CN106450479A - 一种柔性锂离子电池及其制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种柔性锂离子电池及其制作方法，包括正极极片、隔膜、负极极片和柔性电池外壳，所述负极极片长度大于正极极片长度，负极极片宽度大于正极极片宽度，正极极片位于负极极片的中部，隔膜长度大于负极极片长度，负极极片位于隔膜的中部；所述隔膜采用PE‑PP‑PE三层结构的隔膜，正极极片、隔膜、负极极片和柔性电池外壳均呈波浪型，其中负极极片采用的负极浆料配方中添加了草酸，同时采用分子量在130万以上的PVDF；本发明具有以下有益效果：电池在多次弯折变形后，负极极片上的涂料都能与铜箔很好地粘结在一起，大大提高了电池的安全性，电池能在一个面上大角度重复弯折，柔性好，使用寿命长，结构简单。
Description
技术领域
本发明涉及锂离子电池技术领域，具体涉及一种柔性锂离子电池及其制作方法。
背景技术
近年来随着便携式智能电子产品的兴起，例如异型手机、智能手表、智能手环、智能眼镜、智能皮带、智能头带和智能头盔等等各种可穿戴设备，其能与互联网连接，通过数据交换实现强大的人机互动功能，而这些可穿戴的设备需要根据人体工学或具体应用进行设计；而目前常规使用的锂离子电池多为扁矩形或圆柱形，但是，随着可穿戴设备的迅速发展，该扁矩形或圆柱形的电池已经不能够满足需要，为了契合起来越复杂且符合人体工学结构设计的需要，并且可最大程度地利用可穿戴设备空间，目前扁矩形的电池有做成弧形，但弧形电池制造为模具一次挤压定型，不能弯曲且弯曲后的电池极易产生胀气、内部短路存在较大的安全隐患。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供结构简单，生产方便，可根据所应用的设备的不同弯折弧度进行弯折的一种柔性锂离子电池，还提供一种制作柔性锂离子电池的方法，以及提供一种柔性锂离子电池负极浆料的制备方法。
实现本发明目的的技术解决方案为：一种柔性锂离子电池，包括正极极片、隔膜、负极极片和柔性电池外壳，其特征在于：所述负极极片长度大于正极极片长度，负极极片宽度大于正极极片宽度，正极极片位于负极极片的中部，隔膜长度大于负极极片长度，负极极片位于隔膜的中部；正极极片、隔膜、负极极片和柔性电池外壳均呈波浪型。
所述隔膜采用PE-PP-PE三层结构的隔膜。
一种制作柔性锂离子电池的方法，其特征在于：包括以下步骤，
1)将由正极极片、隔膜和负极极片依次叠放或卷绕形成的电池主体置于柔性电池外壳内；
2)柔性电池经过封装、灌注电解液、化成完成后，对柔性电池的两侧边分别进行一次切边；
3)将制作完成的柔性电池放置在热压模具中压制，成为具有波浪形的柔性电池；
其中，正、负极极片采用非对称结构，负极极片长度大于正极极片长度，负极极片宽度大于正极极片宽度，正极极片位于负极极片的中部，隔膜长度大于负极极片长度，负极极片位于隔膜的中部；
所述负极极片上的涂料采用柔性锂离子电池负极浆料，一种柔性电池负极浆料的制备方法如下：
负极浆料中总干粉按原料重量份配比：石墨为91～94份，导电剂为3～6份，聚偏氟乙烯PVDF为3～5份，草酸为0.1～0.5份；
负极浆料按原料重量份配比：总干粉为55～65份，溶剂N-甲基吡咯烷酮NMP为35～45份；
