纸片电芯及其制备方法、纸片电池与流程

本发明涉及固态电池，具体而言，涉及一种纸片电芯及其制备方法、纸片电池。

背景技术：

1、现有锂离子电池一般采用钢壳、铝壳以及铝塑膜等方式封装，通过金属集流体外接tab片连接荷载，从而实现锂离子电池的充放电。tab片需占据空间和重量，降低了电池能量密度。同时，tab片的焊接及极耳预焊极大地影响着电池的品质和fty。

技术实现思路

1、本发明的主要目的在于提供一种纸片电芯及其制备方法、纸片电池，以解决现有技术中锂离子电池由于tab片的存在导致电池能量密度低的问题。

2、为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种纸片电芯，包括正极集流体、正极活性材料层、隔膜、负极活性材料层、负极集流体，正极活性材料层、隔膜、负极活性材料层依次叠置，正极活性材料层附着在正极集流体的表面，负极活性材料层附着在负极集流体的表面，该正极集流体的面积尺寸大于正极活性材料层的面积尺寸，负极集流体的面积尺寸大于负极活性材料层的面积尺寸，正极集流体的边缘与负极集流体的边缘之间设置一层非导电材料层；且正极集流体与负极集流体在充当集流体的同时，还作为纸片电芯的外层封装层。

3、进一步地，上述正极集流体的厚度为14～200μm，优选正极集流体为al箔或第一有机导电聚合物；和/或负极集流体的厚度为8～150μm，优选负极集流体选自cu箔、ni箔、cu/al复合箔、第二有机导电聚合物中的任意一种或多种；优选第一有机导电聚合物与第二有机导电聚合物各自独立地选自聚苯胺、聚噻吩、聚吡咯中的任意一种或多种。

4、进一步地，上述正极集流体与正极活性材料层之间包括第一导电碳层，优选第一导电碳层的厚度为0.5～10μm，优选第一导电碳层选自导电炭黑、碳纳米管、石墨烯、导电石墨、乙炔黑、科琴黑、气相碳纤维中的任意一种或多种。

5、进一步地，上述负极集流体与负极活性材料层之间包括第二导电碳层，优选第二导电碳层的厚度为0.5～10μm，优选第二导电碳层选自导电炭黑、碳纳米管、石墨烯、导电石墨、乙炔黑、科琴黑、气相碳纤维中的任意一种或多种。

6、进一步地，上述正极活性材料层的厚度为100～600μm，正极活性材料层包括正极活性物质、第一导电剂和电解液，优选正极活性物质、第一导电剂和电解液的质量比为60～85：0.5～5：10～40；优选正极活性物质选自磷酸铁锂、镍钴锰酸锂、锰酸锂、镍钴铝酸锂、富锂锰基材料、钛酸锂、钴酸锂、镍酸锂、磷酸钒锂中的任意一种或多种；优选第一导电剂选自导电炭黑、碳纳米管、石墨烯、导电石墨、乙炔黑、科琴黑、气相碳纤维中的任意一种或多种。

7、进一步地，上述负极活性材料层的厚度为100～600μm，负极活性材料层包括负极活性物质、第二导电剂和电解液，优选负极活性物质、第二导电剂和电解液的质量比为60～85：0.5～5：10～40；优选负极活性物质选自人造石磨、天然石墨、中间相炭微球、硅、硅碳、硅氧、软碳、硬碳中的任意一种或多种；优选第二导电剂选自导电炭黑、碳纳米管、石墨烯、导电石墨、乙炔黑、科琴黑、气相碳纤维中的任意一种或多种。

8、进一步地，上述非导电材料层的厚度为60～300μm，优选非导电材料为mpp/pp/mpp薄膜或者mpp薄膜，mpp/pp/mpp薄膜中mpp、pp、mpp的厚度比为1～5：58～290：1～5。

9、本发明的另一个方面，提供了一种前述纸片电芯的制备方法，该制备方法包括：步骤s1，将负极浆料附着于负极集流体上，得到包括负极活性材料层的负极片；步骤s2，将正极浆料附着于正极集流体上，得到包括正极活性材料层的正极片；步骤s3，将负极片、隔膜、正极片依次层叠，得到层叠组件；步骤s4，在层叠组件中正极集流体的边缘与负极集流体的边缘之间设置非导电材料后进行热封，得到固态单元电芯；其中，负极活性材料层与隔膜接触设置，正极活性材料层与隔膜接触设置；正极集流体的面积尺寸大于正极活性材料层的面积尺寸，负极集流体的面积尺寸大于负极活性材料层的面积尺寸。

