CN106252737B - 一种柔性锂离子电池 - Google Patents

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Abstract

一种柔性锂离子电池，包括电芯和包裹在电芯外的外包装膜；所述外包装膜与电芯的上表面和下表面之间设有柔性膜，所述柔性膜覆盖电芯的上表面和下表面，至少一片柔性膜与外包装膜之间设有若干缓冲凸起，所述外包装膜的内表面对应所述缓冲凸起处设有凹坑。在电芯的表面增加缓冲凸起，该缓冲凸起具有一定的弹性，电池整体在弯曲时会优先于极片受到弯曲应力的挤压，从而保护极片因为承受过大的应力出现掉粉和断裂，增加了电池的弯折次数。

Description

一种柔性锂离子电池
技术领域
本发明涉及锂离子电池，尤其是一种柔性锂离子电池。
背景技术
近年来，穿戴式电子产品的市场非常火爆，像智能手表、智能手环、智能眼镜、智能项链、智能戒指等产品的销量都在逐年增加。由于穿戴式电子产品大都具有一定的形状或弧度，传统的锂离子电池外形都是固定的，只能利用到这些电子产品的有限空间，不仅能量密度低，而且在反复穿戴的过程中，因为电池的外形不能弯曲，会导致消费者的体验下降。因此，开发一种可以随着穿戴电子产品的外形反复弯曲的柔性电池，不仅可以提升电池的能量密度增加使用时间，而且可以提高消费者的使用体验。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种柔性锂离子电池，可减缓电池在反复弯折过程中极片所承受的弯曲应力，避免了极片的断裂，增加了电池的弯曲次数。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种柔性锂离子电池，包括电芯和包裹在电芯外的外包装膜；所述外包装膜与电芯的上表面和下表面之间设有柔性膜，所述柔性膜覆盖电芯的上表面和下表面，至少一片柔性膜与外包装膜之间设有若干缓冲凸起，所述外包装膜的内表面对应所述缓冲凸起处设有凹坑。传统电池中，外包装膜直接包裹电芯，外包装膜的内表面与电芯上表面和下表面的极片直接接触，电池在弯曲时，由于弯曲的弧度不同，电芯的极片与外包装膜会发生相对的移动，由于电芯的极片与外包装膜之间的摩擦系数大，二者之间的滑动摩擦力较大，所以电池弯曲会导致极片表面的涂覆层掉落，甚至使极片断裂；本发明在电芯的上表面和下表面与外包装膜之间增加一层柔软且摩擦系数较小的柔性膜，电池在弯曲时，极片移动所要克服的摩擦力较小，所以弯曲更容易，减小极片断裂的情况发生，还可以减小极片表面涂覆材料的掉落。在电芯的表面增加缓冲凸起，该缓冲凸起具有一定的弹性，电池整体在弯曲时会优先于极片受到弯曲应力的挤压，从而保护极片因为承受过大的应力出现掉粉和断裂，增加了电池的弯折次数。缓冲凸起设置在电池表面与外包装膜之间，且缓冲凸起位于外包装膜的凹坑内，可以保护缓冲凸起掉落或移位，从而保证缓冲凸起具有良好的缓冲作用。
作为改进，所述电芯由正极极片、隔膜、负极极片相互叠片而成。叠片式的电池可以做得更薄，更适合做柔性电池。