具体步骤如下：
a)把聚偏氟乙烯PVDF与N-甲基吡咯烷酮NMP按1：9～1：11的比例加入到搅拌机中进行真空搅拌3～6小时，温度控制45-68℃，得到粘合剂混合溶液；
b)把石墨和导电剂两种粉料进行真空搅拌2～3小时，搅拌结束后，再加入剩余的N-甲基吡咯烷酮NMP，继续搅拌，使粉料充分浸湿，得到湿料混合物；
c)把粘合剂混合溶液加入湿料混合物中，继续搅拌2～3小时，温度控制45-68℃，得到混合溶液；
d)向混合溶液中添加草酸，继续搅拌1～2小时。
其中，所述聚偏氟乙烯PVDF分子量在130万以上。
所述导电剂为Super-Li、碳纳米管、VGCF或KS-6中的一种。
在叠放或卷绕完成后，对隔膜尾部进行涂胶处理，所述隔膜采用PE-PP-PE三层结构的隔膜。
在步骤2)中切边后的柔性电池的两侧单折边的宽度为2.5～3mm。
一种柔性锂离子电池负极浆料的制备方法，其特征在于：
负极浆料中总干粉按原料重量份配比：石墨为91～94份，导电剂为3～6份，聚偏氟乙烯PVDF为3～5份，草酸为0.1～0.5份；
负极浆料按原料重量份配比：总干粉为55～65份，溶剂N-甲基吡咯烷酮NMP为35～45份；
具体步骤如下：
a)把聚偏氟乙烯PVDF与N-甲基吡咯烷酮NMP按1：9～1：11的比例加入到搅拌机中进行真空搅拌3～6小时，温度控制45-68℃，得到粘合剂混合溶液；
b)把石墨和导电剂两种粉料进行真空搅拌2～3小时，搅拌结束后，再加入剩余的N-甲基吡咯烷酮NMP，继续搅拌，使粉料充分浸湿，得到湿料混合物；
c)把粘合剂混合溶液加入湿料混合物中，继续搅拌2～3小时，温度控制45-68℃，得到混合溶液；
d)向混合溶液中添加草酸，继续搅拌1～2小时。
其中，所述聚偏氟乙烯PVDF分子量在130万以上。
所述导电剂为Super-Li、碳纳米管、VGCF或KS-6中的一种。
一种柔性锂离子电池的热压模具，其特征在于：包括上模具和下模具，上模具的下表面为波浪型，且下表面具有弹性变形的垫板，下模具的上表面具有与上模具下表面相匹配的波浪型，且上表面具有弹性变形的垫板，所述上表面具有两个用于限定柔性电池左右位置的凸起，下表面设有与凸起相匹配的凹槽。
本发明具有以下有益效果：负极浆料中采用130万分子量聚偏氟乙烯PVDF，增加负极极片中的涂料与铜箔的粘合力，同时浆料中添加了草酸，使得浆料的分散度大大增加，从而使涂料更好地与铜箔粘结一起，使得电池在多次弯折变形中，涂料都能很好地与铜箔粘结在一起；使用PE-PP-PE三层结构的隔膜，保证电池在弯折过程中有良好的延展性，在叠放或卷绕完成后，对隔膜尾部进行涂胶，减少常规使用胶纸对隔膜弯折过程造成拉伸变形；正、负极采用非对称结构，负极极片长度大于正极极片长度，负极极片宽度大于正极极片宽度，且隔膜长度大于负极极片的长度，隔膜能有效覆盖极片，在弯折电池的过程中能防止极片内部短路以保证安全，大大提高了电池的安全性；电池采用波浪型，能在一个面上大角度重复弯折，电池使用寿命长，电池柔性好，可重复弯折，结构简单。
附图说明
下面结合附图与实施例对本发明作详细说明；
图1是本发明一种柔性锂离子电池的结构示意图；
图2是本发明一种柔性锂离子电池的良好柔性特性的展示示意图；
图3是本发明一种柔性锂离子电池的正极极片、负极极片和隔膜叠放示意图；
图4是本发明一种柔性锂离子电池的热压模具的结构示意图；
