CN107452982A - 一种柔性电池及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种柔性电池，包括电芯层以及包裹所述电芯层的包装层，所述柔性电池还包括吸能层，所述吸能层位于所述电芯层的上下相对表面以及所述包装层之间，所述吸能层包括多个由所述电芯层上下表朝向所述电芯层外面凸起的多个支撑部，所述多个支撑部主要由泡沫材料或橡胶制成。所述吸能层还可以在电芯层和包装层之间设置更低模量的缓冲层或者空白部，与所述支撑部高低不平的表面互补形成平坦的表面，以满足穿戴式设备的多样化需求。

Description

一种柔性电池及其制备方法
技术领域
本发明涉及柔性储能器件领域，特别是涉及一种柔性锂电池及其制备方法。
背景技术
随着人类对未来美好生活的向往，智能可穿戴式设备因其高科技和便携属性获得了人们的青睐，高度智能化和微型轻便化是未来可穿戴式电子设备的重要发展方向。一方面随着人类对可穿戴式设备功能要求越来越多，屏幕尺寸也越来越大，其功耗也越来越高，因而对其电池的续航要求也越来越高，这就对可充电的锂离子电池的高能量密度提出了苛刻的要求。另外一方面，可穿戴式设备对器件的柔性弯曲性能也提出了高的要求，一般要求设备可以弯曲或折叠，或能够舒适的穿戴于人体的不同部位，以达到更小的体积和便于携带，带来更好的消费者体验。
可穿戴式设备对其配备的电池提出了高体积能量密度和良好弯曲性能的要求。在这一诉求下，柔性锂电池由于可弯曲和便于佩戴，可以大大省去可穿戴式设备专门的电池仓，成为当今世界可穿戴式设备电源开发的热点。柔性锂电池在智能手表(环)、AR、VR眼镜、柔性平板、手机、健康医疗产品等先进的下一代电子产品均有良好的商业应用前景。
柔性锂电池的核心技术是在保持传统锂电池的电化学性能的基础上获得良好的柔性。因此，良好的柔软性是柔性电池要解决的关键技术问题。当前，实现柔性的技术方案层出不穷，但均存在很多不足。
然而，当前柔性锂离子电池普遍存在能量密度低、柔性差、体验舒适性差的问题，其主要原因是为了使电池具有柔性，增加了具有柔性的电池辅助材料或者在电池结构上进行较大幅度的调整，导致一方面降低了柔性电池的体积能量密度，也增加了结构的复杂性，另一方面得到的柔性也极其有限，电池依然容易出现死折导致性能过早的衰减。
小型锂离子电池柔性电路板拼接是实现电池柔性的方式之一但是此类拼接方式对电池电连接和机械连接的可靠性要求很高，在电池进行充放电时需要对多个小型电池进行管理和控制，对电路的控制要求较高，增加了电控的难度。多个电池在进行反复弯曲变形时电接触的可靠性往往难以保证，整个电池组的机械连接部分在佩戴时也存在可靠性和舒适性极差的问题。
薄膜化锂电池也是实现锂电池柔性的另外一种途径，但是，薄膜化锂电池的厚度一般不超过0.5mm，太厚则电池的弯曲性能严重下降。为了保持电池的密封性和弯曲性能而采用的电池包装材料一般达到了0.2mm，占据了较大的体积比，直接导致体积能量密度较低(<100Wh/L)，而难以满足多数可穿戴式设备的续航要求。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例第一方面提供了一种柔性锂电池，用以保证在进行反复弯曲变形时不出现死折而降低电接触可靠性的同时，也具有足够的能量密度以满足多数可穿戴式设备的续航要求。
第一方面，本发明实施例提供了一种柔性电池，包括电芯层以及包裹所述电芯层的包装层，所述柔性电池还包括吸能层，所述电芯层具有相对的第一和第二表面，所述吸能层位于所述电芯层第一表面与所述包装层之间以及所述电芯层第二表面与所述包装层之间，所述吸能层包括多个支撑部，每一个所述支撑部由所述电芯层上下表朝向所述电芯层外面凸起，所述多个支撑部主要由弹性材料制成，其中每个支撑部是指由凸起的最高点到两侧与电芯层最接近的最低点作为一个支撑部，所述弹性材料可以为具有低弹性模量、大弹性极限以及高疲劳寿命等特性的弹性材料。
