CN103824985A - 柔性电池组及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种柔性电池组及其制造方法。所述柔性电池组包括：铝塑膜，沿宽度方向设置有多个冲坑；多个电池，各电池密封地设置于铝塑膜的每个冲坑内，各电池具有电芯、正极极耳及负极极耳、以及注入的电解液，所述多个电池的正极极耳连接在一起，所述多个电池的负极极耳连接在一起，相邻的电池之间相互隔离；以及多块硅胶，各硅胶通过胶水与其两侧的相邻的电池的冲坑的侧面的铝塑膜以及与相邻的两个电池的冲坑之间的铝塑膜粘接。采用的硅胶可以提高电池组的弯折能力，从而可以提高柔性电池组中电池的安全性。同时采用铝塑膜外部设置硅胶，其变形时应力的释放是从硅胶传递到铝塑膜，因而铝塑膜最终受到的力减小，更加有利于电池组的柔韧性。

Description

柔性电池组及其制造方法
技术领域
本发明涉及电池领域，尤其涉及一种柔性电池组及其制造方法。
背景技术
由于锂离子电池具有诸多优点，例如电压高、体积小、质量轻、比容量高、无记忆效应、无污染、自放电小和循环寿命长等，使得其在移动设备领域的应用得到了空前的发展，包括移动电话、摄像机、笔记本电脑以及其它便携式电器等。随着对移动便捷设备的技术开发和其需求的增长，作为能源的二次电池的需求急剧增长。这样的二次电池中，对具有高能量密度和放电电压的锂二次电池的研究被广泛进行，目前已获得广泛应用。
随着消费者的趣向，电子设备逐渐趋于小型化、薄型化。在此类电池设计中的，需要使电池的形状随设备的形状而实现多样化，并且需要有效地使用设备的内部空间，因此许多电池需要以具有柔性的方式而设计。
于2013年7月4公布的美国专利申请公开号2013/0171490A1公开了一种柔性电池组，通过上、下叠层将一系列电池排列，并通过电池之间的粘附剂将上、下粘附层粘合而使电池隔离，从而制备柔性电池组。但是这种设计的柔性电池组在弯折时，由于顶部层及底部层硬性较强，受应力影响，柔性电池组的弯折程度及抗疲劳强度受到很大的限制，影响柔性电池组性能的发挥；粘结剂在一定的弯曲角度和弯曲次数后，粘接强度会下降，导致其牢靠性变差，而且在与粘结剂相近的非粘结区域由于作用力不一致容易产生疲劳，对柔性电池组的安全性能有风险。并且该方法需要控制粘附剂的粘接强度和每个区域使用量的均一，量产的难度很大。
发明内容
鉴于背景技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种柔性电池组及其制造方法，其能提高柔性电池组的弯曲能力。
本发明的另一目的在于提供一种柔性电池组及其制造方法，其能提高柔性电池组的安全性。
为了实现上述目的，在第一方面，本发明提供了一种柔性电池组，其包括：铝塑膜，沿宽度方向设置有多个冲坑；多个电池，各电池密封地设置于铝塑膜的每个冲坑内，各电池具有电芯、正极极耳及负极极耳、以及注入的电解液，所述多个电池的正极极耳连接在一起，所述多个电池的负极极耳连接在一起，相邻的电池之间相互隔离；以及多块硅胶，各硅胶通过胶水与其两侧的相邻的电池的冲坑的侧面的铝塑膜以及与相邻的两个电池的冲坑之间的铝塑膜粘接。
为了实现上述目的，在第二方面，本发明提供了一种柔性电池组的制造方法，用于制造根据本发明第一方面所述的柔性电池组，其包括步骤：将铝塑膜沿一侧在宽度方向上设置多个冲坑；在每个冲坑内放置一个电芯；将铝塑膜的另一侧向该一侧对折，以将放置于多个冲坑中的多个电芯覆盖；将每个冲坑的与对折方向垂直的两侧处的铝塑膜进行侧封，以使相邻的电池之间相互隔离，对折的区域形成气袋；从侧封后的放置有电芯的冲坑的顶部注入电解液；对注入电解液的冲坑进行顶封；对顶封后的电芯进行化成；对化成后的对应放置有电芯的气袋进行抽真空封装，以制成电池；进行底封，切除气袋；将多个电池的所设置的正极极耳连接到一起，将多个电池的所设置的负极极耳连接到一起；以及在相邻的两个电池的冲坑之间，通过胶水将硅胶与该相邻的两个电池的冲坑的侧面的铝塑膜以及相邻的两个电池的冲坑之间的铝塑膜粘接，以形成柔性电池组。
