一种全固态软包电池的施压夹具及其应用的制作方法

本发明属于固态电池，具体涉及一种全固态软包电池的施压夹具及其应用。

背景技术：

1、液态锂离子电池存在较大的安全性问题，电动车安全事故层出不穷，易燃的有机电解液容易由于过热起火，安全问题是目前急需解决的。全固态电池使用固态电解质取代了传统的液态有机电解液，即便是发生短路也能大大降低起火或爆炸的可能性。因此，与液态锂离子电池相比，全固态电池的安全性能有了极大的提升。

2、全固态电池需要施加堆叠压力以保持良好的固-固界面接触，适宜的堆叠压力能抑制锂枝晶生成并有效提高循环稳定性。传统全固态软包电池一般采用刚性的平板夹具来施加堆叠压力，没有考虑电池在循环过程中的体积变化，可能导致电池内部固-固界面的接触损失及锂枝晶生成。

3、因此，亟需改进夹具的压力缓冲设计，以适应电池循环过程中的体积变化，尽可能保持恒定的堆叠压力以保持良好的循环性能。

技术实现思路

1、本发明旨在至少解决上述现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种全固态软包电池的施压夹具及其应用，采用所述施压夹具施加堆叠压力的全固态软包电池，在循环过程中能保持恒定的堆叠压力，避免接触失效，从而提升电池的循环稳定性。

2、本发明的发明构思为：本发明的施压夹具利用压力缓冲设计，采用塑性缓冲垫和弹性缓冲垫相结合，其中：塑性缓冲垫的电绝缘性能极佳，易压缩能够适应电池体积变化并弥补不规则表面；弹性缓冲垫的弹性较好，能在压缩回弹过程中保持对电池的压力。双缓冲垫的设计，一方面利用弹性缓冲垫的压缩回弹特性缓冲由于锂沉积/剥离反应(体积增减)导致的压力增减；另一方面利用塑性缓冲垫以弥补不规则表面，避免压力施加不均。两者的共同作用，在循环过程中保持恒定的堆叠压力，避免接触失效，从而提升电池的循环稳定性。

3、为解决上述技术问题，本发明的第一方面提供了一种全固态软包电池的施压夹具，包括：

4、两个塑性缓冲垫，分别为上塑性缓冲垫和下塑性缓冲垫，所述上塑性缓冲垫和所述下塑性缓冲垫相对设置，用于夹持全固态软包电池；所述塑性缓冲垫的压缩率为55-80％；

5、两个弹性缓冲垫，分别为上弹性缓冲垫和下弹性缓冲垫，所述上弹性缓冲垫设置于所述上塑性缓冲垫的外侧，所述下弹性缓冲垫设置于所述下塑性缓冲垫的外侧；所述弹性缓冲垫的压缩率为20-50％。

6、优选地，所述塑性缓冲垫的材质为膨体聚四氟乙烯。

7、具体地，膨体聚四氟乙烯具有优异的电绝缘性能，电阻率高，不吸附、不吸收水蒸气，即使在100％的相对湿度下，表面电阻率仍非常高。同时，膨体聚四氟乙烯可以被压制，在高压力下产生塑性形变，一定程度上缓冲体积变化，也能弥补不规则表面，避免压力施加不均匀导致的电池劣化。

8、优选地，所述塑性缓冲垫的厚度为30-100μm。塑性缓冲垫的厚度选择主要是为了与电池尺寸及电池循环过程中的体积变化相匹配。

9、优选地，所述弹性缓冲垫的材质选自天然橡胶(nr)、丁基橡胶(iir)、丁苯橡胶(sbr)、卤化丁基橡胶(hibr)、乙烯-丙烯橡胶(epr)、丁晴橡胶(nbr)中的任意一种。