图5是本发明一种柔性锂离子电池的电池性能检测数据循环比较图；
图6是本发明一种柔性锂离子电池的电池性能的检测数据曲线示意图；
图7是传统配方工艺负极极片刮料实验后的效果图；
图8是本发明负极极片刮料实验后的效果图。
具体实施方式
如图1～3所示，一种柔性锂离子电池，包括正极极片1、隔膜2、负极极片3和柔性电池外壳4，所述负极极片3长度a大于正极极片1长度b，负极极片3宽度c大于正极极片1宽度d，正极极片1位于负极极片3的中部，隔膜2长度e大于负极极片3长度a，负极极片3位于隔膜2的中部；所述隔膜2采用PE-PP-PE三层结构的隔膜，正极极片1、隔膜2、负极极片3和柔性电池外壳4均呈波浪型。
实施例一
一种制作柔性锂离子电池的方法，其特征在于：包括以下步骤，
1)将由正极极片1、隔膜2和负极极片3依次叠放或卷绕形成的电池主体置于柔性电池外壳4内；
2)柔性电池经过封装、灌注电解液、化成完成后，对柔性电池的两侧边分别进行一次切边，两侧切边后的单折边宽度f为2.5mm。
3)将制作完成的柔性电池放置在热压模具中压制，成为具有波浪形的柔性电池；
其中，正、负极极片采用非对称结构，所述负极极片3长度a大于正极极片1长度b，负极极片3宽度c大于正极极片1宽度d，正极极片1位于负极极片3的中部，隔膜2长度e大于负极极片3长度a，负极极片3位于隔膜2的中部；
所述隔膜采用PE-PP-PE三层结构的隔膜，在叠放或卷绕完成后，对隔膜尾部进行涂胶处理。
所述负极极片上的涂料采用柔性锂离子电池负极浆料，一种柔性锂离子电池负极浆料的制备方法如下：
负极浆料中总干粉按原料重量份配比：石墨为91份，Super-Li为3份，聚偏氟乙烯PVDF为3份，草酸为0.1份；
负极浆料按原料重量份配比：总干粉为65份，溶剂N-甲基吡咯烷酮NMP为35份；
具体步骤如下：
a)把聚偏氟乙烯PVDF与N-甲基吡咯烷酮NMP按1：9的比例加入到搅拌机中进行真空搅拌3小时，温度控制45℃，得到粘合剂混合溶液；
b)把石墨和Super-Li两种粉料进行真空搅拌2小时，搅拌结束后，再加入剩余的N-甲基吡咯烷酮NMP，继续搅拌，使粉料充分浸湿，得到湿料混合物；
c)把粘合剂混合溶液加入湿料混合物中，继续搅拌2小时，温度控制45℃，得到混合溶液；
d)向混合溶液中添加草酸，继续搅拌1小时；
其中，所述聚偏氟乙烯PVDF分子量在130万以上。
一种柔性锂离子电池负极浆料的制备方法，其特征在于：
负极浆料中总干粉按原料重量份配比：石墨为91份，Super-Li为3份，聚偏氟乙烯PVDF为3份，草酸为0.1份；
负极浆料按原料重量份配比：总干粉为65份，溶剂N-甲基吡咯烷酮NMP为35份；
具体步骤如下：
a)把聚偏氟乙烯PVDF与N-甲基吡咯烷酮NMP按1：9的比例加入到搅拌机中进行真空搅拌3小时，温度控制45℃，得到粘合剂混合溶液；
b)把石墨和Super-Li两种粉料进行真空搅拌2小时，搅拌结束后，再加入剩余的N-甲基吡咯烷酮NMP，继续搅拌，使粉料充分浸湿，得到湿料混合物；
c)把粘合剂混合溶液加入湿料混合物中，继续搅拌2小时，温度控制45℃，得到混合溶液；
d)向混合溶液中添加草酸，继续搅拌1小时；
其中，所述聚偏氟乙烯PVDF分子量在130万以上。
实施例二
一种制作柔性锂离子电池的方法，其特征在于：包括以下步骤，