本发明的有益效果如下：
本发明的柔性电池组采用的硅胶是极其柔性的材料，其柔韧性和抗疲劳强度大，可以提高柔性电池组的弯折能力，从而可以提高柔性电池组中电池的安全性，并且有利于实际生产操作的执行以实现量产。同时采用铝塑膜外部设置硅胶，其变形时应力的释放是从硅胶传递到铝塑膜，因而铝塑膜最终受到的力减小，更加有利于柔性电池组的柔韧性。
附图说明
图1为根据本发明的柔性电池组在铝塑膜上设置冲坑的示意图；
图2为根据本发明的柔性电池组在冲坑放置电芯后的立体图；
图3为根据本发明的柔性电池组在铝塑膜对折后的立体图；
图4为根据本发明的柔性电池组在铝塑膜侧封并形成气袋后的立体图，其中图4是图3翻转后看到的并进行相应操作的示意图；
图5为根据本发明的柔性电池组在注入电解液、铝塑膜顶封、电芯化成、气袋抽真空、铝塑膜底封并切除气袋后的立体图，其中为了清楚起见，电芯以实线示出而电解液以填充线示出；
图6为根据本发明的柔性电池组在将硅胶与相邻的两个电池的冲坑的侧面的铝塑膜以及相邻的两个电池的冲坑之间的铝塑膜粘接后的立体图，其中为了清楚起见，电芯以实线示出而电解液以填充线示出；
图7为根据本发明的柔性电池组在将多个冲坑中的电芯的正极极耳连接到一起以及负极极耳连接到一起的立体图，其中为了清楚起见，电芯以实线示出而电解液以填充线示出。
其中，附图标记说明如下：
1铝塑膜    E电解液
2冲坑      4硅胶
3电池      G气袋
31电芯     L长度方向
P正极极耳  W宽度方向
N负极极耳  T厚度方向
具体实施方式
下面参照附图来详细说明根据本发明的柔性电池组及其制造方法。
首先说明根据本发明第一方面的柔性电池组。
在以下对柔性电池组及其各组件的说明中，L表示长度方向，W表示宽度方向，T表示厚度方向。
参照图1至图7，根据本发明的柔性电池组包括：铝塑膜1，沿宽度方向W设置有多个冲坑2；多个电池3，各电池3密封地设置于铝塑膜1的每个冲坑2内，各电池3具有电芯31、正极极耳P及负极极耳N、以及注入的电解液E，所述多个电池3的正极极耳P连接在一起，所述多个电池3的负极极耳N连接在一起，相邻的电池3之间相互隔离；以及多块硅胶4，各硅胶4通过胶水与其两侧的相邻的电池3的冲坑2的侧面的铝塑膜1（参照图6，在L方向上粘接）以及与相邻的两个电池3的冲坑2之间的铝塑膜1（参照图6，在T方向上粘接）粘接。
本发明的柔性电池组由于采用的硅胶是极其柔性的材料，其柔韧性和抗疲劳强度大，从而可以提高柔性电池组的弯曲能力，从而可以提高柔性电池组中电池的安全性，并且有利于实际生产操作以实现量产。同时采用铝塑膜外部设置硅胶，其变形时应力的释放是从硅胶传递到铝塑膜，因而铝塑膜最终受到的力减小，更加有利于柔性电池组的柔韧性。
本发明的柔性电池组可以应用于表带、装饰品、可穿戴服饰上，携带方便、轻盈。
在铝塑膜1的一实施例中，铝塑膜1可为尼龙-Al-PP三层结构。
在根据本发明的柔性电池组的一实施例中，冲坑2的长度比电池3的长度至少大2mm，冲坑2的宽度比电池3的宽度至少大1.5mm，冲坑2的厚度比电池3的厚度至少小0.4mm；相邻两个冲坑2之间的间距大于等于1.2mm，冲坑2比电池3更宽和更长，是为了保证可以将电芯31放入，并且给循环导致的电池膨胀留有空间；冲坑2的厚度比电芯31更小，是为了在封装后（底封、顶封、侧封均完成）使电芯31和铝塑膜1贴合得更紧，使柔性电池组的整体外部轮廓更好，防止电池3变形。
在根据本发明的柔性电池组的一实施例中，参照图6，硅胶4设置成与冲坑2平齐，换句话说，在厚度方向T上，硅胶4在图6中的上表面与冲坑2在图6中的上表面平齐。当然不限于此，可以视具体情况调整硅胶4在厚度方向T上的设置厚度。例如，硅胶4在图6中的上表面可低于冲坑2在图6中的上表面，或者硅胶4在图6中的上表面可高于冲坑2在图6中的上表面。