上述本发明实施例是在柔性电池内部附加一层低弹性材料来分散和吸收电池弯曲变形时产生的应力，避免电池出现局部的死折，使电池在弯曲时始终能保持一个圆弧过渡，达到吸收和分散变形应力的作用，以达到保护柔性电芯的目的。
结合第一方面，在第一方面的第一种可能的实现方式中，所述吸能层包括第一表面支撑部和第二表面支撑部，所述第一表面支撑部为位于所述电芯层第一表面与所述包装层之间的所述多个支撑部，所述第二表面支撑部包括位于所述电芯层第二表面与所述包装层之间的所述多个支撑部，所述第一表面支撑部中由所述电芯层向外凸起的部位与所述第二表面支撑部中由所述电芯层向外凸起的部位相互错位设置，以便于从所述柔性电池任一面弯折的同时避免过度弯折。也就是所述第一、第二两相对表面上的吸能结构具有一定的位置偏移，通常这个位置偏移可以第一表面的凸起处对应第二表面的凹陷处。
上述吸能层中上下两层凸起部位的错位设置，也就上面一层凸起对应下面一层非凸起部，这样从上往下弯折时，下面一层正好处于非凸起部而便于弯折，而弯折到一定程度后，弯折部位对应的上面一层是凸起部会起到吸收弯折能量的作用，而限制进一步弯折。
结合第一方面或第一方面的第一种可能的实现方式，在第一方面的第二种可能的实现方式中，所述吸能层还包括填充在所述多个支撑部与所述包装层之间的多个填充部，所述多个填充部填与所述多个支撑部相互交替间隔设置，所述填充部主要由弹性材料制成，所述填充部的弹性模量小于所述支撑部的弹性模量；还有另外一种可能的实现方式是，所述填充部是空白的，没有填充任何弹性材料，可以填充一些压缩气体，以起到不同的缓冲作用。
上述增加填充部或空白部可以具有更好的吸能和保护电芯的效果的同时，也使柔性电池具有平坦的表面，以适应穿戴设备不同需求。
结合第一方面或第一方面的第一种或第二种可能的实现方式，在第一方面的第三种可能的实现方式中，在垂直所述电芯层二相对表面的一横截面上，所述支撑部呈半圆形、半椭圆形、等腰梯形、等腰三角形以及中空正方形中的任一种形状，所述弹性材料包括泡沫材料或橡胶制成，所述泡沫材料包括发泡高分子材料或泡沫无机材料，所述缓冲部可以是与所述支撑部互补的形状，就是与所述支撑部一起填满所述包装层与电芯层之间的空间。
上述材料和填充形状只是本发明实施例中的一些列举，事实上是无法穷举的，任何适合用于吸能的形状以及任何具有低弹性模量、大弹性极限以及高疲劳寿命等特性的材料都可以作为支撑部的设计形状以及制作材料，来起到保护电芯同时防止过度弯折的作用。
结合第一方面或第一方面的第一种、第二种或第三种可能的实现方式，在第一方面的第四种可能的实现方式中，在垂直所述电芯层二相对表面的一横截面上，所述支撑部呈半圆形、半椭圆形、等腰梯形、等腰三角形以及中空正方形中的任一种形状。所述缓冲部也可以是和所述支撑部相同的形状。可以理解的是，本发明实施例并不限于这些列举的形状，其它任何适于作为吸能设计的结构形状都可以作为本发明的合理扩展，在本发明的创新思想内。
结合第一方面或第一方面的第一种、第二种、第三种或第四重可能的实现方式，在第一方面的第五种可能的实现方式中，还包括由设置在所述包装层外表面的保护层，所述保护层主要由弹性材料制成以形成对所述电芯层的双层保护；形成所述保护层的弹性材料包括橡胶、硅胶或纤维材料，所述保护层用于填充所述包装层的外表面。
所述保护层可以在吸能层的基础上进一步对所述电芯层进行保护，同时硅胶覆盖在所述包装层上也起到美观以及提升触感等改善用户体验作用。
第二方面，本发明实施例提供了一种穿戴设备，包括设备主体以及穿戴配件，所述穿戴配件用于将所述设备主体固定于人体的一部位上，其特征在于，所述穿戴配件内设置有上述第一方面以及第一方面下的各种实现方式所述的柔性电池，用于给所述设备主体供电。所述穿戴设备主要包括智能手表、智能眼镜以及VR设备等佩戴在人体某一部位的移动电子设备，装备柔性屏幕的柔性终端设备由于其自身出色的便携性也包括在本发明实施例所指的穿戴设备内，也就是本发明实施例中的柔性电池适用于柔性终端设备。