10、进一步地，上述热封的温度为160～190℃。

11、本发明的又一个方面，提供了一种纸片电池，由一个或多个纸片电芯经串联或并联进行电连接，该纸片电芯为前述的纸片电芯。

12、应用本发明的技术方案，本申请的以上纸片电芯的正极集流体与负极集流体在充当集流体的作用的同时，还作为封装材料，即本申请的正极集流体与负极集流体具有封装和电子通路(正极集流体与负极集流体发挥了tab片的作用)的双重功能。具有以上结构的纸片电芯避免了tab片的使用，节约了tab片的空间，从而极大地提高了电池的能量密度，降低了成本。同时该纸片电芯的散热快，电池的安全性更容易保障。此外，该纸片电芯便于异形电池的制作。

技术特征：

1.一种纸片电芯，包括正极集流体、正极活性材料层、隔膜、负极活性材料层、负极集流体，所述正极活性材料层、所述隔膜、所述负极活性材料层依次叠置，所述正极活性材料层附着在所述正极集流体的表面，所述负极活性材料层附着在所述负极集流体的表面，其特征在于，所述正极集流体的面积尺寸大于所述正极活性材料层的面积尺寸，所述负极集流体的面积尺寸大于所述负极活性材料层的面积尺寸，所述正极集流体的边缘与所述负极集流体的边缘之间设置一层非导电材料层；

2.根据权利要求1所述的纸片电芯，其特征在于，所述正极集流体的厚度为14～200μm，优选所述正极集流体为al箔或第一有机导电聚合物；和/或

3.根据权利要求1或2所述的纸片电芯，其特征在于，所述正极集流体与所述正极活性材料层之间包括第一导电碳层，优选所述第一导电碳层的厚度为0.5～10μm，优选所述第一导电碳层选自导电炭黑、碳纳米管、石墨烯、导电石墨、乙炔黑、科琴黑、气相碳纤维中的任意一种或多种。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的纸片电芯，其特征在于，所述负极集流体与所述负极活性材料层之间包括第二导电碳层，优选所述第二导电碳层的厚度为0.5～10μm，优选所述第二导电碳层选自导电炭黑、碳纳米管、石墨烯、导电石墨、乙炔黑、科琴黑、气相碳纤维中的任意一种或多种。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的纸片电芯，其特征在于，所述正极活性材料层的厚度为100～600μm，所述正极活性材料层包括正极活性物质、第一导电剂和电解液，优选所述正极活性物质、所述第一导电剂和所述电解液的质量比为60～85：0.5～5：10～40；优选所述正极活性物质选自磷酸铁锂、镍钴锰酸锂、锰酸锂、镍钴铝酸锂、富锂锰基材料、钛酸锂、钴酸锂、镍酸锂、磷酸钒锂中的任意一种或多种；优选所述第一导电剂选自导电炭黑、碳纳米管、石墨烯、导电石墨、乙炔黑、科琴黑、气相碳纤维中的任意一种或多种。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的纸片电芯，其特征在于，所述负极活性材料层的厚度为100～600μm，所述负极活性材料层包括负极活性物质、第二导电剂和电解液，优选所述负极活性物质、所述第二导电剂和所述电解液的质量比为60～85：0.5～5：10～40；优选所述负极活性物质选自人造石磨、天然石墨、中间相炭微球、硅、硅碳、硅氧、软碳、硬碳中的任意一种或多种；优选所述第二导电剂选自导电炭黑、碳纳米管、石墨烯、导电石墨、乙炔黑、科琴黑、气相碳纤维中的任意一种或多种。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的纸片电芯，其特征在于，所述非导电材料层的厚度为60～300μm，优选所述非导电材料为mpp/pp/mpp薄膜或者mpp薄膜，所述mpp/pp/mpp薄膜中mpp、pp、mpp的厚度比为1～5：58～290：1～5。

8.一种权利要求1至7中任一项所述纸片电芯的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：

9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述热封的温度为160～190℃。

10.一种纸片电池，由一个或多个纸片电芯经串联或并联进行电连接，其特征在于，所述纸片电芯为权利要求1至7中任一项所述的纸片电芯。

技术总结
本发明提供了一种纸片电芯及其制备方法、纸片电池。该纸片电芯包括正极集流体、正极活性材料层、隔膜、负极活性材料层、负极集流体，正极活性材料层、隔膜、负极活性材料层依次叠置，正极活性材料层附着在正极集流体的表面，负极活性材料层附着在负极集流体的表面，正极集流体的面积尺寸大于正极活性材料层的面积尺寸；且正极集流体与负极集流体在充当集流体的同时，还作为纸片电芯的外层封装层。本申请的纸片电芯避免了Tab片的使用，节约了Tab片的空间，从而极大地提高了电池的能量密度，降低了成本。同时该纸片电芯的散热快，电池的安全性更容易保障。此外，该纸片电芯便于异形电池的制作。

技术研发人员：王雷,申永宽,王义飞
受保护的技术使用者：合肥国轩高科动力能源有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/4/17