CN108400386A - 提高弯曲性能的柔性电池的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及柔性电池，提供一种提高弯曲性能的柔性电池的制备方法，先成型自支撑极片，且在自支撑极片对应金属集流体的焊接区的位置加工有齿状结构，自支撑极片与金属集流体结合后，该齿状结构位于金属集流体的焊接区内。本发明中通过齿状结构使得自支撑极片与金属集流体之间的过渡边界线与柔性电池弯曲的轴向之间具有多种角度，一方面拓宽了该过渡边界线的区域，可以有更多的面积来承受相同的弯曲过渡过程，且使得该边界处的弯曲受力状态也将发生改变，自支撑极片与金属集流体近似为一个整体，而不会出现金属集流体区域相对于料层区域出现过度弯曲的现象，能够有效的改善该位置在弯曲过程中易断裂的情况，保证柔性电池的耐弯曲性能。

Description

提高弯曲性能的柔性电池的制备方法
技术领域
本发明涉及柔性电池，尤其涉及一种提高弯曲性能的柔性电池的制备方法。
背景技术
随着人们生活水平的提高，各种智能电子设备的出现方便了人们的生活，越来越多的为人们所接受。现有的智能电子设备一般选择锂离子电池作为其配套的电池，这主要是由于锂离子电池具有较高的能量密度，质量轻、体积小。
锂离子电池是一种二次电池，它主要依靠锂离子在电池内部正负极之移动来工作。在充放电过程中，锂离子在两个电极之间往返嵌入和脱嵌：充电时，锂离子从正极脱嵌经过电解质嵌入负极；放电时则相反。
一般锂离子电池按照外形可分为方形电池和圆柱电池，而方形电池又可分为适用于消费类电子设备的软包装锂离子电池和适用于动力型用电设备的铝壳电池。目前市场上流行的智能手机、智能手表、平板电脑等均是使用的软包方形锂离子电池。与铝壳类锂离子电池相比，软包装锂离子电池具有安全性能好，质量轻，比容量大，内阻小，设计灵活的优点，因此目前市场上大部分的智能电子设备均使用软包锂离子电池作为其供电能源。
当今消费类电子设备的发展趋势是轻、薄，甚至一些电子产品还需要电池具备特殊的属性，如柔性耐弯曲。对应的锂离子电池也会向轻、薄化发展。由于锂离子电池内部的复杂结构，当锂离子电池变得轻薄化以后，随着弯曲的发生，内部的各个组件之间的力学关系也不尽相同。一些部件比较容易不受弯曲的影响，如隔膜、极耳，但另一些部件如正负极的极片料层，其中最脆弱的部位应当是厚度只有十几个微米的金属集流体。一般的涂布方式制备的极片料层边缘呈直线状态，制备的电池在弯曲状态时，弯曲轴向方向与料层以及金属集流体边界方向平行，电池弯曲时，料层边缘位置为应力集中位置，也是最容易出现断裂的位置。一旦该位置的金属集流体发生断裂，则电池将出现容量受损或者电池失效的情况。
发明内容
本发明的目的在于提供一种提高弯曲性能的柔性电池制备方法，旨在用于解决现有的柔性电池在弯曲时金属集流体与料层的边界处易断裂的问题。
本发明是这样实现的：
本发明实施例提供一种提高弯曲性能的柔性电池的制备方法，包括以下步骤：
采用冲切工具切片成型正负极片的自支撑极片，于各所述自支撑极片的其中一端加工形成有齿状结构；
所述自支撑极片与金属集流体结合，且通过辊压与模切制备出正极片与负极片，所述金属集流体的一端预留有凸出所述自支撑极片的焊接区，所述齿状结构位于所述焊接区内；
将制备的正极片与负极片叠加放置，且所述正极片的焊接区与所述负极片的焊接区错开，且于所述正极片与所述负极片之间采用隔膜隔开；
叠放后的所述正负极片的焊接区均焊接极耳，形成电芯；
向得到的电芯内注入电解液，并通过外包装膜进行封装，即得柔性电池。
进一步地，所述齿状结构为锯齿状、梳齿装或者波浪状。
进一步地，所述正负极片的焊接区在焊接所述极耳后，对所述焊接区贴胶。