上述柔性电池可以作为穿戴设备如智能手表的表带或者嵌入智能手表的表带内，也可以作为VR设备的固定带，或者嵌入该固定带内，这样所述柔性电池则可以既能不需要占用穿戴设备主体设备的任何空间，又可以作为电池提供为所述穿戴设备提供电能。
附图说明
图1为本发明相关的穿戴式设备的立体图。
图2为本发明一实施例提供的柔性电池立体图。
图3为图2中沿A-A剖面线的截面图。
图4为本发明另一实施例中柔性电池的截面图。
图5为本发明又一实施例中柔性电池的截面图。
图6为本发明一些实施例中支撑部或填充部的截面形状示意图。
图7A和B为本发明一些实施例中柔性电池的截面图。
图8为本发明一些实施例中电芯层的示意图。
图9为本发明实施例中柔性电池发生弯曲变形时的力学模型示意图。
具体实施方式
以下所述是本发明实施例的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明实施例原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明实施例的保护范围。
本发明实施例主要目的是为柔性锂离子电池找到一种较好的兼顾锂电池体积能量密度和柔软性的解决方案。例如，可以在锂电池的结构上，增加一层具有良好柔韧性的结构件来保护电池，通过这层材料的弹性变形可以反复的吸收和分散电池弯曲时所产生的应力，避免传统锂电池在弯曲时所产生的死折，以达到柔软性和高弯曲疲劳寿命的目的。该具有良好柔韧性的结构件可以位于锂电池的外部，也可以在电芯和包装材料之间，亦可以分散在锂电池电芯的正负极片之间。
因此，构成所述具有良好柔韧性的结构的材料首先应该是电池结构中弹性模量最小的部件，不增加电池变形的困难度，能够最优先于电池其它的所有部件优先发生变形才能起到较好的的吸收能量和分散能量的作用，并且这种材料的弹性模量越小则带来的效果越明显。其次，该构成所述具有良好柔韧性的结构的材料应该具有较大的弹性变形极限，以保证电池在大的变形情况下，该材料不会失效或产生不可恢复的形变。另外，该构成所述具有良好柔韧性的结构的材料还应该具有能够反复变形的能力，具有较高的疲劳寿命，最后如果该种材料与电解液接触，应当具有良好的化学稳定性，不与电解液发生任何化学反应。这样的柔性电池才能以适应未来可穿戴式设备对其配备的柔性电池高体积能量密度，高柔软性，长弯曲寿命的迫切诉求。
本发明实施例的一些应用场景中，智能手表(环)的、AR(VR)眼镜、头戴式耳机等可穿戴式设备主要由芯片、显示屏、电池、结构件壳体和可反复弯曲的穿戴固定件等构成。这些可穿戴式设备的电池一般集成于结构件壳体中，明显增大了可穿戴式设备的体积，降低了可穿戴式设备便携性优势。如图1柔性电池可置于穿戴固定件的内部，一方面给可穿戴式设备提供大容量电源，另外一方面大大减小了放置芯片的结构件的体积，给人类带来更好的便携性，同时也配合实现人体的穿戴结构功能，属于结构功能一体化的电池技术。对于此类具有可穿戴固定件的可穿戴式设备均是所述柔性电池应用的理想对象。
此外，柔性显示屏革命所催生的柔性手机，柔性平板电脑等产品也要求其所配备的电池部件能够随屏幕一起进行弯曲变形，必要时整个电子设备可以一起穿戴于人体的手腕等部位。柔性电池可以配置在这些设备的显示屏后面，与显示屏一起协调的弯曲变形。因此柔性电池也有望在柔性显示领域展示自己的独特优势而具有良好的市场应用前景。