1)将由正极极片1、隔膜2和负极极片3依次叠放或卷绕形成的电池主体置于柔性电池外壳4内；
2)柔性电池经过封装、灌注电解液、化成完成后，对柔性电池的两侧边分别进行一次切边，两侧切边后的单折边宽度f为2.8mm。
3)将制作完成的柔性电池放置在热压模具中压制，成为具有波浪形的柔性电池；
其中，正、负极极片采用非对称结构，所述负极极片3长度a大于正极极片1长度b，负极极片3宽度c大于正极极片1宽度d，正极极片1位于负极极片3的中部，隔膜2长度e大于负极极片3长度a，负极极片3位于隔膜2的中部；
所述隔膜采用PE-PP-PE三层结构的隔膜，在叠放或卷绕完成后，对隔膜尾部进行涂胶处理。
所述负极极片上的涂料采用柔性锂离子电池负极浆料，一种柔性锂离子电池负极浆料的制备方法如下：
负极浆料中总干粉按原料重量份配比：石墨为93份，Super-Li为5份，聚偏氟乙烯PVDF为4份，草酸为0.3份；
负极浆料按原料重量份配比：总干粉为60份，溶剂N-甲基吡咯烷酮NMP为40份；
具体步骤如下：
a)把聚偏氟乙烯PVDF与N-甲基吡咯烷酮NMP按1：9的比例加入到搅拌机中进行真空搅拌4小时，温度控制55℃，得到粘合剂混合溶液；
b)把石墨和Super-Li两种粉料进行真空搅拌2.5小时，搅拌结束后，再加入剩余的N-甲基吡咯烷酮NMP，继续搅拌，使粉料充分浸湿，得到湿料混合物；
c)把粘合剂混合溶液加入湿料混合物中，继续搅拌2.5小时，温度控制55℃，得到混合溶液；
d)向混合溶液中添加草酸，继续搅拌1.5小时；
其中，所述聚偏氟乙烯PVDF分子量在130万以上。
一种柔性锂离子电池负极浆料的制备方法，其特征在于：
负极浆料中总干粉按原料重量份配比：石墨为93份，Super-Li为5份，聚偏氟乙烯PVDF为4份，草酸为0.3份；
负极浆料按原料重量份配比：总干粉为60份，溶剂N-甲基吡咯烷酮NMP为40份；
具体步骤如下：
a)把聚偏氟乙烯PVDF与N-甲基吡咯烷酮NMP按1：10的比例加入到搅拌机中进行真空搅拌4小时，温度控制55℃，得到粘合剂混合溶液；
b)把石墨和Super-Li两种粉料进行真空搅拌2.5小时，搅拌结束后，再加入剩余的N-甲基吡咯烷酮NMP，继续搅拌，使粉料充分浸湿，得到湿料混合物；
c)把粘合剂混合溶液加入湿料混合物中，继续搅拌2.5小时，温度控制55℃，得到混合溶液；
d)向混合溶液中添加草酸，继续搅拌1.5小时；
其中，所述聚偏氟乙烯PVDF分子量在130万以上。
实施例三
一种制作柔性锂离子电池的方法，其特征在于：包括以下步骤，
1)将由正极极片1、隔膜2和负极极片3依次叠放或卷绕形成的电池主体置于柔性电池外壳4内；
2)柔性电池经过封装、灌注电解液、化成完成后，对柔性电池的两侧边分别进行一次切边，两侧切边后的单折边宽度f为3mm。
3)将制作完成的柔性电池放置在热压模具中压制，成为具有波浪形的柔性电池；
其中，正、负极极片采用非对称结构，所述负极极片3长度a大于正极极片1长度b，负极极片3宽度c大于正极极片1宽度d，正极极片1位于负极极片3的中部，隔膜2长度e大于负极极片3长度a，负极极片3位于隔膜2的中部；
所述隔膜采用PE-PP-PE三层结构的隔膜，在叠放或卷绕完成后，对隔膜尾部进行涂胶处理。
