本實(shí)用新型屬于鋰離子電池領(lǐng)域，具體提供一種雙極板復(fù)合電極、具有該雙極板復(fù)合電極的電池單元以及包含該電池單元的電池包。

背景技術(shù)：

由于鋰離子電池具有電池能量密度大、輸出電壓高、自放電小，循環(huán)性能優(yōu)越、使用壽命長等明顯優(yōu)點(diǎn)，因此鋰離子電池是目前移動(dòng)智能終端、便攜電腦等現(xiàn)代數(shù)碼產(chǎn)品中應(yīng)用最廣泛的電池之一。近年來，隨著電動(dòng)汽車的興起，鋰離子電池也被認(rèn)為是電動(dòng)汽車的理想電池，但是，隨著動(dòng)力型鋰離子電池的單體電池的容量增大，安全風(fēng)險(xiǎn)也相應(yīng)越高，因此鋰離子動(dòng)力電池對(duì)于電動(dòng)汽車的適應(yīng)性在一定程度上制約了動(dòng)力汽車的發(fā)展。

在單體電池的容量受限的前提下，為了滿足電動(dòng)汽車對(duì)動(dòng)力電源容量和工作電壓的應(yīng)用需求，往往需要將幾十個(gè)甚至幾百個(gè)單體電池進(jìn)行串并聯(lián)組合形成滿足動(dòng)力需求的大容量、高電壓的電池組或模塊，但由于單電芯的電壓較低，串并聯(lián)后結(jié)構(gòu)復(fù)雜，造成電池組合后電流分布不均、電池組的可用容量和功率均大幅下降、循環(huán)壽命縮短、安全風(fēng)險(xiǎn)增加等問題。與此同時(shí)，目前的鋰離子電池仍采用液體電解質(zhì)，不僅需要進(jìn)行復(fù)雜的注液和封裝設(shè)計(jì)，而且一旦電解質(zhì)泄露還會(huì)帶來易燃、易爆等安全性問題。

相應(yīng)地，本領(lǐng)域需要一種新的電池單元和電池包來解決上述問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決現(xiàn)有技術(shù)中的上述問題，即為了解決鋰離子電池包結(jié)構(gòu)復(fù)雜和液態(tài)電解質(zhì)注液復(fù)雜、封裝易泄露的問題，本實(shí)用新型的一方面，提供了一種雙極板復(fù)合電極，該雙極板復(fù)合電極包括導(dǎo)電基板以及分別敷設(shè)于所述導(dǎo)電基板兩側(cè)的正極活性物質(zhì)層和負(fù)極活性物質(zhì)層，其中，該雙極板復(fù)合電極還包括固態(tài)電解質(zhì)層，所述固態(tài)電解質(zhì)層用于將該雙極板復(fù)合電極與相鄰的雙極板復(fù)合電極隔開。

在上述雙極板復(fù)合電極的優(yōu)選技術(shù)方案中，所述固態(tài)電解質(zhì)層敷設(shè)在所述負(fù)極活性物質(zhì)層遠(yuǎn)離所述導(dǎo)電基板的一側(cè)。

在上述雙極板復(fù)合電極的優(yōu)選技術(shù)方案中，所述正極活性物質(zhì)層的敷設(shè)面積在所述導(dǎo)電基板上的投影不大于所述負(fù)極活性物質(zhì)層的敷設(shè)面積在所述導(dǎo)電基板上的投影。

在上述雙極板復(fù)合電極的優(yōu)選技術(shù)方案中，所述正極活性物質(zhì)層的敷設(shè)面積在所述導(dǎo)電基板上的投影包含在所述負(fù)極活性物質(zhì)層的敷設(shè)面積在所述導(dǎo)電基板上的投影之中。

在上述雙極板復(fù)合電極的優(yōu)選技術(shù)方案中，所述負(fù)極活性物質(zhì)層的敷設(shè)面積在所述導(dǎo)電基板上的投影小于所述固態(tài)電解質(zhì)層的敷設(shè)面積在所述導(dǎo)電基板上的投影。