如图2以及沿图2所示的A-A线的剖面图3所示，本发明一实施例提供了一种柔性电池10，包括电芯层12、包裹所述电芯层12的包装层14以及位于所述电芯层12与所述包装层14之间的吸能层16，所述吸能层16位于所述电芯层12的上下相对表面以及所述包装层14之间，所述吸能层16包括多个由所述电芯层12上下表朝向所述电芯层12外面凸起的多个支撑部160。所述多个支撑部160由泡沫材料或橡胶等弹性材料制成。为了便于后面的描述，可以将所述电芯层12的上下相对表面定义为第一表面和第二表面，也就是所述吸能层16两个面积最大的相对表面，所述电芯层12的其余面为厚度方向上的侧面。
所述多个支撑部160中的每个支撑部160为由所述电芯层12表朝向外的一个凸起，由凸起的最高点到两侧与电芯层最接近的最低点作为一个支撑部160。虽然所述吸能层16中的吸能结构称为多个支撑部160，实际上所述多个支撑部160可以一体成型或认为一个具有多个凸起的部件。可以理解的是，由于当前材料的认知限制，本发明实施例中所述多个支撑部160主要选择泡沫材料或橡胶等弹性材料，但是并不应该作为本发明的限制，任何具有低弹性模量(弹性模量约为0.1Mpa)、大弹性极限以及高疲劳寿命等特性弹性材料都可以作为所述多个支撑部的制作材料。
在本实施例中，所述吸能层16包括第一表面支撑部和第二表面支撑部，所述第一表面支撑部为位于所述电芯层12第一表面与所述包装层14之间的所述多个支撑部160，所述第二表面支撑部包括位于所述电芯层12第二表面与所述包装层14之间的所述多个支撑部160。所述包装层14紧贴所述支撑部160的表面，形成与所述支撑部160表面相同的高低起伏的曲线形表面，且所述第一表面支撑部中由所述电芯层向外凸起的部位与所述第二表面支撑部中由所述电芯层12向外凸起的部位相互错位设置，以便于从所述柔性电池10任一面弯折的同时避免过度弯折而到导致所述电芯层12损坏。例如，位于所述电芯层12一表面与所述包装层14之间的所述多个支撑部160沿着平行所述电芯层12二相对表面的方向与所述电芯层12另一表面的所述多个支撑部160错开半个所述支撑部160宽度的位置，以形成上下错位的设置。
所述上下错位的设置包括：位于所述电芯层12第一表面与所述包装层14之间的所述多个支撑部160的任一支撑部160的中心沿着垂直所述电芯层12二相对表面的方向正对位于所述电芯层12第二表面的所述多个支撑部160中二支撑部160的中间位置，或者说，所述第一表面支撑部的任一支撑部160向电芯层12外凸起的高点处沿着垂直所述电芯层12二相对表面的方向正对所述第二表面制成部中二相邻支撑部160的连接处，从而实现所述支撑部160的上下错开设置，其中所述高点处是指一支撑部160向电芯层12外凸起的最高点所在处。所述多个支撑部160中二相邻支撑部160的连接处是指支撑部160表面距离所述电芯层12最近的部分。
在本实施例中，所述包装层14紧贴所述支撑部160的表面形成的所述高低起伏的曲线形表面呈正玄波形或余弦波形，位于所述电芯层12一表面的所述曲线形表面的波峰沿着垂直所述电芯层12二相对表面的方向正对位于所述电芯层12另一表面的所述曲线形表面的波谷，从而实现所述支撑正玄波形或余弦波形截面下的上下错位设置，其中所述正玄波形或余弦波形的波长可以大致为5mm，振幅为为0.4mm。这样上下错开设置的主要原因是为了防止柔性电池产生死弯折而导致损坏，例如，无论从上下任何一面弯折所述柔性电池，所述多个支撑部160的中某一支撑部160都将会正对弯折处，阻止所述柔性电池弯折到一定程度后再进一步弯折。
在一些实施例中，所述包装层14可以为铝塑膜，在实际制作过程中，可以先将所述铝塑膜冲压成高低起伏的表面，以形成多个冲坑，然后用机械加工的方法，将弹性吸能材料加工成尺寸与铝塑膜上下冲坑相匹配的两片波浪形，然后用亚克力胶将这些弹性吸能材料固定于铝塑膜冲坑中的波浪形凹坑中，固定后冲坑内表面形成一个相对平整的内腔，同时形成所述吸能层16。