进一步地，制备的所述电芯包括多片所述正极片与多片所述负极片，所述正极片和所述负极片依次交错进行叠片。
进一步地，将所述正负极片及隔膜叠片后，且于所述极耳焊接前将所述隔膜边缘通过胶带粘贴固定。
进一步地，在成型所述自支撑极片的齿状结构时，先将所述自支撑极片其中一端的边沿全部加工为齿状结构，再将所述金属集流体的焊接区对应之外部分的齿状结构全部去除。
进一步地，所述自支撑极片均为长条状，所述齿状结构沿所述所述自支撑极片的宽度方向延伸，且所述齿状结构为梳齿状时，各梳齿均等间距分布。
进一步地，所述负极片的尺寸大于所述正极片的尺寸，且所述负极片的齿状结构的高度大于所述正极片的齿状结构的高度。
进一步地，所述隔膜的边沿超出所述自支撑极片的边沿1-1.5mm。
本发明具有以下有益效果：
本发明的制备方法中，在自支撑极片的一端加工有齿状结构，使得料层与金属集流体的过渡边界线方向与柔性电池弯曲的轴线方向之间具有多种不同的角度，且甚至于有垂直的可能，这种改变一方面拓宽了料层-金属集流体过渡边界线的区域，可以有更多的面积来承受相同的弯曲过渡过程；另一方面，当弯曲的轴线方向与料层边界线出现一定的角度以后，料层-金属集流体边界处的弯曲受力状态也将发生改变，料层区域和料层以外的金属集流体区域将更倾向于成为一个整体，而不会出现金属集流体区域相对于料层区域出现过度弯曲的现象，能够有效的改善料层-金属集流体边界线在弯曲过程中易断裂的情况，从而提高柔性电池的耐弯曲性能。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1为本发明实施例提供的柔性电池的正负极片的结构示意图；
图2为图1的柔性电池的自支撑极片成型有齿状结构的结构示意图；
图3为图1的柔性电池的正负极片对应弯曲轴向的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
参见图1-图3，本发明实施例提供一种提高弯曲性能的柔性电池的制备方法，主要用于制备一柔性电池，且该柔性电池具有较高的弯曲性能，具体地，包括以下步骤：
先采用冲切工具切片成型自支撑极片1，该自支撑极片1能够用于成型正极片与负极片，可以在自支撑极片1上成型料层，该料层为活性材料，自支撑极片1可以不依靠金属集流体2的支撑而能单独作为一个片层状态存在，进而可以很方便地对料层的成型形状进行处理，一般采用过滤或者涂覆的方式成型料层，使得整个自支撑极片1为活性自支撑极片1，在切片完成后，在各自支撑极片1的其中一端加工形成有齿状结构11，自支撑极片1具有齿状结构11的一端应与金属集流体2的焊接区21对应；
将上述制备的自支撑极片1与金属集流体2结合，金属集流体2具有与极耳焊接的焊接区21，在结合时调整两者之间的位置，使得金属集流体2的焊接区21被预留，且焊接区21凸出自支撑极片1，而上述的齿状结构11位于该焊接区21内，当然沿齿状结构11的高度方向，其不应凸出金属集流体2的焊接区21，以使焊接区21与极耳之间具有足够的焊接面积，而在自支撑极片1与金属集流体2之间位置调整合适后，依次对两者进行结合、辊压以及模切的方式制备出极片，正极片与负极片均采用这种方式制备，但是在成分上正极片与负极片不同，比如正极片的金属集流体2通常采用铝箔，主要在于其耐高电压下的氧化反应，而负极片的金属集流体2通常采用铜箔，主要在于其耐低电压下的还原反应；
将制备好的正极片与负极片叠加放置，且在叠加放置时，正极片的焊接区21与负极片的焊接区21错开，当然两者可以位于同一侧，可以方便后续与极耳焊接，也能够避免两者之间接触短路，另外在正极片与负极片之间采用隔膜隔开，根据所需要制备的软包锂电池的实际需求，还可采用多对正、负极片进行依据上述叠片方式叠放，且正极片和负极片依次交错进行叠片，且在叠片完成后，将隔膜的边缘通过胶带粘贴固定，尤其是对应焊接区21的边缘位置要通过胶带粘贴固定，一般，隔膜的尺寸相对于正极片与负极片来说较大，具体为隔膜的边沿超出自支撑极片1的边沿1-1.5mm，使得隔膜能够完全覆盖隔开正极片与负极片，进而避免焊接区21与自支撑极片1的料层之间接触短路；