在根据本发明的柔性电池组的一实施例中，间隔放到冲坑2中的电池3的水含量不大于300ppm。水含量小于300ppm是为了防止电芯31在化成过程中产气过多（Li会与足量的水反应产生气体）导致界面被撑开破坏，影响柔性电池组的柔性。
在根据本发明的柔性电池组的一实施例中，电芯31可为卷绕式、叠片式、或卷绕叠片混合式。
在根据本发明的柔性电池组的一实施例中，电芯31可为钴酸锂和石墨体系、磷酸铁锂和石墨体系，当然不限于此，电芯31可以选用任何合适的正极活性物质和负极活性物质构成的体系。
在根据本发明的柔性电池组的一实施例中，电解液E可为含有锂盐LiPF6的液态、凝胶、固态电解液中的一种。
在根据本发明的柔性电池组的一实施例中，硅胶4的邵氏硬度不大于35D，拉伸强度为4.0MPa-12.5MPa。
在根据本发明的柔性电池组的一实施例中，胶水的粘度可为3000cps～20000cps。胶水的粘度控制可保证铝塑膜1和硅胶4的粘接性，需说明的是，胶水不能与铝塑膜1和硅胶4发生化学反应。
其次说明根据本发明第二方面的柔性电池组的制造方法。
根据本发明的柔性电池组的制造方法用于制造根据本发明第一方面的柔性电池组，其包括步骤：将铝塑膜1沿一侧在宽度方向W上设置多个冲坑2（参照图1）；在每个冲坑2内放置一个电芯31（参照图2）；将铝塑膜1的另一侧向该一侧对折，以将放置于多个冲坑2中的多个电芯31覆盖（参照图3）；将每个冲坑2的与对折方向垂直的两侧处的铝塑膜1进行侧封，对折区域可形成气袋G（参照图4），以使相邻的电池31之间相互隔离；从侧封后的放置有电芯31的冲坑2的顶部注入电解液E；对注入电解液E的冲坑2进行顶封；对顶封后的电芯31进行化成；对化成后的对应放置有电芯31的气袋G进行抽真空封装，以制成电池3；进行底封，切除气袋G（参照图5）；将多个电池3的所设置的正极极耳P连接到一起，将多个电池3的所设置的负极极耳N连接到一起（参照图7）；以及在相邻的两个电池3的冲坑2之间，通过胶水将硅胶4与该相邻的两个电池3的冲坑2的侧面的铝塑膜1以及与相邻的两个电池3的冲坑2之间的铝塑膜1粘接（参照图6），以形成柔性电池组。
其中，将多个冲坑2中的电池3的正极极耳P连接到一起以及负极极耳N连接到一起的步骤可以在进行底封切除气袋G的步骤之前或之后、可以在从侧封后的放置有电芯31的冲坑2的顶部注入电解液E的步骤之前、也可以在通过胶水将硅胶4与该相邻的两个电池3的冲坑2的侧面的铝塑膜1以及相邻的两个电池3的冲坑2之间的铝塑膜1粘接的步骤之后，实际中根据需要确定。
在根据本发明的柔性电池组的制造方法中，铝塑膜1的形成的气袋G的长度不小于4cm。
在根据本发明的柔性电池组的制造方法中，侧封温度为165℃～195℃、侧封时间为2s～20s、侧封压力为0.2MPa～1MPa。
在根据本发明的柔性电池组的制造方法中，顶封温度为165℃～195℃、顶封时间为2s～20s、顶封压力为0.2MPa～1MPa。
在根据本发明的柔性电池组的制造方法中，抽真空封装的抽真空时间为2s～30s、真空度≥-97KPa、封装压力为0.1MPa～1.2MPa、封装温度为165℃～195℃。
接下来说明根据本发明的柔性电池组的制造方法的实施例、测试过程以及测试结果。
实施例1（参照图1至图7的设置方式）
在铝塑膜1上设置6个冲坑2，冲坑2的长度比电芯31的长度大2mm，冲坑2的宽度比电芯31的宽度大1.5mm，冲坑2的厚度比电芯31的厚度小0.4mm；相邻两个冲坑2之间的间距为3cm。然后将水含量为300ppm的电芯31间隔地放到冲坑2中。将铝塑膜1的另一侧向该一侧对折，留有4cm的气袋G长度，并对每个冲坑2进行侧封，侧封温度为195℃、侧封时间为20s、侧封压力为1MPa；注入含有锂盐LiPF6和溶剂碳酸乙烯酯的液态电解液后进行顶封，顶封温度为195℃、顶封时间为20s、顶封压力为1MPa。然后对电芯31进行化成，再对电芯31的气袋G进行抽真空封装，抽真空时间为30s、真空度为-97KPa、封装压力为1.2MPa、封装温度为195℃。最后进行底封，将气袋G切除，并将电池3的正极极耳P连接到一起、负极极耳N连接到一起。将与硅胶4接触的铝塑膜1涂上胶水，胶水粘度为20000cps，放入硅胶，使硅胶4与该相邻的两个电池3的冲坑2的侧面的铝塑膜1以及与相邻的两个电池3的冲坑2之间的铝塑膜1粘接，以形成柔性电池组，硅胶4与冲坑2平齐，硅胶4的邵氏硬度为35D，拉伸强度为12.5MPa。
