CN105304929A - 可弯曲柔性电池及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种可弯曲柔性电池，包括均呈弯折状的至少两个亚电芯及连接在相邻亚电芯之间的连接部。该连接部为单根电池片带。每个亚电芯均由单根电池片带折叠形成并包括多个U形段。每个U形段包括两个片带臂及连接两个片带臂的连接臂。相邻U形段的开口方向相反并共用一个片带臂。该连接部的两端分别连接相邻亚电芯的终止端及起始端。本发明还提供一种可弯曲柔性电池的制备方法。

Description

可弯曲柔性电池及其制备方法

技术领域

本发明涉及能源存储技术领域，尤其涉及一种可弯曲柔性电池以及一种可弯曲柔性电池的制备方法。

背景技术

近年来，随着科技的发展，各种电子设备，例如：便携式手机、手表、照相机、摄像机、液晶显示器、平板电脑、笔记本电脑等等的样式越来越多，设计亮点也是层出不穷，很多电子设备具有独特的形状，例如曲面手机、曲面液晶显示器、可穿戴式的智能手表、智能手环等。这些电子设备都需要用到电源，具有独特形状的电子设备经常需要柔性的电池，而常规的电池常常过于刚硬，不能柔性地与这些电子设备的形状相符，若是反复弯折它们可能导致电池损坏或电池故障。即便是勉强将电池安装进电子设备中，也可能会造成电子设备的封装不理想。

发明内容

有鉴于此，有必要提供一种可弯曲柔性电池及一种可弯曲柔性电池的制备方法，其柔性好且能够反复弯折。

一种可弯曲柔性电池，包括均呈弯折状的至少两个亚电芯及连接在相邻亚电芯之间的连接部。该连接部为单根电池片带。每个亚电芯均由单根电池片带折叠形成并包括多个U形段。每个U形段包括两个片带臂及连接两个片带臂的连接臂。相邻U形段的开口方向相反并共用一个片带臂。该连接部的两端分别连接相邻亚电芯的终止端及起始端。

进一步地，该电池片带包括一条弯折的隔膜带、负极片及正极片，该隔膜带包括多个U形部，每个U形部包括两个隔膜层及连接两个隔膜层的转折臂，相邻U形部的开口方向相反并共用一个隔膜层，该负极片及该正极片交替堆叠进该多个U形部的U形开口并与对应的U形部的两个隔膜层接触。

进一步地，每个正极片附带有一个正极耳，每个负极片附带有一个负极耳，每个正极片的正极耳与每个负极片的负极耳间隔分布在该电池片带的相同侧。

进一步地，每个正极片附带有一个正极耳，每个负极片附带有一个负极耳，每个正极片的正极耳与每个负极片的负极耳分布在该电池片带的相背两侧。

进一步地，每个正极片附带有两个正极耳，每个负极片附带有两个负极耳，每个正极片的两个正极耳分布在对应的正极片的对角线处，每个负极片的两个负极耳分布在对应的负极片的对角线处并与同侧的正极耳间隔。

进一步地，自该电池片带的始端到终端方向，每个亚电芯中的U形段的数量逐渐减少。

进一步地，自该电池片带的始端到终端方向，所有排在奇数位的亚电芯中的U形段的数量相同，所有排列在偶数位的亚电芯中的U形段的数量相同，排在偶数位的亚电芯中的U形段的数量不同于排在奇数位的亚电芯中的U形段的数量。

进一步地，该可弯曲柔性电池还包括与该至少两个亚电芯对应的至少两个束紧件，每个束紧件缠绕在对应的亚电芯的最外两个片带臂上以固定住该对应的亚电芯。

一种可弯曲柔性电池的制备方法，包括：

提供一根电池片带，该电池片带包括一条弯折的隔膜带、负极片及正极片，该隔膜带包括多个U形部，每个U形部包括两个隔膜层及连接两个隔膜层的转折臂，相邻U形部的开口方向相反并共用一个隔膜层，该负极片及该正极片交替堆叠进该多个U形部的U形开口并与对应的U形部的两个隔膜层接触；及