将叠放后的正负极片的焊接区21均焊接有极耳，以形成电芯，且通常在极耳与对应的焊接区21焊接后，在焊接区21还进行贴胶步骤，具体是采用胶带将极耳与焊接区21的焊接位置粘贴包裹，可以防止对外包装膜的刺破以及加强该位置的保护作用，避免出现短路的问题；
向上述制备的电芯内注入电解液，且通过外包装膜封装等工艺，进而制备出弯曲性能非常好的柔性电池。
参见图3，通过上述工艺步骤，成型后的柔性电池在正极片与负极片的焊接区21内均具有齿状结构11，即表明自支撑极片1具有部分结构延伸至金属集流体2的焊接区21内，且由于其为齿状结构11，则可以拓宽自支撑极片1的料层与金属集流体2之间的过渡边界线，可以有更多的面积来承受相同的弯曲过渡过程，又柔性电池在折弯时的弯曲轴向类似于图中A向，其与自支撑极片1的料层与金属集流体2之间的过渡边界线的非焊接区21位置平行，而在对应焊接区21位置的过渡边界线则与弯曲轴向具有一定的空间角度，甚至于垂直，则自支撑极片1的料层与金属集流体2的边界处的弯曲受力方向发生变化，使得自支撑极片1与金属集流体2之间更倾向于为一个整体，进而可以避免金属集流体2区域相对于自支撑极片1区域出现过度弯曲的现象，能够有效的改善料层-金属集流体2边界线在弯曲过程中易断裂的情况，从而提高柔性电池的耐弯曲性能。
而对于自支撑极片1加工形成的齿状结构11可以有多种形式，比如锯齿状、梳齿装或者波浪状等，通常自支撑极片1为长条状结构，其具有宽边与长边，齿状结构11沿自支撑极片1的宽度方向延伸，且当齿状结果为梳齿状时，各梳齿均等间距分布。另外在制备齿状结构11时，可以先在自支撑极片1对应金属集流体2焊接区21的一侧边沿(其中一个沿宽度方向的边沿)整体形成齿状结构11，然后根据金属集流体2的焊接区21对应位置，将非焊接区21对应位置的齿状结构11均去除，同时保留焊接区21对应位置的齿状结构11，比较方便。具体可以两个实施例进行说明：
实施例一
使用过滤或者涂膜的方式制备具有活性材料的自支撑极片1；之后将自支撑极片1进行冲切，形成宽104mm，长200mm的极片，其中宽度方向一侧留有高为4mm，宽度3mm的锯齿状边；冲切好的自支撑极片1与金属集流体2进行结合、辊压；之后将极片进行模切后制备得到长度为100mm，宽度为30mm的负极片；同样的方式制备宽度为28mm，长度为97mm，单个锯齿高2mm，宽3mm的正极片；使用以上的正负极片和隔膜进行叠片；在金属集流体2预留的焊接区21焊接极耳，且在焊接后对焊接区21域贴胶；之后通过注液与封装等工艺组装成柔性电池。
实施例二
使用过滤或者涂膜的方式制备具有活性材料的自支撑极片1；之后将活性自支撑极片1进行冲切，形成宽104mm，长200mm的极片，其中宽度方向一侧留有高为4mm，宽度1.5mm的梳条状边，相邻梳条间距为1.5mm；冲切好的自支撑极片1与金属集流体2进行结合、辊压；之后将极片进行模切后制备得到长度为100mm，宽度为30mm的负极片；同样的方式制备宽度为28mm，长度为97mm，单个梳条状料高2mm，宽1.5mm的正极片,相邻梳条的间距为1.5mm；使用以上的正负极片和隔膜进行叠片；在金属集流体2预留的焊接区21焊接极耳，且在焊接后对焊接区21域贴胶；之后通过注液与封装等工艺组装成柔性电池。