实施例2（参照图1至图7的设置方式）
在铝塑膜1上设置6个冲坑2，冲坑2的长度比电芯31的长度大3mm，冲坑2的宽度比电芯31的宽度大2.5mm，冲坑2的厚度比电芯31的厚度小0.5mm；相邻两个冲坑2之间的间距为3.5cm。然后将水含量为250ppm的卷绕电芯31间隔的放到冲坑2中。将铝塑膜1的另一侧向该一侧对折，留有5cm的气袋G长度，并对每个冲坑2进行侧封，侧封温度为165℃、侧封时间为2s、侧封压力为0.2MPa；注入含有锂盐LiPF6的固态电解液后进行顶封，顶封温度为165℃、顶封时间为2s、顶封压力为0.2MPa。然后对电芯31进行化成，再对电芯31的气袋G进行抽真空封装，抽真空时间为2s、真空度为-98KPa、封装压力为0.1MPa、封装温度为165℃。最后进行底封，将气袋G切除，并将电池3的正极极耳P连接到一起、负极极耳N连接到一起。将与硅胶4接触的铝塑膜1涂上胶水，胶水粘度为3000cps，放入硅胶，使硅胶4与该相邻的两个电池3的冲坑2的侧面的铝塑膜1以及与相邻的两个电池3的冲坑2之间的铝塑膜1粘接，以形成柔性电池组，硅胶4与冲坑2平齐，硅胶的邵氏硬度为25D，拉伸强度为4.0MPa。
实施例3（参照图1至图7的设置方式）
在铝塑膜1上设置6个冲坑2，冲坑2的长度比电芯31的长度大2.5mm，冲坑2的宽度比电芯31的宽度大2mm，冲坑2的厚度比电芯31的厚度小0.45mm；相邻两个冲坑2之间的间距为4cm。然后将水含量为200ppm的叠片电芯31间隔的放到冲坑2中。将铝塑膜1的另一侧向该一侧对折，留有4.5cm的气袋G长度，并对每个冲坑2进行侧封，侧封温度为180℃、侧封时间为10s、侧封压力为0.6MPa；注入含有锂盐LiPF6和溶剂丙烯碳酸酯的凝胶电解液后进行顶封，顶封温度为180℃、顶封时间为10s、顶封压力为0.6MPa。然后对电芯31进行化成，再对电芯31的气袋G进行抽真空封装，抽真空时间为16s、真空度为-99KPa、封装压力为0.6MPa、封装温度为180℃。最后进行底封，将气袋G切除，并将电池3的正极极耳P连接到一起、负极极耳N连接到一起。将与硅胶4接触的铝塑膜1涂上胶水，胶水粘度为12000cps，放入硅胶，使硅胶4与该相邻的两个电池3的冲坑2的侧面的铝塑膜1以及与相邻的两个电池3的冲坑2之间的铝塑膜1粘接，以形成柔性电池组，硅胶4与冲坑2平齐，硅胶的邵氏硬度为15D，拉伸强度为4.0MPa。
分别将实施例1至实施例3中的柔性电池组编号，依次编号为S1-S3。对S1-S3进行弯曲和容量测试。
容量测试方法为：首先静置3min；然后以0.5C的充电电流恒流充电至4.3V，再恒压充电至0.05C，得到充电容量AGC0；静置3min；再以0.5C的放电电流恒流放电至3.0V得到首次放电容量D0；静置3min之后完成容量测试
弯曲测试方法为：将柔性电池组每个硅胶位置处进行弯曲，弯曲角度从0℃～180℃进行，弯曲的次数为800次。最后观察柔性电池组是否变形和破裂，并测试弯曲后的容量。
表1给出了实施例1-3的容量测试与弯曲测试的测试结果。其中，实施例1的单个电池型号为284069，卷绕型，材料为钴酸锂和石墨，电解液为含有锂盐LiPF6和溶剂碳酸乙烯酯的液态电解液；实施例2的单个电池型号为204060，卷绕型，材料为磷酸铁锂和石墨，电解液为含有锂盐LiPF6的固态电解液；实施例3的单个电池型号为323472，叠片型，材料为磷酸铁锂和石墨，电解液为含有锂盐LiPF6和溶剂丙烯碳酸酯的凝胶电解液。