如图4所示，本发明另一实施例中的柔性电池增加设置填充在所述多个支撑部160与所述包装层14之间多个填充部162，所述填充部162为吸能层16的一部分，位于所述电芯层12与包装层14之间。所述填充部162的形状与所述支撑部160互补，以使所述吸能层16具有均匀的厚度，同时所述包装层14以及所述柔性电池具有平坦的两相对表面。不同于本发明前述一实施例中的所述包装层14紧贴在所述填充部162上以使所述包装层14以及所述柔性电池具有两波浪形相对表面，本实施例中的所述包装层14以及所述柔性电池具有平坦的两相对表面，以适合不同的穿戴场景的需求。
所述支撑部160与前述一实施例中的支撑部160在形状和材料上均可相同。所述填充部162的弹性模量远低于所述支撑部160，所述填充部162可以由具有比支撑部160制成材料更低弹性模量的多泡沫材料或橡胶制成，也可以由其他如海绵、泡沫棉等更低弹性模量的材料制成。本实施例中的多个支撑部160与上述一实施例中的多个支撑部160在材料、结构和形状上可以都一样，并且具有上下错位设置一样。所述填充部162也是上下错位设置，也就是位于所述电芯层12一表面与所述包装层14之间的所述多个填充部162沿着平行所述电芯层12二相对表面的方向与所述电芯层12另一表面的所述多个填充部162错开半个所述填充部162宽度的位置，以形成上下错位的设置。所述支撑部160与所述填充部162相交接的表面为高低起伏的曲面，所述曲面靠近所述电芯层12一侧为所述多个支撑部160，另外靠近所述包装层14的一侧为所述多个填充部162。
所述吸能层16的支撑部160以及填充部162在所述电芯层12与所述包装层14之间相互交替设置。所述支撑部160以及填充部162在所述吸能层16内互补设置，也是就所述支撑部160加所述填充部162形成整个吸能层16。所述吸能层16的上下两部分相对于所述电芯层12非对称设置，位于所述电芯层12上表面与所述包装层14之间的任一支撑部160的中心沿着垂直所述电芯层12上下表面的方向正对位于所述电芯层12下表面与所述包装层14之间的一所述填充部162的中心，也就是所述吸能层16的上下两部分相对于所述电芯层12表面错开一个填充部162或者一个支撑部160的位置，实现上下错位设置。所述填充部162以及支撑部160的中心包括所述填充部162以及支撑部160的几何中心或者所述填充部162以及支撑部160的长度中线和高度中线的交点。
所述上下错开设置的主要原因是也是为了防止柔性电池产生死弯折而导致损坏，例如，无论从上下任何一面弯折所述柔性电池，所述多个支撑部160的中某一支撑部160都将会正对弯折处，阻止所述柔性电池弯折到一定程度后再进一步弯折。
在本实施例中，在所述柔性电池10沿着其正负极方向且垂直所述电芯层12上下表面的截面上，所述支撑部160以及所述填充部162的截面形状均呈半正玄或半余弦波形而且相互反向互补。所述支撑部160与所述填充部162相互交替设置且相交接的表面呈波浪形，其中，所述波浪形的波谷与所述包装层14连接且所述波浪形的波峰与所述电芯层12表面连接或者所述波浪形的波峰与所述包装层14连接且所述波浪形的波谷与所述电芯层12表面连接。所述相互反向互补是指所述支撑部160和所述填充部162结合形成所述吸能层16，而且所述支撑部160和所述填充部162的连接面为正玄或余弦曲面，所述曲面与所述电芯层12之间为所述支撑部160，相反的方向上是所述填充部162，也就是所述曲面与所述包装层14之间为填充部162。
上述各个实施例中所述支撑部160的制成材料需要具有低弹性模量(弹性模量要求低于15Gpa)、大弹性极限(弹性变形极限大于10％)、高疲劳寿命(疲劳寿命要求压缩10％时，可恢复压缩次数大于2000次)等特性，当弹性吸能材料B直接与电解液接触时，还应该具有不和电解液发生化学反应的特征。具有这些特征的可选材料包括发泡高分子材料类、泡沫无机材料类(泡沫金属和泡沫石墨等材料)以及橡胶类等材料。如下表1所列出的材料是部分优选的弹性吸能材料，但不仅限于这些材料，任何具有低弹性模量、大弹性极限以及高疲劳寿命等特性的材料都可以用于作为本发明实施例中的吸能层16中的支撑部160或填充部162的制作材料。