10、具体地，弹性缓冲垫选择弹性材料，因其具有良好的弹性，能够及时响应并缓冲电池体积变化带来的压力增减，回弹性能极佳，在使用前后几乎无形变。

11、优选地，所述弹性缓冲垫的厚度为20-300μm。弹性缓冲垫的厚度选择主要是为了与电池尺寸及电池循环过程中的体积变化相匹配。

12、优选地，所述弹性缓冲垫被压缩后的厚度为压缩前的厚度的50-80％。

13、优选地，所述塑性缓冲垫与所述弹性缓冲垫的尺寸一致。

14、优选地，所述塑性缓冲垫与弹性缓冲垫的尺寸大于全固态软包电池的尺寸。

15、本发明的第二方面提供了一种全固态软包电池的制备方法，利用权利上述施压夹具制备，包括以下步骤：

16、将组装的全固态软包电池居中放置于上塑性缓冲垫和下塑性缓冲垫之间，分别对上弹性缓冲垫和下弹性缓冲垫施加压力，使所述上塑性缓冲垫和下塑性缓冲垫夹紧，并对所述全固态软包电池施加堆叠压力，得所述全固态软包电池。

17、具体地，采用本发明的施压夹具施加堆叠压力制备的全固态软包电池，在循环过程中能保持恒定的堆叠压力，可有效避免接触失效，从而有利于提高电池的循环稳定性。

18、优选地，所述堆叠压力的大小为1-3mpa。

19、本发明的第三方面提供了一种全固态软包电池，由上述制备方法制得。

20、优选地，所述全固态软包电池由镍钴锰酸锂正极、锂磷硫氯电解质及石墨负极组装而成。

21、本发明的上述技术方案相对于现有技术，至少具有如下技术效果或优点：

22、(1)本发明的施压夹具采用双层缓冲垫设计，包括易压缩能够适应电池体积变化并弥补不规则表面的塑性缓冲垫和能在压缩回弹过程中保持对电池的压力的弹性缓冲垫，该压力缓冲设计不仅可缓冲由于锂沉积/剥离反应导致的压力增减，还可以避免压力施加不均，从而在循环过程中保持恒定的堆叠压力，提升了电池的循环稳定性。

23、(2)采用本发明施压夹具制备的全固态软包电池，在首圈活化倍率0.1c，恒流充电至4.2v后恒流放电至3.0v，循环倍率为0.3c时，循环寿命可达356圈。

技术特征：

1.一种全固态软包电池的施压夹具，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的全固态软包电池的施压夹具，其特征在于，所述塑性缓冲垫的材质为膨体聚四氟乙烯。

3.根据权利要求1或2所述的全固态软包电池的施压夹具，其特征在于，所述塑性缓冲垫的厚度为30-100μm。

4.根据权利要求1所述的全固态软包电池的施压夹具，其特征在于，所述弹性缓冲垫的材质选自天然橡胶、丁基橡胶、丁苯橡胶、卤化丁基橡胶、乙烯-丙烯橡胶、丁晴橡胶中的任意一种。

5.根据权利要求1或4所述的全固态软包电池的施压夹具，其特征在于，所述弹性缓冲垫的厚度为20-300μm。

6.根据权利要求1所述的全固态软包电池的施压夹具，其特征在于，所述弹性缓冲垫被压缩后的厚度为压缩前的厚度的50-80％。

7.根据权利要求1所述的全固态软包电池的施压夹具，其特征在于，所述塑性缓冲垫与所述弹性缓冲垫的尺寸一致。

8.一种全固态软包电池的制备方法，其特征在于，利用权利要求1-7任意一项所述的施压夹具制备，包括以下步骤：

9.根据权利要求8所述的全固态软包电池的制备方法，其特征在于，所述堆叠压力的大小为1-3mpa。

10.一种全固态软包电池，其特征在于，由权利要求8或9所述的制备方法制得。

技术总结本发明属于固态电池技术领域，具体公开了一种全固态软包电池的施压夹具及其应用。该全固态软包电池的施压夹具包括：两个塑性缓冲垫，分别为上塑性缓冲垫和下塑性缓冲垫，上塑性缓冲垫和下塑性缓冲垫相对设置，用于夹持全固态软包电池；塑性缓冲垫的压缩率为55‑80％；两个弹性缓冲垫，分别为上弹性缓冲垫和下弹性缓冲垫，上弹性缓冲垫设置于上塑性缓冲垫的外侧，下弹性缓冲垫设置于下塑性缓冲垫的外侧；弹性缓冲垫的压缩率为20‑50％。采用该施压夹具施加堆叠压力的全固态软包电池，在循环过程中能保持恒定的堆叠压力，避免接触失效，从而提升电池的循环稳定性。技术研发人员：夏旭泽,罗明,陈伟林受保护的技术使用者：高能时代（珠海）新能源科技有限公司技术研发日：技术公布日：2024/9/9