在上述雙極板復(fù)合電極的優(yōu)選技術(shù)方案中，所述固態(tài)電解質(zhì)層的敷設(shè)面積在所述導(dǎo)電基板上的投影與所述導(dǎo)電基板面積相等。

在上述雙極板復(fù)合電極的優(yōu)選技術(shù)方案中，所述固態(tài)電解質(zhì)層在靠近所述導(dǎo)電基板的一側(cè)與所述導(dǎo)電基板之間形成有空腔，所述負(fù)極活性物質(zhì)層容納于所述空腔內(nèi)。

在上述雙極板復(fù)合電極的優(yōu)選技術(shù)方案中，所述導(dǎo)電基板為金屬箔導(dǎo)電基板；并且/或者所述固態(tài)電解質(zhì)層為納米陶瓷電解質(zhì)層。

本實(shí)用新型的另一方面，提供了一種雙極板電池單元，該電極板電池單元包括帶有第一正極柱和第一負(fù)極柱的電池封裝，所述電池封裝內(nèi)部設(shè)置有多個(gè)呈疊片式排列、串聯(lián)連接的雙極板復(fù)合電極，所述第一正極柱和所述第一負(fù)極柱分別與位于兩端的所述雙極板復(fù)合電極相連接，所述雙極板復(fù)合電極為前述的雙極板復(fù)合電極。

本實(shí)用新型的又一方面，提供了一種雙極板電池包，該雙極板電池包包括帶有第二正極柱和第二負(fù)極柱的電池包封裝，所述電池包封裝內(nèi)部設(shè)置有多個(gè)并列式排列、并聯(lián)連接的雙極板電池單元，所述第二正極柱和第二負(fù)極柱分別與所述雙極板電池單元的第一正極柱和第一負(fù)極柱相連，其特征在于，所述雙極板電池單元是前述的雙極板電池單元。

本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠理解的是，在本實(shí)用新型的優(yōu)選技術(shù)方案中，在雙極板復(fù)合電極的導(dǎo)電基板上的兩側(cè)分別敷設(shè)有正極活性物質(zhì)層和負(fù)極活性物質(zhì)層，并且在負(fù)極活性物質(zhì)層遠(yuǎn)離導(dǎo)電基板一側(cè)還敷設(shè)有固態(tài)電解質(zhì)層，固態(tài)電解質(zhì)層將相鄰的雙極板復(fù)合電極隔開。換句話說，通過設(shè)置固態(tài)電解質(zhì)層的方式替代了現(xiàn)有技術(shù)中注液復(fù)雜、封裝易泄露的液態(tài)電解質(zhì)層，使得由多個(gè)雙極板復(fù)合電極并排串聯(lián)而成的雙極板電池單元的內(nèi)部結(jié)構(gòu)簡單緊湊、電流分布均勻，并且沒有封裝、漏液等問題，大大提高了雙極板電池單元的安全性與可靠性，進(jìn)一步也提高了由多個(gè)雙極板電池單元排列并聯(lián)而成的雙極板電池包的安全性與可靠性。

附圖說明

圖1是本實(shí)用新型的雙極板復(fù)合電極的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本實(shí)用新型的雙極板電池單元的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是本實(shí)用新型的雙極板電池包的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

下面參照附圖來描述本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施方式。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解的是，這些實(shí)施方式僅僅用于解釋本實(shí)用新型的技術(shù)原理，并非旨在限制本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。例如，雖然附圖中組成雙極板電池單元的雙極板復(fù)合電極數(shù)量為五個(gè)，但是這種數(shù)量非一成不變，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)需要對(duì)其作出調(diào)整，以便適應(yīng)具體的應(yīng)用場合。

需要說明的是，在本實(shí)用新型的描述中，術(shù)語“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“內(nèi)”、“外”等指示的方向或位置關(guān)系的術(shù)語是基于附圖所示的方向或位置關(guān)系，這僅僅是為了便于描述，而不是指示或暗示所述裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對(duì)本實(shí)用新型的限制。此外，術(shù)語“第一”、“第二”、“第三”僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對(duì)重要性。