表1弹性吸能材料特性表
所述电芯层12可选择为锂离子电池、锂金属电池，也可为市场上通常所见的正、负极、隔膜、集流体等材料的组合，优选使用叠片工艺制成的电池以增加电池的柔软度和可弯曲度。
所述柔性电池的包装层14可以由柔性铝塑复合膜材料制成。例如，所述包装层14采用同聚合物锂离子电池相类似的铝塑复合膜作为电池的外壳，取代一般锂离子电池的钢制或铝制外壳。所述铝塑复合膜包括内层、中间层以及外层等三层结构，其中所述内层为粘结层，多采用聚乙烯或聚丙烯材料，起封口粘结作用；中间层为铝箔，能够防止电池外部水汽的渗入，同时防止内部电解液的渗出；外层为保护层，多采用高熔点的聚酯或尼龙材料，有很强的机械性能，防止外力对电池的损伤，起保护电池的作用。
根据力学原理，当一个力作用于物体之上时，低弹性模量的部分会优先发生变形，从而可以吸收部分能量，而所述吸能层16的弹性模量在所述柔性电池的所有部件中最小，则最优先于其它的所有部件发生变形，起到了较好的吸收能量的作用，随着变形的进行，吸能材料与应力集中部位的接触面积变大，又起到了很好的分散能量的作用，能够很好地避免电池出现局部小角度弯折而出现明显折痕。在构成所述柔性电池的电芯层12、包装层14等部件中，包装层14的弹性模量最小，约为15Gpa，因此构成高弹性层的材料的弹性模量必须低于15GPa才能起到很好的吸收能量和分散能量的作用。
如图5所示，在本发明的一些实施例中，上述填充部162的弹性模量无限接近于零，在一些实施例中，所述填充部162可以为置在所述多个支撑部160与包装层14之间空白部164，所述空白部164是指无任何固态物体存在的区域，所述空白部164可以填充常压气体或普通空气，也可以填充一些压缩后的高压气体，以对所述吸能层16起到更好的定型以及吸能作用。除了所述空白部以外，本实施例中的柔性电池的其它特征和上述另一实施例中的不变，所述空白部的形状和所述填充部162的一致。
所述支撑部160以及所述空白部164相互交替设置，所述支撑部16朝向所述空白部164的表面呈高低起伏的曲面。在所述柔性电池10垂直所述电芯层12上下表面的一截面上，所述支撑部160以及所述空白部164的截面形状均呈半正玄或余弦波形。
如图6中A至D所示，在本发明的一些实施例中，在所述柔性电池10在垂直所述电芯层12上下表面的截面上，所述支撑部160或者填充部162可以呈半圆形、半椭圆形、等腰梯形、等腰三角形以及中空正方形中的任一种形状。本发明中的支撑部截面形状并不限于上述所列举的形状，可以理解的是，在本发明思想下的任何能够实现柔性电池吸能层的吸能功能的形状设计，应该都可以理解为本发明的简单变形或扩展。
请一并参阅图1，在本发明一些实施例中，所述柔性电池还在上述各个实施例的基础上进一步包括正负电极，所述正负电极一部分插接所述电芯层12内，另一部分延伸出所述电芯层12之外并包裹在所述包装层14内。所述正负电极可以设置在柔性电池的两端，也可以设置在所述柔性电池的一侧或一端。
如图7A和7B所示，在本发明一些实施例中，所述柔性电池还在上述各个实施例的基础上，还包括由设置在所述包装层14外表面的弹性材料形成的保护层，以与所述吸能层16形成对所述电芯层12进行保护的双层吸能层16，其中，形成所述保护层的弹性材料包括橡胶、硅胶和纤维材料。如图7A所示，所述保护层用于填平前述一实施例中所述包装层14凹凸不平的表面，以在为所述柔性电池增加进一步保护的同时，使所述柔性电池表面平坦以适应一些需要穿戴配件具有平整表面的应用场景。如图7B所示，所述保护层用于前述另一实施例中所述包装层14的表面再增加一层保护层，以进一步覆盖所述包装层14起到美观作用的同时，也增强对所述柔性电池保护作用。