作为改进，所述正极极片包括正极载流体和涂敷在正极载流体表面的正极材料，所述正极材料包括钴酸锂、镍锰钴酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂中的一种作为主料，配合柔性PVDF粘结剂和导电剂混合而成；所述负极极片包括负极载流体和涂敷在负极载流体表面的负极材料，所述负极材料包括人造石墨、天然石墨、中间相炭微球中一种作为主料，配合柔性SBR、柔性PVDF、改性PE树脂胶和PP树脂胶中的一种作为粘结剂和导电剂混合而成；所述隔膜为PE隔膜、PP隔膜、涂覆PVDF隔膜、涂覆Al2O3隔膜中的一种。制作正极极片时，先将材料混合成浆料，然后均匀涂覆在铝箔表面，经过辊压后冲切而成，本发明的正极材料粘合性更强，可以防止电池在弯曲时正极材料的掉落；制作负极极片时，先将材料混合成浆料，然后均匀涂覆在铜箔表面，经过辊压后冲切而成，本发明的负极材料粘合性更强，可以防止电池在弯曲时负极材料的掉落。
作为改进，所述柔性膜为隔膜。隔膜的厚度、韧性、光滑度且不如电解液反应，非常适合作为柔性膜。
作为改进，位于电芯上表面和下表面的柔性膜连接形成环形膜，所述环形膜沿电芯长度方向套在电芯的表面。环形膜包裹电芯，使环形膜不容易脱离电芯，而且在电池弯曲的方向，无论环形膜怎么移动始终能够覆盖电芯的上下表面。
作为改进，所述缓冲凸起由具有弹性的SBR、PVDF、聚丙烯酸的高分子胶液材料制得。缓冲凸起的材料不与电解液反应，而且具有良好的弹性，适合内置电池内起缓冲作用。
作为改进，所述缓冲凸起呈条形和柱形，缓冲凸起的顶面呈弧形。
作为改进，柱形的缓冲凸起呈阵列分布；相邻的条形的缓冲凸起之间相互平行，条形的缓冲凸起沿电芯的长度分布、宽度分布或倾斜分布。阵列分布的缓冲凸起的优点是，电池多个方向弯曲均能起到缓冲作用；可以根据电芯的弯曲方向设置条形缓冲凸起的走向。
作为改进，所述缓冲凸起的，高度为0.1~3.0mm，宽度为0.1~5mm。
作为改进，所述外包装膜内为真空状态，使外包装膜能够将缓冲凸起进行的固定在电芯的表面。
本发明与现有技术相比所带来的有益效果：
1、本发明在电芯的上表面和下表面与外包装膜之间增加一层柔软且摩擦系数较小的柔性膜，电池在弯曲时，极片移动所要克服的摩擦力较小，所以弯曲更容易，减小极片断裂的情况发生，还可以减小极片表面涂覆材料的掉落；
2、在电芯的表面增加缓冲凸起，该缓冲凸起具有一定的弹性，电池整体在弯曲时会优先于极片受到弯曲应力的挤压，从而保护极片因为承受过大的应力出现掉粉和断裂，增加了电池的弯折次数；
3、缓冲凸起设置在电池表面与外包装膜之间，且缓冲凸起位于外包装膜的凹坑内，可以保护缓冲凸起掉落或移位，从而保证缓冲凸起具有良好的缓冲作用；
4、本发明的正极材料和负极材料粘合性更强，可以防止电池在弯曲时正负极材料的掉落。
附图说明
图1为柔性电池内部结构示意图。
图2为实施例1缓冲凸起分布示意图。
图3为实施例2缓冲凸起分布示意图。
图4为实施例3缓冲凸起分布示意图。
图5为实施例4缓冲凸起分布示意图。
具体实施方式
下面结合说明书附图对本发明作进一步说明。
实施例1
如图1所示，一种柔性锂离子电池，包括电芯和包裹在电芯外的外包装膜4，所述外包装膜4与电芯的上表面和下表面之间设有柔性膜。
如图1所示，所述电芯由正极极片1、隔膜2、负极极片3相互叠片而成，正负极片的数量根据电池容量和厚度决定。所述正极极片1包括正极载流体和涂敷在正极载流体表面的正极材料，所述正极材料采用钴酸锂作为主料，配合柔性PVDF粘结剂和导电剂混合而成；制作正极极片1时，先将材料混合成浆料，然后均匀涂覆在铝箔表面，经过辊压后冲切而成，本发明的正极材料粘合性更强，可以防止电池在弯曲时正极材料的掉落。所述负极极片3包括负极载流体和涂敷在负极载流体表面的负极材料，所述负极材料采用人造石墨作为主料，配合柔性SBR粘结剂和导电剂混合而成；制作负极极片3时，先将材料混合成浆料，然后均匀涂覆在铜箔表面，经过辊压后冲切而成，本发明的负极材料粘合性更强，可以防止电池在弯曲时负极材料的掉落。所述隔膜2为PE隔膜。