表1容量测试与弯曲测试的测试结果
Figure BDA0000479390330000081
从表1可以看出，经过弯曲测试后，S1-S3的容量没有明显的变化，并且柔性电池组没有变形和破裂的情况发生。说明采用该方法，可以制成弯曲能力和安全性好的柔性电池组，并且十分适合实际生产操作。
同时采用铝塑膜外部设置硅胶，其变形时应力的释放是从硅胶传递到铝塑膜，因而铝塑膜最终受到的力减小，更加有利于柔性电池组的柔韧性。

Claims (10)

1.一种柔性电池组，其特征在于，包括：
铝塑膜（1），沿宽度方向（W）设置有多个冲坑（2）；
多个电池（3），各电池（3）密封地设置于铝塑膜（1）的每个冲坑（2）内，各电池（3）具有电芯（31）、正极极耳（P）及负极极耳（N）、以及注入的电解液（E），所述多个电池（3）的正极极耳（P）连接在一起，所述多个电池（3）的负极极耳（N）连接在一起，相邻的电池（3）之间相互隔离；以及
多块硅胶（4），各硅胶（4）通过胶水与其两侧的相邻的电池（3）的冲坑（2）的侧面的铝塑膜（1）以及与相邻的两个电池（3）的冲坑（2）之间的铝塑膜（1）粘接。
2.根据权利要求1所述的柔性电池组，其特征在于，
冲坑（2）的长度比电芯（31）的长度至少大2mm，冲坑（2）的宽度比电芯（31）的宽度至少大1.5mm，冲坑（2）的厚度比电池（31）的厚度至少小0.4mm；
相邻两个冲坑（2）之间的间距大于等于3cm。
3.根据权利要求1所述的柔性电池组，其特征在于，间隔放到冲坑（2）中的电池（3）的水含量不大于300ppm。
4.根据权利要求1所述的柔性电池组，其特征在于，硅胶（4）的邵氏硬度不大于35D，拉伸强度为4.0MPa-12.5MPa。
5.根据权利要求1所述的柔性电池组，其特征在于，胶水的粘度为3000cps～20000cps。
6.一种柔性电池组的制造方法，用于制造根据权利要求1-5中任一项所述的柔性电池组，其特征在于，包括步骤：
将铝塑膜（1）沿一侧在宽度方向（W）上设置多个冲坑（2）；
在每个冲坑（2）内放置一个电芯（31）；
将铝塑膜（1）的另一侧向该一侧对折，以将放置于多个冲坑（2）中的多个电芯（31）覆盖；
将每个冲坑（2）的与对折方向垂直的两侧处的铝塑膜（1）进行侧封，以使相邻的电池（31）之间相互隔离，对折的区域形成气袋（G）；
从侧封后的放置有电芯（31）的冲坑（2）的顶部注入电解液（E）；
对注入电解液（E）的冲坑（2）进行顶封；
对顶封后的电芯（31）进行化成；
对化成后的对应放置有电芯（31）的气袋（G）进行抽真空封装，以制成电池（3）；
进行底封，切除气袋（G）；
将多个电池（3）的所设置的正极极耳（P）连接到一起，将多个电池（3）的所设置的负极极耳（N）连接到一起；以及
在相邻的两个电池（3）的冲坑（2）之间，通过胶水将硅胶（4）与该相邻的两个电池（3）的冲坑（2）的侧面的铝塑膜（1）以及相邻的两个电池（3）的冲坑（2）之间的铝塑膜（1）粘接，以形成柔性电池组。
7.根据权利要求6所述的柔性电池组的制造方法，其特征在于，铝塑膜（1）的形成的气袋（G）的长度不小于4cm。
8.根据权利要求6所述的柔性电池组的制造方法，其特征在于，侧封温度为165℃～195℃、侧封时间为2s～20s、侧封压力为0.2MPa～1MPa。
9.根据权利要求6所述的柔性电池组的制造方法，其特征在于，顶封温度为165℃～195℃、顶封时间为2s～20s、顶封压力为0.2MPa～1MPa。
10.根据权利要求6所述的柔性电池组的制造方法，其特征在于，抽真空封装的抽真空时间为2s～30s、真空度≥-97KPa、封装压力为0.1MPa～1.2MPa、封装温度为165℃～195℃。
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