此外，還需要說明的是，在本實(shí)用新型的描述中，除非另有明確的規(guī)定和限定，術(shù)語“安裝”、“相連”、“連接”應(yīng)做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機(jī)械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個(gè)元件內(nèi)部的連通。對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，可根據(jù)具體情況理解上述術(shù)語在本實(shí)用新型中的具體含義。

本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠理解的是，雙極板復(fù)合電極之間排列緊湊的同時(shí)，固態(tài)電解質(zhì)層又將雙極板復(fù)合電極的正、負(fù)極活性物質(zhì)層隔開，保證了雙極板電池單元的正常化學(xué)反應(yīng)。且由于固態(tài)電解質(zhì)層的固態(tài)結(jié)構(gòu)特征，相對(duì)于液態(tài)電解質(zhì)而言，沒有封裝、漏液等安全問題，大大提高了雙極板電池單元的安全性。

本領(lǐng)域技術(shù)人員還能夠理解的是，組成雙極板電池單元的雙極板復(fù)合電極的串聯(lián)個(gè)數(shù)可隨使用需要和安裝需要進(jìn)行靈活疊加或刪減，串聯(lián)疊加個(gè)數(shù)的多少?zèng)Q定了雙極板電池單元電壓的大小。如可以通過串聯(lián)疊加組成電壓為12V、24V以及其他目標(biāo)電壓的雙極板電池單元。

本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠理解的是，通過將多個(gè)雙極板電池單元以簡單并聯(lián)的方式組成了雙極板電池包，與單個(gè)雙極板電池單元相比，電壓保持不變，但是容量得到疊加。雙極板電池單元的個(gè)數(shù)決定了雙極板電池包的容量，并且此個(gè)數(shù)也可以根據(jù)使用需要和安裝需要靈活增減。

多個(gè)如圖1所示的雙極板復(fù)合電極1串聯(lián)之后形成了圖2所示的雙極板電池單元2，多個(gè)如圖2所示的雙極板電池單元2疊加并聯(lián)之后形成了圖3所示的雙極板電池包3。

參照圖1，雙極板復(fù)合電極1主要包括導(dǎo)電基板11（板面大致為矩形），敷設(shè)于導(dǎo)電基板11兩側(cè)的正極活性物質(zhì)12、負(fù)極活性物質(zhì)層13和固態(tài)電解質(zhì)層14，其中固態(tài)電解質(zhì)層14敷設(shè)在負(fù)極活性物質(zhì)層13上。參照圖2，本實(shí)用新型的雙極板電池單元2主要包括帶有第一正極柱21和第一負(fù)極柱22的電池封裝23，電池封裝23內(nèi)部設(shè)置有五個(gè)相互串聯(lián)連接的雙極板復(fù)合電極1，第一正極柱21與第一負(fù)極柱22分別與兩端位置的雙極板復(fù)合電極1的導(dǎo)電基板11相連。

按圖1所示方位，正極活性物質(zhì)層12敷設(shè)在導(dǎo)電基板11右側(cè)，負(fù)極活性物質(zhì)層13敷設(shè)在導(dǎo)電基板11左側(cè)，固態(tài)電解質(zhì)層14敷設(shè)在負(fù)極活性物質(zhì)層13左側(cè)，第一正極柱21與位于最左側(cè)的導(dǎo)電基板相連，第一負(fù)極柱22與位于最右側(cè)的導(dǎo)電基板相連。

繼續(xù)參照圖1，正極活性物質(zhì)層12的敷設(shè)面積在導(dǎo)電基板11上的投影不大于負(fù)極活性物質(zhì)層13的敷設(shè)面積在導(dǎo)電基板11上的投影，負(fù)極活性物質(zhì)層13的敷設(shè)面積在導(dǎo)電基板上11的投影小于固態(tài)電解質(zhì)層14的敷設(shè)面積在導(dǎo)電基板11上的投影，固態(tài)電解質(zhì)層14的敷設(shè)面積在導(dǎo)電基板上11的投影與導(dǎo)電基板11的板面面積大致相等。優(yōu)選地，正極活性物質(zhì)層12的敷設(shè)面積在導(dǎo)電基板11上的投影包含在負(fù)極活性物質(zhì)層13的敷設(shè)面積在導(dǎo)電基板11上的投影之中。