如图8所示，在本发明的又一实施例中，和前述各实施例的区别在于，所述柔性电池不仅包括设置在所述电芯层12外的吸能层16，同时在本发明实施例的电芯层12内部还设置至少一层辅助吸能层13，所述电芯层12包括至少两子电芯层120、122，每两子电芯层120、122之间设置有所述辅助吸能层13。所述辅助吸能层13可以包括由一子电芯层120向另外一子电芯层120延伸的多个支撑部160。所述辅助吸能层13由弹性材料制成，在一些实施例中，所述吸能层13的制成材料与前述实施例中的支撑部160或填充部162相同，甚至所述辅助吸能层在一些实施例中和前述各实施例中的吸能层16相同。
请同时参阅图1，本发明另外的又一实施例中提供一种穿戴设备，包括设备主体以及穿戴配件，所述穿戴配件用于将所述设备主体固定于人体的一部位上，其特征在于，所述穿戴配件内设置有前述各实施例中的柔性电池10，用于给所述设备主体供电。所述柔性电池10直接作为可以作为，或者嵌置在所述穿戴设备的穿戴配件内，例如，所述柔性电池10可以作为智能手表的表带或者嵌入智能手表的表带内，也可以作为VR设备的固定带，或者嵌入该固定带内，这样所述柔性电池则可以既能不需要占用穿戴设备主体设备的任何空间，又可以作为电池提供为所述穿戴设备提供电能。可以理解的是，本发明实施例中的柔性电池并不仅限于在穿戴设备中使用，任何需要反复弯折的电子设备都可以使用该柔性电池，例如在可弯折或柔性终端中，也可以装配该柔性电池。
例如，在可穿戴式设备穿戴于人体不同部位时，以手腕半径最小，弯曲半径R0约为25mm，电池的厚度不同，则产生的最大应变不同，如图9显示在发生弯曲变形时的力学模型以及不同厚度电池佩戴于成年人手上所对应的最大应变，其中材料的最外表面承受最大的拉伸变形，最内表面承受最大的压缩变形。假定电池的最大厚度H为5mm，最电池产生的最大应变为10％，因此，当弹性吸能材料弹性极限大于10％，在反复穿戴时，材料始终处于弹性变形区，其所产生的变形可以恢复，具有较好的抗弯曲疲劳性。高弹性吸能层的存在可以保持电池内部在任何情况下各层紧密接触，避免接触电阻变大；从而使电池具有更好的变形能力和电化学性能保持率。
根据工程力学原理材料最大应变力ε计算方式如下：
ε＝(Rθ-R0θ)/R0θ
＝(R-R0)/R0
＝H/2R0
其中，R0为弯曲时中性面的弯曲半径，R为最大拉伸面弯曲半径，H为材料厚度。
上述本发明实施例是在柔性电池内或外部附加一层低弹性模量、高弹性极限、高疲劳寿命的材料来分散和吸收电池弯曲变形时产生的应力，避免电池出现局部的死折，使电池在弯曲时始终能保持一个圆弧过渡，达到吸收和分散变形应力的目的。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统、装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (21)

1.一种柔性电池，包括电芯层以及包裹所述电芯层的包装层，其特征在于，所述柔性电池还包括吸能层，所述电芯层具有相对的第一和第二表面，所述吸能层位于所述电芯层第一表面与所述包装层之间以及所述电芯层第二表面与所述包装层之间，所述吸能层包括多个支撑部，所述多个支撑部中的每一个支撑部由所述电芯层表面朝向所述电芯层外面凸起，所述多个支撑部主要由弹性材料制成。
2.如权利要求1所述的柔性电池，其特征在于，所述吸能层包括第一表面支撑部和第二表面支撑部，所述第一表面支撑部为位于所述电芯层第一表面与所述包装层之间的所述多个支撑部，所述第二表面支撑部包括位于所述电芯层第二表面与所述包装层之间的所述多个支撑部，所述第一表面支撑部中由所述电芯层向外凸起的部位与所述第二表面支撑部中由所述电芯层向外凸起的部位相互错位设置，以便于从所述柔性电池任一面弯折的同时避免过度弯折。