所述负极极片上的涂料采用柔性锂离子电池负极浆料，一种柔性锂离子电池负极浆料的制备方法如下：
负极浆料中总干粉按原料重量份配比：石墨为94份，Super-Li为6份，聚偏氟乙烯PVDF为5份，草酸为0.5份；
负极浆料按原料重量份配比：总干粉为55份，溶剂N-甲基吡咯烷酮NMP为45份；
具体步骤如下：
a)把聚偏氟乙烯PVDF与N-甲基吡咯烷酮NMP按1：11的比例加入到搅拌机中进行真空搅拌6小时，温度控制68℃，得到粘合剂混合溶液；
b)把石墨和Super-Li两种粉料进行真空搅拌3小时，搅拌结束后，再加入剩余的N-甲基吡咯烷酮NMP，继续搅拌，使粉料充分浸湿，得到湿料混合物；
c)把粘合剂混合溶液加入湿料混合物中，继续搅拌3小时，温度控制68℃，得到混合溶液；
d)向混合溶液中添加草酸，继续搅拌2小时；
其中，所述聚偏氟乙烯PVDF分子量在130万以上。
一种柔性锂离子电池负极浆料的制备方法，其特征在于：
负极浆料中总干粉按原料重量份配比：石墨为94份，Super-Li为6份，聚偏氟乙烯PVDF为5份，草酸为0.5份；
负极浆料按原料重量份配比：总干粉为55份，溶剂N-甲基吡咯烷酮NMP为45份；
具体步骤如下：
a)把聚偏氟乙烯PVDF与N-甲基吡咯烷酮NMP按1：11的比例加入到搅拌机中进行真空搅拌6小时，温度控制68℃，得到粘合剂混合溶液；
b)把石墨和Super-Li两种粉料进行真空搅拌3小时，搅拌结束后，再加入剩余的N-甲基吡咯烷酮NMP，继续搅拌，使粉料充分浸湿，得到湿料混合物；
c)把粘合剂混合溶液加入湿料混合物中，继续搅拌3小时，温度控制68℃，得到混合溶液；
d)向混合溶液中添加草酸，继续搅拌2小时；
其中，所述聚偏氟乙烯PVDF分子量在130万以上。
上述三个实施例中的导电剂Super-Li可换成碳纳米管、VGCF或KS-6中的一种。
如图4所示，一种柔性锂离子电池的热压模具，包括上模具5和下模具6，所述上模具5的下表面5.1具有若干半圆长条形凹槽5.2，相邻半圆长条形凹槽5.2距离相当；所述下模具6的上表面6.1具有与半圆长条形凹槽5.2相匹配的半圆长条形凸起6.2；所述下表面5.1和上表面6.1均设有弹性变形的垫板7、8，所述上表面6.1设有两个用于限制柔性电池左右位置的凸起9，所述下表面5.1设有与凸起9相匹配的凹槽10。
如图7、图8所示，是将本发明的负极极片和传统负极极片经过相同刮料实验后，将实验后的铜箔正反表面放大200倍后的效果图；图7中A图为传统负极极片的铜箔正面，图7中B图为传统负极极片的铜箔正面，图8中C图为本发明负极极片的铜箔正面，图8中D图为本发明负极极片的铜箔正面。
Claims (9)
1.一种柔性锂离子电池，包括正极极片、隔膜、负极极片和柔性电池外壳，其特征在于：所述负极极片长度大于正极极片长度，负极极片宽度大于正极极片宽度，正极极片位于负极极片的中部，隔膜长度大于负极极片长度，负极极片位于隔膜的中部；正极极片、隔膜、负极极片和柔性电池外壳均呈波浪型。
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：所述隔膜采用PE-PP-PE三层结构的隔膜。
3.一种制作权利要求1所述柔性锂离子电池的方法，其特征在于：包括以下步骤，
1)将由正极极片、隔膜和负极极片依次叠放或卷绕形成的电池主体置于柔性电池外壳内；