在该电池片带的不同部位进行折叠以形成均呈弯折状的至少两个亚电芯及连接在相邻亚电芯之间的连接部，该连接部为单根电池片带，每个亚电芯均由单根电池片带折叠形成并包括多个U形段，每个U形段包括两个片带臂及连接两个片带臂的连接臂，相邻U形段的开口方向相反并共用一个片带臂，该连接部的两端分别连接相邻亚电芯的终止端及起始端。

进一步地，该可弯曲柔性电池的制备方法的折叠步骤包括以下步骤：

使该电池片带相对水平面倾斜；

固定该电池片带的始端及终端；

提供多个施力件，该多个施力件依次交替地设置在该电池片带的两侧；及

该多个施力件同时在水平方向上对该电池片带施力以形成多个U形段，同时该多个施力件在垂直方向对该多个U形段的片带臂进行压缩以形成至少两个亚电芯及连接在相邻亚电芯之间的连接部。

本发明中的可弯曲柔性电池及其制备方法采用由单根电池片带形成的连接部连接在相邻的亚电芯之间，连接部较亚电芯薄，相对比较柔软，从而导致可弯曲柔性电池整体表现出良好的柔性；另一方面，亚电芯由多个U形段组成，在受到外来弯曲力作用时，U形段可以通过相对轻微滑动来释放应力，提高了亚电芯的柔性，从而提高了可弯曲柔性电池整体的柔性。由此，该可弯曲柔性电池柔性好、能够反复弯折、且通用性强，能被应用于不同类型的电子设备中。

附图说明

图1是本发明第一实施方式提供的可弯曲柔性电池的立体示意图。

图2是本发明图1中的可弯曲柔性电池的电池片带的沿线II-II的剖面示意图。

图3是本发明图1中的可弯曲柔性电池的电池片带的立体示意图。

图4是本发明图1中的可弯曲柔性电池的处于一弯折状态的立体示意图。

图5是本发明第二实施方式提供的可弯曲柔性电池中的电池片带的结构示意图。

图6是本发明第三实施方式提供的可弯曲柔性电池中的电池片带的结构示意图。

图7是本发明第四实施方式提供的可弯曲柔性电池的结构示意图。

图8是本发明第五实施方式提供的可弯曲柔性电池的结构示意图。

图9是本发明第六实施方式提供的可弯曲柔性电池的结构示意图。

图10是本发明第七实施方式提供的可弯曲柔性电池的制备方法中折叠电池片带的原理示意图。

主要元件符号说明

可弯曲柔性电池	100、200、300、400
		亚电芯	10、50、60
U形段	12、52、62
		片带臂	122
连接臂	124
		起始端	14
终止端	16
		电池片带	20、30、40
连接部	20
		隔膜带	22
U形部	222
		隔膜层	224
转折臂	226、326、426
		正极片	24、34、44
正极耳	242、342、442
		负极片	26、36、46
负极耳	262、362、462
		始端	502、602
终端	504、604
		施力件	70
束紧件	80

如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。

具体实施方式

第一实施方式

请一并参阅图1，本发明第一实施方式提供的可弯曲柔性电池100可以被应用在各种电子设备中，例如：便携式手机、手表、照相机、摄像机、液晶显示器、个人数位助理、掌上游戏机、平板电脑、或笔记本电脑等普通消费性电子设备，或者是应用在无人飞行器、电动自行车、甚至是电动汽车等其他任何需要用到电池来提供动力的设备中。

本实施方式中，该可弯曲柔性电池100包括三个亚电芯10以及两个连接部20。该三个亚电芯10均呈弯折状，该两个连接部20分别连接在相邻亚电芯10之间。具体地，连接部20为单根电池片带(单根电池片带也用标号20来表示)，每个亚电芯10均由单根电池片带20正反交替来回折叠形成。每个亚电芯10呈S形并包括两个U形段12，每个U形段12均倒置90度放置并包括两个片带臂122及连接两个片带臂122的连接臂124。相邻U形段12的开口方向相反并共用一个片带臂122。连接部20的两端分别连接相邻亚电芯10的终止端16及起始端14。

