CN110676461A - 一种具有柔性自支撑功能的高柔性锂离子电池织物及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种具有柔性自支撑功能的高柔性锂离子电池织物及其制备方法，涉及锂电池技术领域，具体包括正极胶体与负极胶体，所述正极胶体与负极胶体相互间隔并排设置形成锂离子电池基体，且正极胶体与负极胶体均为柔性流体层合成，柔性流体层包括至少一高分子材料层，以及至少一附着在高分子材料层上的多孔陶瓷层，还包括至少一附着在多孔陶瓷层上的导电涂层。本申请通过在织物基材外表面镀上一层导电镍层形成导电织物基材附着于锂离子电池基体上，并利用织物吸附力强，柔顺性好，可任意弯曲等特点，因此形成的锂离子电池既具有较好的导电性能，又可以弯折、挤压，且具有柔性。

Description

一种具有柔性自支撑功能的高柔性锂离子电池织物及其制备 方法
技术领域
本发明涉及锂电池技术领域，具体是一种具有柔性自支撑功能的高柔性锂离子电池织物及其制备方法。
背景技术
锂离子电池作为一种二次电池在新兴的新能源产业不断被推广于各个技术领域。锂离子电池包括正、负极集流体，附在正、负极集流体上的活性物质、置于正负极中间的隔膜以及浸润两极的电解液。其中集流体指的是用于附着电池正极、负极活性物质的金属集体，现有技术中采用的是铜箔和铝箔等金属基体。锂离子二次电池是指其中的Li嵌入和脱逸正负极活性物质的一种可充放电的高能电池，其实际上是一种锂离子浓差电池。而集流体的主要作用是通过与活性物质相接触，将正负极活性物质因锂离子的迁移所产生的电流汇集进而对外输送电流。
随着便携式电子设备的快速发展，对于锂离子电池的要求也越来越高。特别是近年来出现的新概念柔性电子书或柔性手机，可穿戴式设备以及一些便携式的医疗电子设备急需有对应的柔性锂离子电池与之配合，以设计出客户满意的柔性电子产品。因此，研发一种可以弯折、挤压，自放电率小，安全性高的柔性锂离子电池，具有重要的现实意义。
发明内容
本发明的目的在于提供一种具有柔性自支撑功能的高柔性锂离子电池织物及其制备方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种具有柔性自支撑功能的高柔性锂离子电池织物及其制备方法，包括正极胶体与负极胶体，所述正极胶体与负极胶体相互间隔并排设置形成锂离子电池基体，且相邻的正极胶体与负极胶体之间填充有紧贴于正极胶体与负极胶体对应面的隔膜，同时正极胶体与负极胶体均为柔性流体层合成，柔性流体层包括至少一高分子材料层，以及至少一附着在高分子材料层上的多孔陶瓷层，还包括至少一附着在多孔陶瓷层上的导电涂层，所述正极胶体与负极胶体上分别压入正极端子与负极端子，且正极胶体与负极胶体的柔性流体层包括附着于其上部与下部的活性物质层。
作为本发明进一步的方案：所述高分子材料层作为基层，且高分子材料层以厚度为10～40μm、孔隙率为30～65％的高分子材料制备高分子材料层。
作为本发明再进一步的方案：所述高分子材料层表面涂制100nm～2μm的多孔陶瓷层。
作为本发明再进一步的方案：所述导电涂层是基于多孔陶瓷层上以浓度为0.8～5％的导电浆料涂制导电涂层。
作为本发明再进一步的方案：所述柔性流体层正负电极包括两柔性集流体以及一组相反电性的活性物质层分别附在两柔性集流体两导电涂层的表面，且活性物质层采用正极活性物质层与负极活性物质层中的任意一种使用。
作为本发明再进一步的方案：所述的高分子材料采用聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚酰亚胺(PI)的任一种或几种。
作为本发明再进一步的方案：所述多孔陶瓷层采用氧化铝或勃姆石中的任意一种。
作为本发明再进一步的方案：所述导电浆料采用石墨烯浆料、碳纳米管浆料、导电炭黑浆料与导电石墨浆料中的任意一种或几种。
作为本发明再进一步的方案：具有柔性自支撑功能的高柔性锂离子电池织物及其制备方法，包括以下步骤：
步骤A：在正极胶体与负极胶体的柔性流体层的两面涂制正极活性物质层和一负极活性物质层得到大面积的正负柔性集流体电极极片，正负柔性集流体电极极片具有一面正极活性物质层和一面负极活性物质层。
步骤B：裁切正极胶体与负极胶体，通过叠片压合的方式将正极胶体、隔膜和负极胶体叠成柔性电芯模块，使得隔膜设置在相邻的正极胶体和负极胶体之间，并在正极胶体与负极胶体上分别压入正极端子与负极端子。