2)柔性电池经过封装、灌注电解液、化成完成后，对柔性电池的两侧边分别进行一次切边；
3)将制作完成的柔性电池放置在热压模具中压制，成为具有波浪形的柔性电池；
其中，正、负极极片采用非对称结构，负极极片长度大于正极极片长度，负极极片宽度大于正极极片宽度，正极极片位于负极极片的中部，隔膜长度大于负极极片长度，负极极片位于隔膜的中部；
所述负极极片上的涂料采用柔性锂离子电池负极浆料，一种柔性电池负极浆料的制备方法如下：
负极浆料中总干粉按原料重量份配比：石墨为91～94份，导电剂为3～6份，聚偏氟乙烯PVDF为3～5份，草酸为0.1～0.5份；
负极浆料按原料重量份配比：总干粉为50～60份，溶剂N-甲基吡咯烷酮NMP为40～50份；
具体步骤如下：
a)把聚偏氟乙烯PVDF与N-甲基吡咯烷酮NMP按1：9～1：11的比例加入到搅拌机中进行真空搅拌3～6小时，温度控制45-68℃，得到粘合剂混合溶液；
b)把石墨和导电剂两种粉料进行真空搅拌2～3小时，搅拌结束后，再加入剩余的N-甲基吡咯烷酮NMP，继续搅拌，使粉料充分浸湿，得到湿料混合物；
c)把粘合剂混合溶液加入湿料混合物中，继续搅拌2～3小时，温度控制45-68℃，得到混合溶液；
d)向混合溶液中添加草酸，继续搅拌1～2小时。
4.根据权利要求3所述一种制作柔性锂离子电池的方法，其特征在于：在步骤1)中叠放或卷绕完成后，对隔膜尾部进行涂胶处理，所述隔膜采用PE-PP-PE三层结构的隔膜。
5.根据权利要求3所述一种制作柔性锂离子电池的方法，其特征在于：所述聚偏氟乙烯PVDF分子量在130万以上。
6.根据权利要求3所述的一种柔性锂离子电池的制作方法，其特征在于：在步骤2)中切边后的柔性电池的两侧单折边的宽度为2.5～3mm。
7.一种实现权利要求3所述制作柔性锂离子电池方法中的柔性锂离子电池负极浆料的制备方法，其特征在于：
负极浆料中总干粉按原料重量份配比：石墨为91～94份，导电剂为3～6份，聚偏氟乙烯PVDF为3～5份，草酸为0.1～0.5份；
负极浆料按原料重量份配比：总干粉为50～60份，溶剂N-甲基吡咯烷酮NMP为40～50份；
具体步骤如下：
a)把聚偏氟乙烯PVDF与N-甲基吡咯烷酮NMP按1：9～1：11的比例加入到搅拌机中进行真空搅拌3～6小时，温度控制45-68℃，得到粘合剂混合溶液；
b)把石墨和导电剂两种粉料进行真空搅拌2～3小时，搅拌结束后，再加入剩余的N-甲基吡咯烷酮NMP，继续搅拌，使粉料充分浸湿，得到湿料混合物；
c)把粘合剂混合溶液加入湿料混合物中，继续搅拌2～3小时，温度控制45-68℃，得到混合溶液；
d)向混合溶液中添加草酸，继续搅拌1～2小时。
8.根据权利要求7所述的一种柔性锂离子电池负极浆料的制备方法，其特征在于：所述聚偏氟乙烯PVDF分子量在130万以上。
9.一种实现权利要求3所述一种柔性锂离子电池的制作方法中的热压模具，其特征在于：包括上模具和下模具，上模具的下表面为波浪型，且下表面具有弹性变形的垫板，下模具的上表面具有与上模具下表面相匹配的波浪型，且上表面具有弹性变形的垫板，所述上表面具有两个用于限定柔性电池左右位置的凸起，下表面设有与凸起相匹配的凹槽。
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