请参阅图2，该电池片带20包括一条呈弯折状的隔膜带22、两个正极片24以及三个负极片26。该隔膜带22与上述的亚电芯10的形状类似，经过正反交替来回折叠。该隔膜带22包括五个U形部222，每个U形部222均倒置90度放置并包括两个隔膜层224及连接两个隔膜层224的转折臂226。相邻U形部222的开口方向相反并共用一个隔膜层224。该三个负极片26及该两个正极片24交替堆叠进该五个U形部222的U形开口并与对应的U形部222的两个隔膜层224接触。例如，以图2所示的自上而下方向上，该电池片带20依次排列的是：隔膜层224、负极片26、隔膜层224、正极片24、隔膜层224、负极片26、隔膜层224、正极片24、隔膜层224、负极片26、以及隔膜层224。负极片26以及正极片24通常是涂覆有活性电极材料的薄金属箔(例如铜箔或者铝箔)，负极片26上的活性电极材料可为碳（例如：软碳，硬碳，石墨等）、硅、硅碳复合材料、或者是锡等，而正极片24上的活性电极材料可为锂的化合物，比如：钴酸锂、磷酸铁锂、以及三元材料等。本实施方式中，处于最外层的两个负极片26均为单面涂覆有活性电极材料，处于中间的两个正极片24及一个负极片26则是双面涂覆有活性电极材料。

请参阅图3，每个正极片24经模切后形成有一个正极耳242，每个负极片26经模切后形成有一个负极耳262，每个正极片24的正极耳242与每个负极片26的负极耳262间隔分布在该电池片带20的相同侧，并与所有的转折臂226都不处于同侧。正极耳242及负极耳262的形成能够有利于形成电池片带20时对齐各正极片24及各负极片26，进而方便电池片带20的形成。

可以理解，电池片带20中正极片24及负极片26的数量并不局限于本实施方式中的数量，正极片24及负极片26的数量可以为任意，最外层的极片也不局限于本实施方式中均为负极片26，最外层的极片可以均为正极片24，也可以是一个极片为正极片24，另外一个极片为负极片26的形式，只需要满足正极片24与负极片26交替堆叠，且U形部222的数量与正极片24及负极片26的总和一致即可。例如，若电池片带20包括一个正极片24及一个负极片26，则U形部222的数量为两个。若电池片带20包括一个正极片24及两个负极片26，则U形部222的数量为三个，且两个负极片26设置在正极片24的两侧。考虑到电池片带20以及可弯曲柔性电池100整体的柔性，正极片24及负极片26层数的总和不宜包含太多，总和最佳保持在5层内(含5层)。

请参阅图4，使用时，该可弯曲柔性电池100被装设在如上所述的各类电子设备中，表现出较佳的柔性，能够被弯曲成如图4所示。当然，此图仅用来表现该可弯曲柔性电池100的柔性佳，能多次弯曲，而该可弯曲柔性电池100的弯曲程度并不局限于此图所表示。

本实施方式中的可弯曲柔性电池100采用由单根电池片带形成的连接部20连接在相邻的亚电芯10之间，连接部20较亚电芯10薄，相对比较柔软，从而导致可弯曲柔性电池100整体表现出良好的柔性；另一方面，亚电芯10由多个U形段12组成，在受到外来弯曲力作用时，U形段12可以通过相对轻微滑动来释放应力，提高了亚电芯10的柔性，从而提高了可弯曲柔性电池100整体的柔性。由此，该可弯曲柔性电池100柔性好、能够反复弯折、且通用性强，能被应用于不同类型的电子设备中。

可以理解，亚电芯10中U形段12的数量并不局限于本实施方式中为两个，可以是两个以上的任意个数。而且，亚电芯10的数量也不局限于实施方式中的为三个，连接部20的数量也不局限于本实施方式的两个，在其他实施方式中，亚电芯10的数量可以是至少两个，例如：两个、四个、五个、六个等。对应的，连接部20的数量可以是至少一个，例如：一个、三个、四个、五个等等。另外，如图1所示，本实施方式中的三个亚电芯10的长度L(沿着片带臂122的长度方向)彼此相同，而在其他实施方式中，多个亚电芯10的长度L可以彼此均不相同，例如分别为L₁、L₂、L₃、…、L_n，且L₁≠L₂≠L₃…≠L_n。或者，多个亚电芯10的长度L可以是一部分相同，另一部分不相同。更或者，同一个亚电芯10中的片带臂122的长度可以是全部相同，或者是全部不同，或者是一部分相同，另一部分不同，这些都可根据具体设计需求来变化。