3.如权利要求2所述的柔性电池，其特征在于，所述第一表面支撑部中任一支撑部向电芯层外凸起的最高点处沿着垂直所述第一和第二表面的方向对应于所述第二表面支撑部中与所述电芯层表面的相接处或者最近处。
4.如权利要求1至3任一项所述的柔性电池，其特征在于，所述包装层紧贴所述支撑部的表面，形成与所述支撑部表面相同的高低起伏的曲面形表面。
5.如权利要求4所述的柔性电池，其特征在于，所述曲面形表面呈正玄波形或余弦波形，位于所述电芯层一表面的所述曲线形表面的波峰沿着垂直所述电芯层二相对表面的方向正对位于所述电芯层另一表面的所述曲线形表面的波谷。
6.如权利要求1至3任一项所述的柔性电池，其特征在于，所述吸能层还包括填充在所述多个支撑部与所述包装层之间的多个填充部，所述多个填充部填与所述多个支撑部相互交替间隔设置，所述填充部主要由弹性材料制成，所述填充部的弹性模量小于所述支撑部的弹性模量。
7.如权利要求6所述的柔性电池，其特征在于，所述支撑部与所述填充部相交接的表面为高低起伏的曲面，所述曲面朝向所述电芯层一侧为所述多个支撑部，另外一侧为所述多个填充部。
8.如权利要求7所述的柔性电池，其特征在于，在垂直所述电芯层两相对的第一和第二表面的一横截面上，所述支撑部与所述填充部相交接的表面呈波浪形。
9.如权利要求1至3任一项所述的柔性电池，其特征在于，所述吸能层包括设置在所述多个支撑部与包装层之间的多个空白部，所述支撑部以及所述空白部相互交替设置，所述多个支撑部朝向所述多个空白部的表面呈高低起伏的曲面。
10.如权利要求9所述的柔性电池，其特征在于，在所述柔性电池垂直所述电芯层两相对的第一和第二表面的一横截面上，所述支撑部以及所述空白部的截面形状均呈半正玄或余弦波形。
11.如权利要求9或10所述的柔性电池，其特征在于，所述空白部内填充有压缩气体。
12.如权利要求1-4、6、7以及9任一项所述的柔性电池，其特征在于，在垂直所述电芯层二相对表面的一横截面上，所述支撑部呈半圆形、半椭圆形、等腰梯形、等腰三角形以及中空正方形中的任一种形状。
13.如权利要求1至12任一项所述的柔性电池，其特征在于，还包括由设置在所述包装层外表面的保护层，所述保护层主要由弹性材料制成以形成对所述电芯层的双层保护。
14.如权利要求13任一项所述的柔性电池，其特征在于，形成所述保护层的弹性材料包括橡胶、硅胶或纤维材料，所述保护层用于填充所述包装层的外表面。
15.如权利要求1至14任一项所述的柔性电池，其特征在于，所述弹性材料包括泡沫材料或橡胶制成，所述泡沫材料包括发泡高分子材料或泡沫无机材料。
16.如权利要求1至14任一项所述的柔性电池，其特征在于，所述弹性材料包括发泡PP、发泡PE、泡沫金属以及泡沫石墨中的一种制成。
17.如权利要求1至16任一项所述的柔性电池，其特征在于，所述包装层包括铝塑复合膜，所述铝塑复合膜包括内层、中间层以及外层，所述内层包括聚乙烯或聚丙烯材料，所述中间层包括铝箔，所述外层包括聚酯或尼龙材料。
18.如权利要求1至17任一项所述的柔性电池，其特征在于，还包括正负电极，所述正负电极一部分插接所述电芯层内，另一部分延伸出所述电芯层以及所述包装层外，以用于为负载提供电能。
19.如权利要求1至18任一项所述的柔性电池，其特征在于，所述电芯层包括至少两层子电芯层，每两层所述子电芯层之间设置有一辅助吸能层，所述辅助吸能层主要由弹性材料制成。
20.如权利要求19所述的柔性电池，其特征在于，所述辅助吸能层包括多个支撑部，所述支撑部呈半圆形、半椭圆形、等腰梯形、等腰三角形以及中空正方形中的任一种形状。
21.一种穿戴设备，包括设备主体以及穿戴配件，所述穿戴配件用于将所述设备主体固定于人体的一部位上，其特征在于，所述穿戴配件内设置有所述权利要求1至20所述的柔性电池，用于给所述设备主体供电。
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