如图1所示，所述柔性膜5覆盖电芯的上表面和下表面，位于电芯上表面和下表面的柔性膜5连接形成环形膜，所述环形膜沿电芯长度方向套在电芯的表面，相当于柔性膜5缠绕电芯一圈，环形膜包裹电芯，使环形膜不容易脱离电芯，而且在电池弯曲的方向，无论环形膜怎么移动始终能够覆盖电芯的上下表面。所述柔性膜5为隔膜，隔膜的厚度、韧性、光滑度且不如电解液反应。本发明在电芯的上表面和下表面与外包装膜4之间增加一层柔软且摩擦系数较小的柔性膜5，电池在弯曲时，极片移动所要克服的摩擦力较小，所以弯曲更容易，减小极片断裂的情况发生，还可以减小极片表面涂覆材料的掉落。
如图1所示，至少一片柔性膜5与外包装膜4之间设有若干缓冲凸起7，本实施例在电芯的上表面和下表面均设有缓冲凸起7。所述缓冲凸起7由具有弹性的SBR高分子胶液材料制得，缓冲凸起7的材料不与电解液反应，而且具有良好的弹性，适合内置电池内起缓冲作用。如图2所示，所述缓冲凸起7呈柱形，其呈阵列分布在电芯的上下表面；阵列分布的缓冲凸起7的优点是，电池多个方向弯曲均能起到缓冲作用。缓冲凸起7的截面呈现半椭圆形、半圆形或者半圆柱形，所述缓冲凸起7的高度为0.1~3.0mm，宽度为0.1~5mm。在电芯的表面增加缓冲凸起7，该缓冲凸起7具有一定的弹性，电池整体在弯曲时会优先于极片受到弯曲应力的挤压，从而保护极片因为承受过大的应力出现掉粉和断裂，增加了电池的弯折次数。
如图1所示，所述外包装膜4为铝塑膜，外包装膜4的内表面对应所述缓冲凸起7处设有凹坑6，凹坑6的形状与凸起的形状相似。缓冲凸起7设置在电池表面与外包装膜4之间，且缓冲凸起7位于外包装膜4的凹坑6内，可以保护缓冲凸起7掉落或移位，从而保证缓冲凸起7具有良好的缓冲作用。
本发明的制作步骤：
（1）通过叠片工艺制得电芯；
（2）在电芯外包裹柔性膜5；
（3）利用模具在电芯的上下表面的柔性膜5上成型出缓冲凸起7；
（4）将电芯和电解液装入外包装膜4内后，通过抽真空的方式对外包装膜4进行热压封装，外包装膜4内层会紧密贴合缓冲凸起7；外包装膜4上的凹坑6通过预先冲压出来，外包装膜4抽真空后，外包装膜4能够将缓冲凸起7紧紧的压在电芯的表面；外包装膜4也可以为平面，通过抽真空的压力在外包装膜4的表面形成凹坑6。
实施例2
如图1所示，一种柔性锂离子电池，包括电芯和包裹在电芯外的外包装膜4，所述外包装膜4与电芯的上表面和下表面之间设有柔性膜5。
如图1所示，所述电芯由正极极片1、隔膜、负极极片3相互叠片而成，正负极片的数量根据电池容量和厚度决定。所述正极极片1包括正极载流体和涂敷在正极载流体表面的正极材料，所述正极材料采用镍锰钴酸锂作为主料，配合柔性PVDF粘结剂和导电剂混合而成；制作正极极片1时，先将材料混合成浆料，然后均匀涂覆在铝箔表面，经过辊压后冲切而成，本发明的正极材料粘合性更强，可以防止电池在弯曲时正极材料的掉落。所述负极极片3包括负极载流体和涂敷在负极载流体表面的负极材料，所述负极材料采用天然石墨作为主料，配合柔性PVDF粘结剂和导电剂混合而成；制作负极极片3时，先将材料混合成浆料，然后均匀涂覆在铜箔表面，经过辊压后冲切而成，本发明的负极材料粘合性更强，可以防止电池在弯曲时负极材料的掉落。所述隔膜为PP隔膜。