第二实施方式

请参阅图5，本发明第二实施方式提供的可弯曲柔性电池与本发明第一实施方式提供的可弯曲柔性电池100基本相同，不同之处仅在于：电池片带30的结构与第一实施方式中的电池片带20的结构有所不同。具体不同点为：每个正极片34的正极耳342与每个负极片36的负极耳362分布在该电池片带30的相背两侧，且与所有的转折臂326都不处于同侧。

本实施方式中的可弯曲柔性电池的有益效果与第一实施方式中的可弯曲柔性电池100所具备的有益效果完全相同，在此不再赘述。

第三实施方式

请参阅图6，本发明第三实施方式提供的可弯曲柔性电池与本发明第一实施方式提供的可弯曲柔性电池100基本相同，不同之处仅在于：电池片带40的结构与第一实施方式中的电池片带20的结构有所不同。具体不同点为：每个正极片44经模切后形成有两个正极耳442，每个负极片46经模切后形成有两个负极耳462，每个正极片44的两个正极耳442分布在对应的正极片44的对角线处，每个负极片46的两个负极耳462分布在对应的负极片46的对角线处并与同侧的正极耳462间隔。每个正极片44与每个负极片46均与所有的转折臂426都不处于同侧。

本实施方式中的可弯曲柔性电池具有与第一实施方式中的可弯曲柔性电池100所具备的有益效果完全相同的有益效果，更进一步地，由于每个正极片44的两个正极耳442分布在对应的正极片44的对角线处，每个负极片46的两个负极耳462分布在对应的负极片46的对角线处，那么更有利于各正极片44及各负极片46的对齐，进而更方便电池片带40的形成。

第四实施方式

请参阅图7，本发明第四实施方式提供的可弯曲柔性电池200可与本发明第一至第三任意一实施方式提供的可弯曲柔性电池基本相同，不同之处仅在于：自该电池片带的始端502到终端504的方向，每个亚电芯50中的U形段52的数量逐渐减少，在此种情形下，该可弯曲柔性电池200呈阶梯形。

本实施方式中的可弯曲柔性电池200具有与第一至第三实施方式中的可弯曲柔性电池所具备的有益效果完全相同的有益效果，更进一步地，由于该可弯曲柔性电池200呈阶梯形，则该可弯曲柔性电池200能够更好的安装在电池安装空间为阶梯形的电子设备中。

可以理解，在其他实施方式中，自该电池片带的始端502到终端504的方向，每个亚电芯50中的U形段52的数量还可以是逐渐增多。

第五实施方式

请参阅图8，本发明第五实施方式提供的可弯曲柔性电池300可与本发明第一至第三任意一实施方式提供的可弯曲柔性电池基本相同，不同之处仅在于：自该电池片带的始端602到终端604的方向，所有排在奇数位的亚电芯60中的U形段62的数量相同，所有排列在偶数位的亚电芯60中的U形段62的数量相同，而排在偶数位的亚电芯60中的U形段62的数量不同于排在奇数位的亚电芯60中的U形段62的数量。在此种情形下，该可弯曲柔性电池300呈船形。

本实施方式中的可弯曲柔性电池300具有与第一至第三实施方式中的可弯曲柔性电池所具备的有益效果完全相同的有益效果，更进一步地，由于该可弯曲柔性电池300呈船形，则该可弯曲柔性电池300能够更好的安装在电池安装空间为船形的电子设备中。

可以理解，在其他实施方式中，自该电池片带的始端602到终端604的方向，每个亚电芯60中的U形段62的数量可任意设置，并不局限于第四实施方式中为“梯形”，也不局限于第五实施方式中为“船形”，可以是其他任意形状。另外，自该电池片带的始端602到终端604方向，每个亚电芯60中的U形段62的数量可均不相同。