在一種可能的實(shí)施方式中，導(dǎo)電基板11的材料為金屬箔導(dǎo)電基板，優(yōu)選地，金屬箔為鈦金屬箔。正極活性物質(zhì)層12為錳酸鋰正極活性物質(zhì)層。負(fù)極活性物質(zhì)層13為石墨負(fù)極活性物質(zhì)層。固態(tài)電解質(zhì)層14為納米陶瓷固態(tài)電解質(zhì)層。雙極板電池單元2的封裝可以為軟包封裝或硬殼封裝，優(yōu)選地，選用硬殼封裝。

繼續(xù)參閱圖1、圖2，以放電過程為例，當(dāng)雙極板電池單元2工作時(shí)，位于雙極板復(fù)合電極1的負(fù)極活性物質(zhì)層13中的鋰離子游離出來通過固態(tài)電解質(zhì)層14傳導(dǎo)到相鄰雙極板復(fù)合電極1的正極活性物質(zhì)層12中，電子則被固態(tài)電解質(zhì)層14阻隔，轉(zhuǎn)而通過導(dǎo)電基板11傳導(dǎo)到第一負(fù)極柱22，向外電路釋放，為用電器提供電能。

本領(lǐng)域技術(shù)人員還能夠想到的是，上述導(dǎo)電基板11、正極活性物質(zhì)層12、負(fù)極活性物質(zhì)層13以及固態(tài)電解質(zhì)層14的材質(zhì)并非一成不變，可根據(jù)使用環(huán)境與安裝環(huán)境做出調(diào)整，例如導(dǎo)電基板11的材質(zhì)可以用銅鋁金屬箔替代，正極活性物質(zhì)層12的材質(zhì)可以用鈷酸鋰、磷酸鐵鋰等替代，負(fù)極活性物質(zhì)層13的材質(zhì)可以用石油焦炭替代，固態(tài)電解質(zhì)層14的材質(zhì)可以用聚氧乙烯硼酸酯替代。

如圖3所示，本實(shí)用新型的雙極板電池包3主要包括帶有第二正極柱31和第二負(fù)極柱32的電池包封裝33，電池包封裝33內(nèi)部設(shè)置有三個(gè)并聯(lián)連接的雙極板電池單元2，雙極板電池單元2的第一正極柱21與第二正極柱31相連，雙極板電池單元2的第一負(fù)極柱22與第二負(fù)極柱32相連。

雙極板電池包3的封裝也可以為軟包封裝或硬殼封裝，優(yōu)選地，選用硬殼封裝。

通過在雙極板復(fù)合電極1上設(shè)置固態(tài)電解質(zhì)層14，使得雙極板電池單元2的結(jié)構(gòu)更加緊湊、內(nèi)阻低、電流分布均勻，并且沒有封裝、漏液等問題，大大提高了雙極板電池單元2的安全性與可靠性，進(jìn)而提高了雙極板電池包3的性能。

本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠想到的是，如前所述，串聯(lián)形成雙極板電池單元2的雙極板復(fù)合電極1的個(gè)數(shù)以及并聯(lián)形成雙極板電池包3的雙極板電池單元2的個(gè)數(shù)并非一成不變，雙極板復(fù)合電極1的個(gè)數(shù)越多，雙極板電池單元2的電壓越大，雙極板電池單元2的個(gè)數(shù)越多，雙極板電池包的容量越大，因此二者的個(gè)數(shù)均可以根據(jù)實(shí)際需求靈活增減。

至此，已經(jīng)結(jié)合附圖所示的優(yōu)選實(shí)施方式描述了本實(shí)用新型的技術(shù)方案，但是，本領(lǐng)域技術(shù)人員容易理解的是，本實(shí)用新型的保護(hù)范圍顯然不局限于這些具體實(shí)施方式。在不偏離本實(shí)用新型的原理的前提下，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對(duì)相關(guān)技術(shù)特征作出等同的更改或替換，這些更改或替換之后的技術(shù)方案都將落入本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。