CN106058308A - 一种柔性锂离子电池及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种柔性锂离子电池及其制备方法。本发明的柔性锂离子电池包括正极、隔膜、电解液、负极、封装膜；叠放顺序为封装膜‑正极‑隔膜‑负极‑封装膜，其中电解液充斥在两层封装膜之间；柔性锂离子电池具有波浪纹结构。本发明的电池具有良好的柔性，电芯可以实现数千次弯折容量、循环性能不衰减。

Description

一种柔性锂离子电池及其制备方法
技术领域
本发明锂离子二次电池领域，尤其涉及一种柔性锂离子电池及其制备方法。
背景技术
随着现代科技的快速发展，可穿戴设备逐渐成为数码产品的后起之秀。作为可穿戴设备的主要特点，柔性已成为其关键技术。越来越多的可穿戴设备如智能手环、智能手表、智能腕带、智能跑鞋，可弯折显示屏、智能电子皮肤等如井喷般出现在我们的日常生活中。另一方面，锂电池因其具有电压高、比能量高、无记忆效应、充放电寿命长等优点在维持这些可穿戴设备的正常工作中起到了关键性的作用。
然而目前锂电池的形态还是以圆柱、扣式、块状为主，这些形态决定了其不能弯折的特点，并且在可穿戴设备追求越来越小的同时，锂电池的这些形态无可规避的占用了可穿戴设备有限而又宝贵的内部空间。并且即使锂电池占用了可穿戴设备宝贵的内部空间，由于锂电池本身能量密度的限制，目前可穿戴设备普遍存在待机时间短的特点。这些缺点直接限制了可穿戴设备的进一步发展。柔性锂离子电池作为锂电池的一种，由于其本身具有一定的柔性，因此有望成为可穿戴设备理想的能量供给部件。另外由于目前电子产品在形态上的多样性，因此其对作为能源供给的锂离子电池也提出了新的要求。
目前，在锂离子电池领域已经有较多柔性锂离子电池的报道。如CN 105449262A公开了一种柔性锂离子电池，其包括外包装和收容在外包装中的电芯，电芯包括电极极片和电解液，其中，电极极片包括隔离层和通过冷压分布在隔离层上的正极材料、负极材料，隔离层为玻璃纤维改性的聚对苯二甲酸醇酯隔离膜、玻璃纤维改性的芳环聚碳酸酯隔离膜、含氟聚烯烃隔离膜、玻璃纤维改性的聚丙烯酸酯隔离膜中的一种或几种。这种方法只是将活性物质分别压在隔离层两侧，只是单纯的减少了正、负极集流体，降低了厚度，增加了柔性，但是此种方法由于缺少集流体，电池内阻较大，当把电池做大时其性能衰减较为严重。而本发明仍然采用集流体，却能实现较小的内阻和优异的柔性。
CN 102544574A公开了一种柔性锂离子电池，包括柔性电池外壳和位于柔性电池外壳内部的电池主体，柔性电池外壳内灌注有电解液；所述电池主体包括依次叠放的正极电极片、隔膜和负极电极片。这种方法采用对碳布使用高压反应釜处理、马弗炉高温煅烧等复杂工序进行处理，并且使用面积较小，尽管实现了本体的柔性，整个电池在进行弯折时仍然存在弯折前后形态发生变化的情况。本发明适用于工业生产中电极的大面积制备，并且电池在弯折前后仍然保持良好的性能和形态。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的之一在于提供一种柔性锂离子电池，其具有良好的柔性，电芯可以实现数千次弯折容量、循环性能不衰减。
为达上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种柔性锂离子电池，包括正极、隔膜、电解液、负极和封装膜；叠放顺序为封装膜-正极-隔膜-负极-封装膜，其中电解液充斥在两层封装膜之间；所述电池整体设计成波浪纹结构。
将电池整体设计成波浪纹结构，这样整个电芯可以有效解决目前柔性锂离子电池存在的柔性差、弯折状态容量损失大、循环性能不好的问题，电芯可以实现数千次弯折容量、循环性能不衰减，而且该电池的波浪纹设计简单、方便，具有很高的实用性。
本发明利用锂离子电池外观结构的波浪纹结构设计实现电池的柔性，电池的波浪纹结构能够抵消电池在弯折过程中的应力和应变，在实现弯折的同时能够保证内部电芯不受任何破坏，经过测试所组装的电池在数千次反复弯折后电化学性能基本没有变化。本发明的柔性锂离子电池在可穿戴设备领域具有巨大的潜在应用。
作为优选，所述正极为钴酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂或镍钴锰酸锂三元材料涂敷于铝箔、碳纳米管薄膜、石墨烯薄膜或导电布之上制备的电极。
作为优选，所述隔膜为目前锂电池所使用的聚乙烯或聚丙烯微孔膜。
作为优选，所述电解液为液体电解质、凝胶电解质或固体电解质。
作为优选，所述负极为天然石墨、人造石墨、中间相碳微球、软炭、硬炭、氮化物、硅基材料、锡基材料、钛基材料或合金材料涂敷于铜箔、碳纳米管薄膜、石墨烯薄膜或导电布之上制备的电极。
作为优选，所述封装膜为铝塑膜。
本发明的目的之一还在于提供本发明所述的柔性锂离子电池的制备方法，包括如下步骤：将正极、隔膜、负极裁成相同形状，然后依次正极-隔膜-负极叠放形成电芯主体，焊接接耳，并置于封装膜内，在封装膜内注入电解液后对柔性电池进行封装，利用波浪纹成型装置将电芯压成波浪纹结构，经激活后得到柔性锂离子电池。
本发明提供的柔性锂离子电池具有以下显著的优点：
(1)应用此发明柔性锂离子电池的制备方法，可以制备出不同面积大小的柔性锂离子电池，实现在不同形态柔性可穿戴设备中的应用。
(2)所制备柔性锂离子电池能够实现0～360°弯折，而仍然保持良好的电化学性能。
附图说明
图1为本发明的柔性锂离子电池一种实施方案的外观结构；
图2为本发明实施例1制备得到的柔性锂离子电池在弯折10000次开路电压变化；
图3为本发明实施例1制备得到的柔性锂离子电池在弯折前、弯折500圈、弯折1000圈、弯折2000圈后开路电压与容量关系。
具体实施方式
为便于理解本发明，本发明列举实施例如下。本领域技术人员应该明了，所述实施例仅仅用于帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。
实施例1
该实施例用于说明本发明的柔性锂离子电池的制备方法。
将正极、隔膜、负极裁成相同形状，然后依次正极-隔膜-负极叠放形成电芯主体，焊接接耳，并置于封装膜内，在封装膜内注入电解液后对柔性电池进行封装，然后利用波浪纹成型装置将电芯压成波浪纹结构，经激活后得到柔性锂离子电池。通过往复弯曲装置对电池进行弯折，并在弯折状态对柔性锂离子电池进行充放电性能和开路电压测试。
正极为钴酸锂涂敷于铝箔之上制备的电极。
隔膜为聚乙烯微孔膜。
电解液为液体电解质。
负极为人造石墨涂敷于铜箔之上制备的电极。
封装膜为铝塑膜。
图2为本实施例制备得到的柔性锂离子电池在弯折10000次开路电压变化；可以看出，柔性锂离子电池在弯折10000次前后开路电压基本没有发生变化，表现出其良好的电压保持性能。
图3为本实施例制备得到的柔性锂离子电池在弯折前、弯折500圈、弯折1000圈、弯折2000圈后开路电压与容量关系。从图中可以看出，不同弯折圈数前后容量基本没有衰减，体现了柔性锂离子电池良好的容量保持率。
实施例2
将正极、隔膜、负极裁成相同形状，然后依次正极-隔膜-负极叠放形成电芯主体，焊接接耳，并置于封装膜内，在封装膜内注入电解液后对柔性电池进行封装，然后利用波浪纹成型装置将电芯压成波浪纹结构，经激活后得到柔性锂离子电池。
正极为磷酸铁锂铝箔之上制备的电极。
隔膜为聚丙烯微孔膜。
电解液为液体电解质。
负极为人造石墨涂敷于铜箔之上制备的电极。
封装膜为铝塑膜。
制得的柔性锂离子电池在弯折10000次前后开路电压基本没有发生变化，表现出其良好的电压保持性能。
在弯折前、弯折500圈、弯折1000圈、弯折2000圈后的开路电压与容量关系表明，不同弯折圈数前后容量基本没有衰减，体现了柔性锂离子电池良好的容量保持率。
实施例3
将正极、隔膜、负极裁成相同形状，然后依次正极-隔膜-负极叠放形成电芯主体，焊接接耳，并置于封装膜内，在封装膜内注入电解液后对柔性电池进行封装，然后利用波浪纹成型装置将电芯压成波浪状，经激活后得到柔性锂离子电池。
正极为锰酸锂涂敷于铝箔之上制备的电极。
隔膜为聚乙烯微孔膜。
电解液为凝胶电解质。
负极为中间相碳微球涂敷于铜箔之上制备的电极。
封装膜为铝塑膜。
制得的柔性锂离子电池在弯折10000次前后开路电压基本没有发生变化，表现出其良好的电压保持性能。
在弯折前、弯折500圈、弯折1000圈、弯折2000圈后的开路电压与容量关系表明，不同弯折圈数前后容量基本没有衰减，体现了柔性锂离子电池良好的容量保持率。
申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细工艺设备和工艺流程，但本发明并不局限于上述详细工艺设备和工艺流程，即不意味着本发明必须依赖上述详细工艺设备和工艺流程才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。