通过上述的工艺参数成型后的柔性电池，由于在焊接区21具有锯齿状或者梳齿状的齿状结构11，使得柔性电池在自支撑极片1与金属集流体2的边界处具有较强的耐弯曲性能，柔性电池不易在此处断裂。另外由上对比可知，同一柔性电池中，负极片的尺寸大于正极片的尺寸，作为长条形时，负极片的长度与宽度均大于正极片的长度与宽度，对应地，负极片的齿状结构的高度大于正极片的齿状结构的高度，负极片能够完全覆盖正极片，避免外露，其能够保证电池的安全性。
参见图1以及图3，本发明实施例还提供一种提高弯曲性能的柔性电池，可以采用上述的制备工艺制备成型，当然也可以采用另外的方式制备，只是成型后的柔性电池中，自支撑极片1对应金属集流体2的焊接区21设置有齿状结构11，具体地，该柔性电池包括正负极片，正极片与负极片结构类似，均采用相近的工艺制备，两者之间设置有隔膜，正负极片包括自支撑极片1与金属集流体2，其中自支撑极片1位于金属集流体2上，金属集流体2具有焊接区21，该焊接区21用于与极耳焊接，而自支撑极片1在对应该焊接区21的位置具有齿状结构11，齿状结构11位于焊接区21上。通过这种结构形式的自支撑极片1与金属集流体2的焊接区21配合，可以有利于提高柔性电池在该位置的耐弯曲性能，柔性电池在弯曲时，该位置不会轻易产生断裂，保证柔性电池的使用寿命以及使用安全。另外，柔性电池的其它结构与上述制备方法中的结构描述相近，在此不再赘述。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种提高弯曲性能的柔性电池的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
采用冲切工具切片成型正负极片的自支撑极片，于各所述自支撑极片的其中一端加工形成有齿状结构；
所述自支撑极片与金属集流体结合，且通过辊压与模切制备出正极片与负极片，所述金属集流体的一端预留有凸出所述自支撑极片的焊接区，所述齿状结构位于所述焊接区内；
将制备的正极片与负极片叠加放置，且所述正极片的焊接区与所述负极片的焊接区错开，且于所述正极片与所述负极片之间采用隔膜隔开；
叠放后的所述正负极片的焊接区均焊接极耳，形成电芯；
向得到的电芯内注入电解液，并通过外包装膜进行封装，即得柔性电池。
2.如权利要求1所述的提高弯曲性能的柔性电池的制备方法，其特征在于：所述齿状结构为锯齿状、梳齿装或者波浪状。
3.如权利要求1所述的提高弯曲性能的柔性电池的制备方法，其特征在于：所述正负极片的焊接区在焊接所述极耳后，对所述焊接区贴胶。
4.如权利要求1所述的提高弯曲性能的柔性电池的制备方法，其特征在于：制备的所述电芯包括多片所述正极片与多片所述负极片，所述正极片和所述负极片依次交错进行叠片。
5.如权利要求1所述的提高弯曲性能的柔性电池的制备方法，其特征在于：将所述正负极片及隔膜叠片后，且于所述极耳焊接前将所述隔膜边缘通过胶带粘贴固定。
6.如权利要求1所述的提高弯曲性能的柔性电池的制备方法，其特征在于：在成型所述自支撑极片的齿状结构时，先将所述自支撑极片其中一端的边沿全部加工为齿状结构，再将所述金属集流体的焊接区对应之外部分的齿状结构全部去除。
7.如权利要求2所述的提高弯曲性能的柔性电池的制备方法，其特征在于：所述自支撑极片均为长条状，所述齿状结构沿所述所述自支撑极片的宽度方向延伸，且所述齿状结构为梳齿状时，各梳齿均等间距分布。
8.如权利要求1所述的提高弯曲性能的柔性电池的制备方法，其特征在于：所述负极片的尺寸大于所述正极片的尺寸，且所述负极片的齿状结构的高度大于所述正极片的齿状结构的高度。
9.如权利要求1所述的提高弯曲性能的柔性电池的制备方法，其特征在于：所述隔膜的边沿超出所述自支撑极片的边沿1-1.5mm。
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