第六实施方式

请参阅图9，本发明第六实施方式提供的可弯曲柔性电池400可与本发明第一至第五任意一实施方式提供的可弯曲柔性电池基本相同，不同之处仅在于：该可弯曲柔性电池400还包括与每个亚电芯10对应的束紧件80，每个束紧件80缠绕在对应的亚电芯10的最外两个片带臂上以固定住该对应的亚电芯10。其中，束紧件80为胶带，例如聚丙烯胶带，聚酰亚胺胶带等。

本实施方式中的可弯曲柔性电池400具有与第一至第五实施方式中的可弯曲柔性电池所具备的有益效果完全相同的有益效果，更进一步地，由于增加了束紧件80，且使其缠绕在对应的亚电芯10上，从而能够固定住该对应的亚电芯10，如此，通过固定每个亚电芯10的结构可以有效避免在组装过程中转移电芯时引起其结构的松散脱落，从而进一步影响到后继的电芯封装等工序。

第七实施方式

本实施方式主要描述一种可弯曲柔性电池的制备方法，为了方便说明，本实施方式以制作第一实施方式中的可弯曲柔性电池100为例来说明，具体地，该可弯曲柔性电池的制备方法包括以下步骤：请参阅图10，提供一根电池片带20。请结合图2，该电池片带20包括一条呈弯折状的隔膜带22、两个正极片24以及三个负极片26。该隔膜带22经过正反交替来回折叠，包括五个U形部222。每个U形部222均倒置90度放置并包括两个隔膜层224及连接两个隔膜层224的转折臂226。相邻U形部222的开口方向相反并共用一个隔膜层224。该三个负极片26及该两个正极片24交替堆叠进该五个U形部222的U形开口并与对应的U形部222的两个隔膜层224接触。例如，以图2所示的自上而下方向上，该电池片带20依次排列的是：隔膜层224、负极片26、隔膜层224、正极片24、隔膜层224、负极片26、隔膜层224、正极片24、隔膜层224、负极片26、以及隔膜层224。负极片26以及正极片24通常是涂覆有活性电极材料的薄金属箔(例如铜箔或者铝箔)，负极片26上的活性电极材料可为碳（例如：软碳，硬碳，石墨等）、硅、硅碳复合材料、或者是锡等，而正极片24上的活性电极材料可为锂的化合物（非氧化物），比如：钴酸锂、磷酸铁锂、以及三元材料等。本实施方式中，处于最外层的两个负极片26均为单面涂覆有活性电极材料，处于中间的两个正极片24及一个负极片26则是双面涂覆有活性电极材料。每个正极片24经模切后形成有一个正极耳242，每个负极片26经模切后形成有一个负极耳262，每个正极片24的正极耳242与每个负极片26的负极耳262间隔分布在该电池片带20的相同侧，并与所有的转折臂226都不处于同侧。

使该电池片带20相对水平面倾斜放置。

固定该电池片带20的始端及终端。

提供多个施力件70，该多个施力件70依次交替地设置在该电池片带20的左侧202及右侧204，施力件70可以是人手及自动或半自动的辅助工具，例如辅助刀具等；及

该多个施力件70同时在水平方向上对该电池片带20施力以形成多个U形段12，同时该多个施力件70在垂直方向对该多个U形段12的片带臂122进行压缩以形成三个亚电芯10及连接在相邻亚电芯10之间的两个连接部20。此时，每个U形段12均倒置90度放置并包括两个片带臂122及连接两个片带臂122的连接臂124。相邻U形段12的开口方向相反并共用一个片带臂122。连接部20的两端分别连接相邻亚电芯10的终止端16及起始端14。

可以理解，第一至第五实施方式中的可弯曲柔性电池的制备方法与制作第一实施方式中的可弯曲柔性电池100的方法类似，在此不再赘述。请结合图9，第六实施方式中的可弯曲柔性电池400的制备方法也与制作第一实施方式中的可弯曲柔性电池100的方法类似，更进一步地是最后还包括一个束紧步骤，即，每个束紧件80缠绕在对应的亚电芯10的最外两个片带臂上以固定住该对应的亚电芯10。

本技术领域的普通技术人员应当认识到，以上的实施方式仅是用来说明本发明，而并非用作为对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围之内，对以上实施例所作的适当改变和变化都落在本发明要求保护的范围之内。