步骤C：首先将清洗干净的织物基材置于浓度为0.08～0.30g/ml的镍盐和浓度为0.05～0.30g/ml盐酸的混合水溶液中浸渍15～35min后，取出放入浓度为0.05～0.15g/ml硼氢化钠和浓度0.08～0.15g/ml的氢氧化钠混合水溶液中浸渍15～35min后取出，用去离子水清洗；然后将处理后的织物基材放入镍盐浓度为20～40g/L，丁二酸浓度为25～35g/L，苹果酸浓度为25～35g/L，次亚磷酸钠浓度为20～30g/L的混合水溶液中，在温度70～85℃，PH值7.5～9.5的条件下反应50min，在织物基材外表面镀上一层导电镍层形成导电织物基材附着于锂离子电池基体上，最后通过共挤出成型或通过模具注塑成型。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本申请采用高分子材料层作为基底并且与多孔陶瓷层、导电涂层合成柔性流体层，其具有一定的柔韧性，解决传统金属基体集流体容易撕裂问题，多孔陶瓷层能够有效固定柔性流体层的形状，稳定整个柔性流体层的形状；通过在织物基材外表面镀上一层导电镍层形成导电织物基材附着于锂离子电池基体上，并利用织物吸附力强，柔顺性好，可任意弯曲等特点，因此形成的锂离子电池既具有较好的导电性能，又可以弯折、挤压，具有柔性。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为本发明中柔性流体层的结构示意图。
如图所示：正极胶体1a、负极胶体1b、正极端子2a、负极端子2b、织物基材3、活性物质层4、多孔陶瓷层5、高分子材料层6、导电涂层7、隔膜8。
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他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1～2，本发明实施例中，一种具有柔性自支撑功能的高柔性锂离子电池织物及其制备方法，包括正极胶体1a、负极胶体1b、正极端子2a、负极端子2b、织物基材3、活性物质层4、多孔陶瓷层5、高分子材料层6、导电涂层7与隔膜8，所述正极胶体1a与负极胶体1b相互间隔并排设置形成锂离子电池基体，且相邻的正极胶体1a与负极胶体1b之间填充有紧贴于正极胶体1a与负极胶体1b对应面的隔膜8，同时正极胶体1a与负极胶体1b均为柔性流体层合成，柔性流体层包括至少一高分子材料层6，以及至少一附着在高分子材料层6上的多孔陶瓷层5，还包括至少一附着在多孔陶瓷层5上的导电涂层7。
所述高分子材料层6作为基层，且高分子材料层6以厚度为10～40μm、孔隙率为30～65％的高分子材料制备高分子材料层，所述的高分子材料采用聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚酰亚胺(PI)的任一种或几种；通过采用高分子材料层6合成的柔性流体层相对电解液呈现惰性特点，解决金属基体集流体的易氧化缺陷，并且由于高分子材料层6自身的孔隙率很高，从而改善了传统金属基体集流体无空隙阻碍锂离子迁移的问题。
所述高分子材料层6表面涂制100nm～2μm的多孔陶瓷层5，且多孔陶瓷层5采用氧化铝或勃姆石中的任意一种；采用高分子材料层6作为基底并且与多孔陶瓷层5、导电涂层7合成柔性流体层，其具有一定的柔韧性，解决传统金属基体集流体容易撕裂问题，多孔陶瓷层5能够有效固定柔性流体层的形状，稳定整个柔性流体层的形状。
所述导电涂层7是基于多孔陶瓷层5上以浓度为0.8～5％的导电浆料涂制导电涂层，且导电浆料采用石墨烯浆料、碳纳米管浆料、导电炭黑浆料与导电石墨浆料中的任意一种或几种。
所述正极胶体1a与负极胶体1b上分别压入正极端子2a与负极端子2b，且正极胶体1a与负极胶体1b的柔性流体层包括附着于其上部与下部的活性物质层4，柔性流体层正负电极包括两柔性集流体以及一组相反电性的活性物质层4分别附在两柔性集流体两导电涂层7的表面，且活性物质层4采用正极活性物质层与负极活性物质层中的任意一种使用。
所述锂离子电池基体的外部附着有织物基材3，通过在织物基材3外表面镀上一层导电镍层形成导电织物基材附着于锂离子电池基体上，并利用织物吸附力强，柔顺性好，可任意弯曲等特点，因此形成的锂离子电池既具有较好的导电性能，又可以弯折、挤压，具有柔性。
一种具有柔性自支撑功能的高柔性锂离子电池织物及其制备方法，包括以下步骤：
步骤A：在正极胶体1a与负极胶体1b的柔性流体层的两面涂制正极活性物质层和一负极活性物质层得到大面积的正负柔性集流体电极极片，正负柔性集流体电极极片具有一面正极活性物质层和一面负极活性物质层。
步骤B：裁切正极胶体1a与负极胶体1b，通过叠片压合的方式将正极胶体1a、隔膜8和负极胶体1b叠成柔性电芯模块，使得隔膜8设置在相邻的正极胶体1a和负极胶体1b之间，并在正极胶体1a与负极胶体1b上分别压入正极端子2a与负极端子2b。
步骤C：织物基材3附着在锂离子电池基体表面的方法如下：首先将清洗干净的织物基材3置于浓度为0.08～0.30g/ml的镍盐和浓度为0.05～0.30g/ml盐酸的混合水溶液中浸渍15～35min后，取出放入浓度为0.05～0.15g/ml硼氢化钠和浓度0.08～0.15g/ml的氢氧化钠混合水溶液中浸渍15～35min后取出，用去离子水清洗；然后将处理后的织物基材3放入镍盐浓度为20～40g/L，丁二酸浓度为25～35g/L，苹果酸浓度为25～35g/L，次亚磷酸钠浓度为20～30g/L的混合水溶液中，在温度70～85℃，PH值7.5～9.5的条件下反应50min，在织物基材3外表面镀上一层导电镍层形成导电织物基材附着于锂离子电池基体上，最后通过共挤出成型或通过模具注塑成型。
