固态电池的制作方法

本公开涉及固态电池。

背景技术：

锂基电池是可再充电电池类型家族的一部分，其中锂离子在放电期间从负电极移动到正电极，并且在充电时从正电极移动到负电极。

存在各种类型的锂基电池，并且近年来已经出现对固态类型电池的兴趣。在这样的电池中，电池的电解质(之前为液体或凝胶)由固体材料代替。例如，jp2011-028883公开了具有锂离子导电非水电解质的二次电池。这样的固态电池往往随温度增加而具有性能改进。而且，由于电池中不存在液体，因而这些固态电池更安全。

然而，在固态电池(可能产生温度)的使用期间可能发生异常。温度可能上升至阈值温度，这可能导致电池损坏和/或附加的后果。已知在电池过充电的情形下和/或当温度太高时意图停止充电的设备。

技术实现要素：

当前，仍然期望增加固态电池的安全性。例如，本申请的发明人已经认识到期望在充电已经由于异常情况而被停止之后释放存在于固态电池中的能量。

因此，根据本公开的实施例，提供了一种固态电池。该固态电池包括电池元叠堆，每个电池元包括正电极、负电极以及设置在正电极与负电极之间的固体电解质，其中电流收集器设置在第一电池元的负电极与第二电池元的正电极之间，第二电池元与第一电池元相邻，该固态电池包括具有两种配置的离子导体，其中离子导体不与电流收集器接触的正常配置，以及其中离子导体与电流收集器、第一电池元的负电极和第二电池元的正电极接触的短路配置，并且其中离子导体具有比电流收集器的电子电导率小的离子电导率。

通过提供这样的配置，当固态电池在异常情况下并且固态电池的充电被停止时，离子导体采用其中离子导体与电流收集器、第一电池元的负电极和第二电池元的正电极接触的短路配置。由于离子导体的离子电导率小于电流收集器的电子电导率，因而形成离子短路，并且存在于固态电池中的能量的缓慢而安全的能量释放可以通过固态电池的电极发生。电子通过电流收集器从负电极到正电极，并且li⁺离子通过离子导体从负电极到正电极。因此，即使当固态电池处于异常配置中(在此期间固态电池的温度上升)时，与没有这样的离子导体的固态电池相比，该固态电池也更安全。

离子导体的离子电导率可以等于或大于10^-5s/cm(西门子/厘米)。

电导率在室温给出。

离子导体可以被配置为在等于或大于100℃的温度从正常配置变到短路配置。

因此，当固态电池中温度上升时，缓慢而安全的能量释放发生。于是，固态电池更安全。

离子导体可以是聚合物离子导体。

聚合物离子导体的示例如下：聚氧化乙烯(peo)/licf3so3、聚苯醚(ppo)/licf3so3、聚[氧化乙烯-共-2-(2-甲氧基乙氧基)乙基缩水甘油醚](p(eo/meege))/licf3so3、聚硅氧烷/liclo4。

离子导体可以是无机离子导体。

无机离子导体的示例如下：li2s-sis2、li0.35la0.55tio3(llto)、li2s-ges2-p2s5。

离子导体可以安装在双金属致动器上。

形成双金属致动器的两种金属具有不同的线性热膨胀系数，当温度上升时，双金属致动器可以逐渐地改变形状并且允许离子导体从正常配置切换到短路配置。

电池元叠堆可以被金属壳围绕，并且形成双金属致动器的金属可以是与金属壳相同的金属。

固态电池可以包括n个电池元，并且离子导体的数量等于或大于n/10。

在异常情况中，固态电池的安全缓慢的放电可以在离子导体的数量小于存在于固态电池中的电池元的数量的情况下获得。

意图的是，可以对上述元件和说明书内的那些元件进行组合，除非另有矛盾。

要理解的是，如所要求保护的，前面的一般描述和下面的详细描述都仅仅是示例性和解释性的，并不限制本公开。

附图被包含在本说明书中并构成本说明书的一部分，其图示了本公开的实施例，并且与描述一起用于解释其原理。

附图说明

图1示出了在正常配置中根据本公开的实施例的示例性固态电池的示意性横截面图；

图2示出了在短路配置中图1的示例性固态电池的示意性横截面图。

具体实施方式

现在将详细参考本公开的示例性实施例，其示例被图示在附图中。在可能情况下，相同的附图标记将在整个附图中被用于指相同或相似的部分。

图1示出了根据本公开的实施例的示例性固态电池10的示意性横截面图。在图1中，固态电池10包括第一电池元20a和第二电池元20b，第二电池元20b与第一电池元20a相邻。第一电池元20a和第二电池元20b形成电池元叠堆22。每个电池元20a、20b包括正电极12和负电极14。电池元10还包括设置在正电极12与负电极14之间的固体电解质16，正电极12、固体电解质16和负电极14设置在两个电流收集器18之间。