Claims (7)

1.一种柔性锂离子电池，其特征在于，包括正极、隔膜、电解液、负极和封装膜；叠放顺序为封装膜-正极-隔膜-负极-封装膜，其中电解液充斥在两层封装膜之间；所述电池整体设计成波浪纹结构。
2.根据权利要求1所述的柔性锂离子电池，其特征在于，所述正极为钴酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂或镍钴锰酸锂三元材料涂敷于铝箔、碳纳米管薄膜、石墨烯薄膜或导电布之上制备的电极。
3.根据权利要求1或2所述的柔性锂离子电池，其特征在于，所述隔膜为聚乙烯或聚丙烯微孔膜。
4.根据权利要求1-3任一项所述的柔性锂离子电池，其特征在于，所述电解液为液体电解质、凝胶电解质或固体电解质。
5.根据权利要求1-4任一项所述的柔性锂离子电池，其特征在于，所述负极为天然石墨、人造石墨、中间相碳微球、软炭、硬炭、氮化物、硅基材料、锡基材料、钛基材料或合金材料涂敷于铜箔、碳纳米管薄膜、石墨烯薄膜或导电布之上制备的电极。
6.根据权利要求1-5任一项所述的柔性锂离子电池，其特征在于，所述封装膜为铝塑膜。
7.权利要求1-6任一项所述的柔性锂离子电池的制备方法，包括如下步骤：将正极、隔膜、负极裁成相同形状，然后依次正极-隔膜-负极叠放形成电芯主体，焊接接耳，并置于封装膜内，在封装膜内注入电解液后对柔性电池进行封装，利用波浪纹成型装置将电芯压成波浪纹结构，经激活后得到柔性锂离子电池。
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