在本发明描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接;可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，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)

1.一种具有柔性自支撑功能的高柔性锂离子电池织物及其制备方法，包括正极胶体(1a)与负极胶体(1b)，其特征在于，所述正极胶体(1a)与负极胶体(1b)相互间隔并排设置形成锂离子电池基体，且相邻的正极胶体(1a)与负极胶体(1b)之间填充有紧贴于正极胶体(1a)与负极胶体(1b)对应面的隔膜(8)，同时正极胶体(1a)与负极胶体(1b)均为柔性流体层合成，柔性流体层包括至少一高分子材料层(6)，以及至少一附着在高分子材料层(6)上的多孔陶瓷层(5)，还包括至少一附着在多孔陶瓷层(5)上的导电涂层(7)，所述正极胶体(1a)与负极胶体(1b)上分别压入正极端子(2a)与负极端子(2b)，且正极胶体(1a)与负极胶体(1b)的柔性流体层包括附着于其上部与下部的活性物质层(4)，所述锂离子电池基体的外部附着有织物基材(3)。
2.根据权利要求1所述的一种具有柔性自支撑功能的高柔性锂离子电池织物及其制备方法，其特征在于，所述高分子材料层(6)作为基层，且高分子材料层(6)以厚度为10～40μm、孔隙率为30～65％的高分子材料制备高分子材料层。
3.根据权利要求1所述的一种具有柔性自支撑功能的高柔性锂离子电池织物及其制备方法，其特征在于，所述高分子材料层(6)表面涂制100nm～2μm的多孔陶瓷层(5)。
4.根据权利要求1所述的一种具有柔性自支撑功能的高柔性锂离子电池织物及其制备方法，其特征在于，所述导电涂层(7)是基于多孔陶瓷层(5)上以浓度为0.8～5％的导电浆料涂制导电涂层。
5.根据权利要求1所述的一种具有柔性自支撑功能的高柔性锂离子电池织物及其制备方法，其特征在于，所述柔性流体层正负电极包括两柔性集流体以及一组相反电性的活性物质层(4)分别附在两柔性集流体两导电涂层(7)的表面，且活性物质层(4)采用正极活性物质层与负极活性物质层中的任意一种使用。
6.根据权利要求1所述的一种具有柔性自支撑功能的高柔性锂离子电池织物及其制备方法，其特征在于，所述的高分子材料采用聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚酰亚胺(PI)的任一种或几种。
7.根据权利要求1所述的一种具有柔性自支撑功能的高柔性锂离子电池织物及其制备方法，其特征在于，所述多孔陶瓷层(5)采用氧化铝或勃姆石中的任意一种。
8.根据权利要求4所述的一种具有柔性自支撑功能的高柔性锂离子电池织物及其制备方法，其特征在于，所述导电浆料采用石墨烯浆料、碳纳米管浆料、导电炭黑浆料与导电石墨浆料中的任意一种或几种。
9.一种如权利要求1-8任一所述的具有柔性自支撑功能的高柔性锂离子电池织物及其制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤A：在正极胶体(1a)与负极胶体(1b)的柔性流体层的两面涂制正极活性物质层和一负极活性物质层得到大面积的正负柔性集流体电极极片，正负柔性集流体电极极片具有一面正极活性物质层和一面负极活性物质层；
步骤B：裁切正极胶体(1a)与负极胶体(1b)，通过叠片压合的方式将正极胶体(1a)、隔膜(8)和负极胶体(1b)叠成柔性电芯模块，使得隔膜8设置在相邻的正极胶体(1a)和负极胶体(1b)之间，并在正极胶体(1a)与负极胶体(1b)上分别压入正极端子(2a)与负极端子(2b)；步骤C：首先将清洗干净的织物基材(3)置于浓度为0.08～0.30g/ml的镍盐和浓度为0.05～0.30g/ml盐酸的混合水溶液中浸渍15～35min后，取出放入浓度为0.05～0.15g/ml硼氢化钠和浓度0.08～0.15g/ml的氢氧化钠混合水溶液中浸渍15～35min后取出，用去离子水清洗；然后将处理后的织物基材(3)放入镍盐浓度为20～40g/L，丁二酸浓度为25～35g/L，苹果酸浓度为25～35g/L，次亚磷酸钠浓度为20～30g/L的混合水溶液中，在温度70～85℃，PH值7.5～9.5的条件下反应50min，在织物基材(3)外表面镀上一层导电镍层形成导电织物基材附着于锂离子电池基体上，最后通过共挤出成型或通过模具注塑成型。
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