Claims (10)

1.一种可弯曲柔性电池，其特征在于，该可弯曲柔性电池包括均呈弯折状的至少两个亚电芯及连接在相邻亚电芯之间的连接部，该连接部为单根电池片带，每个亚电芯均由单根电池片带折叠形成并包括多个U形段，每个U形段包括两个片带臂及连接两个片带臂的连接臂，相邻U形段的开口方向相反并共用一个片带臂，该连接部的两端分别连接相邻亚电芯的终止端及起始端。

2.如权利要求1所述的可弯曲柔性电池，其特征在于，该电池片带包括一条弯折的隔膜带、负极片及正极片，该隔膜带包括多个U形部，每个U形部包括两个隔膜层及连接两个隔膜层的转折臂，相邻U形部的开口方向相反并共用一个隔膜层，该负极片及该正极片交替堆叠进该多个U形部的U形开口并与对应的U形部的两个隔膜层接触。

3.如权利要求2所述的可弯曲柔性电池，其特征在于，每个正极片附带有一个正极耳，每个负极片附带有一个负极耳，每个正极片的正极耳与每个负极片的负极耳间隔分布在该电池片带的相同侧。

4.如权利要求2所述的可弯曲柔性电池，其特征在于，每个正极片附带有一个正极耳，每个负极片附带有一个负极耳，每个正极片的正极耳与每个负极片的负极耳分布在该电池片带的相背两侧。

5.如权利要求2所述的可弯曲柔性电池，其特征在于，每个正极片附带有两个正极耳，每个负极片附带有两个负极耳，每个正极片的两个正极耳分布在对应的正极片的对角线处，每个负极片的两个负极耳分布在对应的负极片的对角线处并与同侧的正极耳间隔。

6.如权利要求3至5中任意一项所述的可弯曲柔性电池，其特征在于，自该电池片带的始端到终端方向，每个亚电芯中的U形段的数量逐渐减少或增多。

7.如权利要求3至5中任意一项所述的可弯曲柔性电池，其特征在于，自该电池片带的始端到终端方向，所有排在奇数位的亚电芯中的U形段的数量相同，所有排列在偶数位的亚电芯中的U形段的数量相同，排在偶数位的亚电芯中的U形段的数量不同于排在奇数位的亚电芯中的U形段的数量。

8.如权利要求2所述的可弯曲柔性电池，其特征在于，该可弯曲柔性电池还包括与该至少两个亚电芯对应的至少两个束紧件，每个束紧件缠绕在对应的亚电芯的最外两个片带臂上以固定住该对应的亚电芯。

9.一种可弯曲柔性电池的制备方法，其特征在于，该可弯曲柔性电池的制备方法包括：

提供一根电池片带，该电池片带包括一条弯折的隔膜带、负极片及正极片，该隔膜带包括多个U形部，每个U形部包括两个隔膜层及连接两个隔膜层的转折臂，相邻U形部的开口方向相反并共用一个隔膜层，该负极片及该正极片交替堆叠进该多个U形部的U形开口并与对应的U形部的两个隔膜层接触；及

在该电池片带的不同部位进行折叠以形成均呈弯折状的至少两个亚电芯及连接在相邻亚电芯之间的连接部，该连接部为单根电池片带，每个亚电芯均由单根电池片带折叠形成并包括多个U形段，每个U形段包括两个片带臂及连接两个片带臂的连接臂，相邻U形段的开口方向相反并共用一个片带臂，该连接部的两端分别连接相邻亚电芯的终止端及起始端。

10.如权利要求9所述的可弯曲柔性电池的制备方法，其特征在于，该可弯曲柔性电池的制备方法的折叠步骤包括以下步骤：

使该电池片带相对水平面倾斜；

固定该电池片带的始端及终端；

提供多个施力件，该多个施力件依次交替地设置在该电池片带的两侧；及

该多个施力件同时在水平方向上对该电池片带施力以形成多个U形段，同时该多个施力件在垂直方向对该多个U形段的片带臂进行压缩以形成至少两个亚电芯及连接在相邻亚电芯之间的连接部。