如图1所示，所述柔性膜5覆盖电芯的上表面和下表面，位于电芯上表面和下表面的柔性膜5连接形成环形膜，所述环形膜沿电芯长度方向套在电芯的表面，相当于柔性膜5缠绕电芯一圈，环形膜包裹电芯，使环形膜不容易脱离电芯，而且在电池弯曲的方向，无论环形膜怎么移动始终能够覆盖电芯的上下表面。所述柔性膜5为隔膜，隔膜的厚度、韧性、光滑度且不如电解液反应。本发明在电芯的上表面和下表面与外包装膜4之间增加一层柔软且摩擦系数较小的柔性膜5，电池在弯曲时，极片移动所要克服的摩擦力较小，所以弯曲更容易，减小极片断裂的情况发生，还可以减小极片表面涂覆材料的掉落。
如图1所示，至少一片柔性膜5与外包装膜4之间设有若干缓冲凸起7，本实施例在电芯的上表面和下表面均设有缓冲凸起7。所述缓冲凸起7由具有弹性的PVDF高分子胶液材料制得，缓冲凸起7的材料不与电解液反应，而且具有良好的弹性，适合内置电池内起缓冲作用。如图3所示，所述缓冲凸起7呈条形，缓冲凸起7沿电池的长度方向设置，相邻缓冲凸起7之间相互平行且间隔相同。缓冲凸起7的截面呈现半椭圆形、半圆形或者半圆柱形，所述缓冲凸起7的高度为0.1~3.0mm，宽度为0.1~5mm。在电芯的表面增加缓冲凸起7，该缓冲凸起7具有一定的弹性，电池整体在弯曲时会优先于极片受到弯曲应力的挤压，从而保护极片因为承受过大的应力出现掉粉和断裂，增加了电池的弯折次数。
如图1所示，所述外包装膜4为铝塑膜，外包装膜4的内表面对应所述缓冲凸起7处设有凹坑6，凹坑6的形状与凸起的形状相似。缓冲凸起7设置在电池表面与外包装膜4之间，且缓冲凸起7位于外包装膜4的凹坑6内，可以保护缓冲凸起7掉落或移位，从而保证缓冲凸起7具有良好的缓冲作用。
本发明的制作步骤：
（1）通过叠片工艺制得电芯；
（2）在电芯外包裹柔性膜5；
（3）利用模具在电芯的上下表面的柔性膜5上成型出缓冲凸起7；
（4）将电芯和电解液装入外包装膜4内后，通过抽真空的方式对外包装膜4进行热压封装，外包装膜4内层会紧密贴合缓冲凸起7；外包装膜4上的凹坑6通过预先冲压出来，外包装膜4抽真空后，外包装膜4能够将缓冲凸起7紧紧的压在电芯的表面；外包装膜4也可以为平面，通过抽真空的压力在外包装膜4的表面形成凹坑6；
实施例3
如图1所示，一种柔性锂离子电池，包括电芯和包裹在电芯外的外包装膜4，所述外包装膜4与电芯的上表面和下表面之间设有柔性膜5。
如图1所示，所述电芯由正极极片1、隔膜、负极极片3相互叠片而成，正负极片的数量根据电池容量和厚度决定。所述正极极片1包括正极载流体和涂敷在正极载流体表面的正极材料，所述正极材料采用锰酸锂作为主料，配合柔性PVDF粘结剂和导电剂混合而成；制作正极极片1时，先将材料混合成浆料，然后均匀涂覆在铝箔表面，经过辊压后冲切而成，本发明的正极材料粘合性更强，可以防止电池在弯曲时正极材料的掉落。所述负极极片3包括负极载流体和涂敷在负极载流体表面的负极材料，所述负极材料采用中间相炭微球作为主料，配合改性PE树脂胶粘结剂和导电剂混合而成；制作负极极片3时，先将材料混合成浆料，然后均匀涂覆在铜箔表面，经过辊压后冲切而成，本发明的负极材料粘合性更强，可以防止电池在弯曲时负极材料的掉落。所述隔膜为涂覆PVDF隔膜。
