术人员能够理解的是，通过将多个双极板电池单元以简单并联的方式组成了双极板电池包，与单个双极板电池单元相比，电压保持不变，但是容量得到叠加。双极板电池单元的个数决定了双极板电池包的容量，并且此个数也可以根据使用需要和安装需要灵活增减。

多个如图1所示的双极板复合电极1串联之后形成了图2所示的双极板电池单元2，多个如图2所示的双极板电池单元2叠加并联之后形成了图3所示的双极板电池包3。

参照图1，双极板复合电极1主要包括导电基板11（板面大致为矩形），敷设于导电基板11两侧的正极活性物质12、负极活性物质层13和固态电解质层14，其中固态电解质层14敷设在负极活性物质层13上。参照图2，本实用新型的双极板电池单元2主要包括带有第一正极柱21和第一负极柱22的电池封装23，电池封装23内部设置有五个相互串联连接的双极板复合电极1，第一正极柱21与第一负极柱22分别与两端位置的双极板复合电极1的导电基板11相连。

按图1所示方位，正极活性物质层12敷设在导电基板11右侧，负极活性物质层13敷设在导电基板11左侧，固态电解质层14敷设在负极活性物质层13左侧，第一正极柱21与位于最左侧的导电基板相连，第一负极柱22与位于最右侧的导电基板相连。

继续参照图1，正极活性物质层12的敷设面积在导电基板11上的投影不大于负极活性物质层13的敷设面积在导电基板11上的投影，负极活性物质层13的敷设面积在导电基板上11的投影小于固态电解质层14的敷设面积在导电基板11上的投影，固态电解质层14的敷设面积在导电基板上11的投影与导电基板11的板面面积大致相等。优选地，正极活性物质层12的敷设面积在导电基板11上的投影包含在负极活性物质层13的敷设面积在导电基板11上的投影之中。

在一种可能的实施方式中，导电基板11的材料为金属箔导电基板，优选地，金属箔为钛金属箔。正极活性物质层12为锰酸锂正极活性物质层。负极活性物质层13为石墨负极活性物质层。固态电解质层14为纳米陶瓷固态电解质层。双极板电池单元2的封装可以为软包封装或硬壳封装，优选地，选用硬壳封装。

继续参阅图1、图2，以放电过程为例，当双极板电池单元2工作时，位于双极板复合电极1的负极活性物质层13中的锂离子游离出来通过固态电解质层14传导到相邻双极板复合电极1的正极活性物质层12中，电子则被固态电解质层14阻隔，转而通过导电基板11传导到第一负极柱22，向外电路释放，为用电器提供电能。

本领域技术人员还能够想到的是，上述导电基板11、正极活性物质层12、负极活性物质层13以及固态电解质层14的材质并非一成不变，可根据使用环境与安装环境做出调整，例如导电基板11的材质可以用铜铝金属箔替代，正极活性物质层12的材质可以用钴酸锂、磷酸铁锂等替代，负极活性物质层13的材质可以用石油焦炭替代，固态电解质层14的材质可以用聚氧乙烯硼酸酯替代。

如图3所示，本实用新型的双极板电池包3主要包括带有第二正极柱31和第二负极柱32的电池包封装33，电池包封装33内部设置有三个并联连接的双极板电池单元2，双极板电池单元2的第一正极柱21与第二正极柱31相连，双极板电池单元2的第一负极柱22与第二负极柱32相连。

双极板电池包3的封装也可以为软包封装或硬壳封装，优选地，选用硬壳封装。

通过在双极板复合电极1上设置固态电解质层14，使得双极板电池单元2的结构更加紧凑、内阻低、电流分布均匀，并且没有封装、漏液等问题，大大提高了双极板电池单元2的安全性与可靠性，进而提高了双极板电池包3的性能。

本领域技术人员能够想到的是，如前所述，串联形成双极板电池单元2的双极板复合电极1的个数以及并联形成双极板电池包3的双极板电池单元2的个数并非一成不变，双极板复合电极1的个数越多，双极板电池单元2的电压越大，双极板电池单元2的个数越多，双极板电池包的容量越大，因此二者的个数均可以根据实际需求灵活增减。

至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本实用新型的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本实用新型的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本实用新型的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征作出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本实用新型的保护范围之内。