正电极12可以包括licoc2、limn2o4、linio2、licownixmnyalzo2、lifepo4、limnpo4、licopo4或任何适合用于形成固态电池10中的正电极12的材料。负电极14可以包括c、si、金属li、li4ti5o12、tio2、sn、al或任何适合用于形成固态电池10中的负电极14的材料。固体电解质16可以包括诸如聚氧化乙烯(peo)/licf3so3、聚苯醚(ppo)/licf3so3、聚[氧化乙烯-共-2-(2-甲氧基乙氧基)乙基缩水甘油醚](p(eo/meege))/licf3so3、聚硅氧烷/liclo4之类的聚合物离子导体或者诸如li2s-sis2、li0.35la0.55tio3(llto)、li2s-ges2-p2s5之类的无机离子导体或者任何适合用于形成固态电池10中的固体电解质16的材料。电流收集器18可以由不锈钢、金(au)、铂(pt)、镍(ni)、铝(al)或铜(cu)或者包括这些材料的合金制成。这个清单不是限制性的。两个电流收集器18可以由相同材料制成，或者两个电流收集器可以由不同材料制成。例如，在正电极侧上的电流收集器可以由al制成并且在负电极侧上的电流收集器可以由cu制成。

固态电池10包括包围电池元叠堆22的容器24。在图1中，电池元叠堆22包括第一电池元20a和第二电池元20b，这两个相邻的电池元10共享电流收集器18。电池元叠堆22可以包括更多电池元10。固态电池10的不要求用来理解本公开的元件已经被省略并且将不在本公开中描述。

固态电池10还包括具有两种配置的离子导体26。在图1中，离子导体26处于正常配置中，其中离子导体26不与电流收集器18接触。

在图2中，离子导体26处于短路配置中，其中离子导体26与电流收集器18、第一电池元20a的负电极14和第二电池元20b的正电极12接触。

一般而言，离子导体26可以具有等于或小于10^-1s/cm的离子电导率，而电流收集器18可以具有等于或大有10⁵s/cm的电子电导率。离子导体26的离子电导率小于电流收集器18的电子电导率。

离子导体26可以包括诸如聚氧化乙烯(peo)/licf3so3、聚苯醚(ppo)/licf3so3、聚[氧化乙烯-共-2-(2-甲氧基乙氧基)乙基缩水甘油醚](p(eo/meege))/licf3so3、聚硅氧烷/liclo4之类的聚合物离子导体或者诸如li2s-sis2、li0.35la0.55tio3(llto)、li2s-ges2-p2s5之类的无机离子导体或者任何适合用于形成固态电池10中的离子导体26的材料。

离子导体26可以由与固体电解质16不同的材料制成。

优选地，离子导体26的离子电导率等于或大于10^-5s/cm。

在图1和图2中，离子导体26在金属板28上，金属板28安装在容器24上，金属板28由与容器24不同的金属制成。金属板28和容器24的金属板28安装在其上的部分30形成双金属致动器。因此，离子导体26安装在双金属致动器上。

双金属致动器可以在固态电池10内部的上升的温度的影响下变形，并且可以允许离子导体26在等于或高于100℃的温度采用短路配置。因此，能量的缓慢释放可以发生并且固态电池10的温度上升受到控制。

双金属致动器可以例如被由包括温度传感器的控制器触发的电子控制致动器代替。

图1和图2的固态电池10是示意性的。可理解的是，固态电池10可以包括大量相邻的电池元20a、20b。对于当固态电池处于异常情景中时固态电池中的能量的缓慢释放而言，离子导体26的数量不需要等于电流收集器18的数量。实际上，每十个电流收集器18或电池元20a、20b有一个离子导体26就足够了。然而，更小数量的离子导体26也可以被认为足够执行固态电池10的能量的安全缓慢释放。

在整个描述(包括权利要求)中，术语“包括一个”应当被理解为与“包括至少一个”同义，除非另有声明。另外，在描述(包括权利要求)中提到的任何范围应当被理解为包括它的一个或多个端值，除非另有声明。所描述的元件的具体值应当被理解为在本领域技术人员已知的可接受的制造或工业容差内，并且对术语“基本上”和/或“近似”和/或“一般”的任何使用应当被理解为意味着落入这样的可接受的容差内。

在参考国内的、国际的或其他标准主体的标准之处(例如，iso等)，这样的参考意图指截至本说明书的优先权日期由国内或国际标准主体定义的标准。对该标准的任何后续实质性改变都不意图修改本公开和/或权利要求的范围和/或定义。

虽然在这里已经参考特定实施例描述了本公开，但是要理解的是，这些实施例对于本公开的原理和应用仅仅是说明性的。

意图的是，说明书及示例被认为仅仅是示例性的，其中本公开的真实范围由接下来的权利要求指示。