如图1所示，所述柔性膜5覆盖电芯的上表面和下表面，位于电芯上表面和下表面的柔性膜5连接形成环形膜，所述环形膜沿电芯长度方向套在电芯的表面，相当于柔性膜5缠绕电芯一圈，环形膜包裹电芯，使环形膜不容易脱离电芯，而且在电池弯曲的方向，无论环形膜怎么移动始终能够覆盖电芯的上下表面。所述柔性膜5为隔膜，隔膜的厚度、韧性、光滑度且不如电解液反应。本发明在电芯的上表面和下表面与外包装膜4之间增加一层柔软且摩擦系数较小的柔性膜5，电池在弯曲时，极片移动所要克服的摩擦力较小，所以弯曲更容易，减小极片断裂的情况发生，还可以减小极片表面涂覆材料的掉落。
如图1所示，至少一片柔性膜5与外包装膜4之间设有若干缓冲凸起7，本实施例在电芯的上表面和下表面均设有缓冲凸起7。所述缓冲凸起7由具有弹性的聚丙烯酸高分子胶液材料制得，缓冲凸起7的材料不与电解液反应，而且具有良好的弹性，适合内置电池内起缓冲作用。如图4所示，所述缓冲凸起7呈条形，缓冲凸起7沿电池的宽度方向设置，相邻缓冲凸起7之间相互平行且间隔相同。缓冲凸起7的截面呈现半椭圆形、半圆形或者半圆柱形，所述缓冲凸起7的高度为0.1~3.0mm，宽度为0.1~5mm。在电芯的表面增加缓冲凸起7，该缓冲凸起7具有一定的弹性，电池整体在弯曲时会优先于极片受到弯曲应力的挤压，从而保护极片因为承受过大的应力出现掉粉和断裂，增加了电池的弯折次数。
如图1所示，所述外包装膜4为铝塑膜，外包装膜4的内表面对应所述缓冲凸起7处设有凹坑6，凹坑6的形状与凸起的形状相似。缓冲凸起7设置在电池表面与外包装膜4之间，且缓冲凸起7位于外包装膜4的凹坑6内，可以保护缓冲凸起7掉落或移位，从而保证缓冲凸起7具有良好的缓冲作用。
本发明的制作步骤：
（1）通过叠片工艺制得电芯；
（2）在电芯外包裹柔性膜5；
（3）利用模具在外包装膜4上冲出凹坑6；
（4）在凹坑6内填充高分子胶液，可以部分凹坑6填充，也可以全部填充；
（5）将电芯和电解液装入外包装膜4内后，通过抽真空的方式对外包装膜4进行热压封装，外包装膜4内层会紧密贴合缓冲凸起7。
实施例4
如图1所示，一种柔性锂离子电池，包括电芯和包裹在电芯外的外包装膜4，所述外包装膜4与电芯的上表面和下表面之间设有柔性膜5。
如图1所示，所述电芯由正极极片1、隔膜、负极极片3相互叠片而成，正负极片的数量根据电池容量和厚度决定。所述正极极片1包括正极载流体和涂敷在正极载流体表面的正极材料，所述正极材料采用磷酸铁锂作为主料，配合柔性PVDF粘结剂和导电剂混合而成；制作正极极片1时，先将材料混合成浆料，然后均匀涂覆在铝箔表面，经过辊压后冲切而成，本发明的正极材料粘合性更强，可以防止电池在弯曲时正极材料的掉落。所述负极极片3包括负极载流体和涂敷在负极载流体表面的负极材料，所述负极材料采用天然石墨作为主料，配合PP树脂胶粘结剂和导电剂混合而成；制作负极极片3时，先将材料混合成浆料，然后均匀涂覆在铜箔表面，经过辊压后冲切而成，本发明的负极材料粘合性更强，可以防止电池在弯曲时负极材料的掉落。所述隔膜为涂覆Al2O3隔膜。
如图1所示，所述柔性膜5覆盖电芯的上表面和下表面，位于电芯上表面和下表面的柔性膜5连接形成环形膜，所述环形膜沿电芯长度方向套在电芯的表面，相当于柔性膜5缠绕电芯一圈，环形膜包裹电芯，使环形膜不容易脱离电芯，而且在电池弯曲的方向，无论环形膜怎么移动始终能够覆盖电芯的上下表面。所述柔性膜5为隔膜，隔膜的厚度、韧性、光滑度且不如电解液反应。本发明在电芯的上表面和下表面与外包装膜4之间增加一层柔软且摩擦系数较小的柔性膜5，电池在弯曲时，极片移动所要克服的摩擦力较小，所以弯曲更容易，减小极片断裂的情况发生，还可以减小极片表面涂覆材料的掉落。
如图1所示，至少一片柔性膜5与外包装膜4之间设有若干缓冲凸起7，本实施例在电芯的上表面和下表面均设有缓冲凸起7。所述缓冲凸起7由具有弹性的SBR高分子胶液材料制得，缓冲凸起7的材料不与电解液反应，而且具有良好的弹性，适合内置电池内起缓冲作用。如图5所示，所述缓冲凸起7呈条形，缓冲凸起7沿电池的45°倾斜方向设置，相邻缓冲凸起7之间相互平行且间隔相同。缓冲凸起7的截面呈现半椭圆形、半圆形或者半圆柱形，所述缓冲凸起7的高度为0.1~3.0mm，宽度为0.1~5mm。在电芯的表面增加缓冲凸起7，该缓冲凸起7具有一定的弹性，电池整体在弯曲时会优先于极片受到弯曲应力的挤压，从而保护极片因为承受过大的应力出现掉粉和断裂，增加了电池的弯折次数。
如图1所示，所述外包装膜4为铝塑膜，外包装膜4的内表面对应所述缓冲凸起7处设有凹坑6，凹坑6的形状与凸起的形状相似。缓冲凸起7设置在电池表面与外包装膜4之间，且缓冲凸起7位于外包装膜4的凹坑6内，可以保护缓冲凸起7掉落或移位，从而保证缓冲凸起7具有良好的缓冲作用。
本发明的制作步骤：
（1）通过叠片工艺制得电芯；
（2）在电芯外包裹柔性膜5；
（3）利用模具在外包装膜4上冲出凹坑6；
（4）在凹坑6内填充高分子胶液，可以部分凹坑6填充，也可以全部填充；
（5）将电芯和电解液装入外包装膜4内后，通过抽真空的方式对外包装膜4进行热压封装，外包装膜4内层会紧密贴合缓冲凸起7。

Claims (8)

1.一种柔性锂离子电池，包括电芯和包裹在电芯外的外包装膜；其特征在于：所述外包装膜与电芯的上表面和下表面之间设有柔性膜，所述柔性膜覆盖电芯的上表面和下表面，至少一片柔性膜与外包装膜之间设有若干缓冲凸起，所述外包装膜的内表面对应所述缓冲凸起处设有凹坑；所述柔性膜为隔膜；所述缓冲凸起由具有弹性的SBR、PVDF、聚丙烯酸的高分子胶液材料制得。
2.根据权利要求1所述的一种柔性锂离子电池，其特征在于：所述电芯由正极极片、隔膜、负极极片相互叠片而成。
3.根据权利要求2所述的一种柔性锂离子电池，其特征在于：所述正极极片包括正极载流体和涂敷在正极载流体表面的正极材料，所述正极材料包括钴酸锂、镍锰钴酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂中的一种作为主料，配合柔性PVDF粘结剂和导电剂混合而成；所述负极极片包括负极载流体和涂敷在负极载流体表面的负极材料，所述负极材料包括人造石墨、天然石墨、中间相炭微球中一种作为主料，配合柔性SBR、柔性PVDF、改性PE树脂胶和PP树脂胶中的一种作为粘结剂和导电剂混合而成；所述隔膜为PE隔膜、PP隔膜、涂覆PVDF隔膜、涂覆Al2O3隔膜中的一种。
4.根据权利要求1所述的一种柔性锂离子电池，其特征在于：位于电芯上表面和下表面的柔性膜连接形成环形膜，所述环形膜沿电芯长度方向套在电芯的表面。
5.根据权利要求1所述的一种柔性锂离子电池，其特征在于：所述缓冲凸起呈条形和柱形，缓冲凸起的顶面呈弧形。
6.根据权利要求1所述的一种柔性锂离子电池，其特征在于：柱形的缓冲凸起呈阵列分布；相邻的条形的缓冲凸起之间相互平行，条形的缓冲凸起沿电芯的长度分布、宽度分布或倾斜分布。
7.根据权利要求1所述的一种柔性锂离子电池，其特征在于：所述缓冲凸起的高度为0.1~3.0mm，宽度为0.1~5mm。
8.根据权利要求1所述的一种柔性锂离子电池，其特征在于：所述外包装膜内为真空状态。
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