CN113451545A - 柔性电池及其制备方法 - Google Patents
柔性电池及其制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN113451545A CN113451545A CN202010211135.8A CN202010211135A CN113451545A CN 113451545 A CN113451545 A CN 113451545A CN 202010211135 A CN202010211135 A CN 202010211135A CN 113451545 A CN113451545 A CN 113451545A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- layer
- negative electrode
- electrode layer
- conductive agent
- positive electrode
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title abstract description 10
- 239000006258 conductive agent Substances 0.000 claims abstract description 69
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 claims abstract description 54
- 238000004806 packaging method and process Methods 0.000 claims abstract description 40
- 239000011245 gel electrolyte Substances 0.000 claims abstract description 25
- 239000007773 negative electrode material Substances 0.000 claims abstract description 17
- 239000013543 active substance Substances 0.000 claims abstract description 11
- 239000002002 slurry Substances 0.000 claims description 30
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims description 27
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims description 27
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims description 18
- 239000011267 electrode slurry Substances 0.000 claims description 16
- 239000005038 ethylene vinyl acetate Substances 0.000 claims description 14
- 229920001200 poly(ethylene-vinyl acetate) Polymers 0.000 claims description 14
- -1 polyethylene terephthalate Polymers 0.000 claims description 11
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- 239000007774 positive electrode material Substances 0.000 claims description 10
- WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N Lithium Chemical compound [Li] WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- 229910052744 lithium Inorganic materials 0.000 claims description 9
- 239000003575 carbonaceous material Substances 0.000 claims description 8
- 238000005538 encapsulation Methods 0.000 claims description 8
- 239000007769 metal material Substances 0.000 claims description 8
- 229920000139 polyethylene terephthalate Polymers 0.000 claims description 8
- 239000005020 polyethylene terephthalate Substances 0.000 claims description 8
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 7
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 7
- 229910021389 graphene Inorganic materials 0.000 claims description 6
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 229910002090 carbon oxide Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 239000002071 nanotube Substances 0.000 claims description 5
- 229910010293 ceramic material Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 4
- HMDDXIMCDZRSNE-UHFFFAOYSA-N [C].[Si] Chemical compound [C].[Si] HMDDXIMCDZRSNE-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910021383 artificial graphite Inorganic materials 0.000 claims description 3
- QHGJSLXSVXVKHZ-UHFFFAOYSA-N dilithium;dioxido(dioxo)manganese Chemical compound [Li+].[Li+].[O-][Mn]([O-])(=O)=O QHGJSLXSVXVKHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- GELKBWJHTRAYNV-UHFFFAOYSA-K lithium iron phosphate Chemical compound [Li+].[Fe+2].[O-]P([O-])([O-])=O GELKBWJHTRAYNV-UHFFFAOYSA-K 0.000 claims description 3
- 229910021382 natural graphite Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 claims description 2
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 claims description 2
- 238000005452 bending Methods 0.000 abstract description 14
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 171
- 239000011247 coating layer Substances 0.000 description 27
- 239000011149 active material Substances 0.000 description 8
- 239000002202 Polyethylene glycol Substances 0.000 description 7
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 7
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- NIXOWILDQLNWCW-UHFFFAOYSA-N 2-Propenoic acid Natural products OC(=O)C=C NIXOWILDQLNWCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 239000007772 electrode material Substances 0.000 description 5
- FPYJFEHAWHCUMM-UHFFFAOYSA-N maleic anhydride Chemical compound O=C1OC(=O)C=C1 FPYJFEHAWHCUMM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 239000005022 packaging material Substances 0.000 description 5
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 5
- SMZOUWXMTYCWNB-UHFFFAOYSA-N 2-(2-methoxy-5-methylphenyl)ethanamine Chemical compound COC1=CC=C(C)C=C1CCN SMZOUWXMTYCWNB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 4
- 239000003513 alkali Substances 0.000 description 4
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 4
- 230000008569 process Effects 0.000 description 4
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 4
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 4
- KKEYFWRCBNTPAC-UHFFFAOYSA-L terephthalate(2-) Chemical compound [O-]C(=O)C1=CC=C(C([O-])=O)C=C1 KKEYFWRCBNTPAC-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 4
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000006256 anode slurry Substances 0.000 description 3
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 3
- 229920001223 polyethylene glycol Polymers 0.000 description 3
- LYCAIKOWRPUZTN-UHFFFAOYSA-N Ethylene glycol Chemical compound OCCO LYCAIKOWRPUZTN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N Lithium ion Chemical compound [Li+] HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 2
- 239000012790 adhesive layer Substances 0.000 description 2
- 239000006257 cathode slurry Substances 0.000 description 2
- 230000008859 change Effects 0.000 description 2
- 238000013329 compounding Methods 0.000 description 2
- 229920001577 copolymer Polymers 0.000 description 2
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 2
- 229920006242 ethylene acrylic acid copolymer Polymers 0.000 description 2
- 229920006225 ethylene-methyl acrylate Polymers 0.000 description 2
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 2
- 229910001416 lithium ion Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 238000012858 packaging process Methods 0.000 description 2
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 2
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 2
- 238000007650 screen-printing Methods 0.000 description 2
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 2
- RNFJDJUURJAICM-UHFFFAOYSA-N 2,2,4,4,6,6-hexaphenoxy-1,3,5-triaza-2$l^{5},4$l^{5},6$l^{5}-triphosphacyclohexa-1,3,5-triene Chemical compound N=1P(OC=2C=CC=CC=2)(OC=2C=CC=CC=2)=NP(OC=2C=CC=CC=2)(OC=2C=CC=CC=2)=NP=1(OC=1C=CC=CC=1)OC1=CC=CC=C1 RNFJDJUURJAICM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000010146 3D printing Methods 0.000 description 1
- LLLVZDVNHNWSDS-UHFFFAOYSA-N 4-methylidene-3,5-dioxabicyclo[5.2.2]undeca-1(9),7,10-triene-2,6-dione Chemical compound C1(C2=CC=C(C(=O)OC(=C)O1)C=C2)=O LLLVZDVNHNWSDS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 241000894006 Bacteria Species 0.000 description 1
- 208000032953 Device battery issue Diseases 0.000 description 1
- 239000004698 Polyethylene Substances 0.000 description 1
- 239000004743 Polypropylene Substances 0.000 description 1
- 230000002745 absorbent Effects 0.000 description 1
- 239000002250 absorbent Substances 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 230000006978 adaptation Effects 0.000 description 1
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 description 1
- 238000000498 ball milling Methods 0.000 description 1
- 230000003139 buffering effect Effects 0.000 description 1
- 239000002041 carbon nanotube Substances 0.000 description 1
- 229910021393 carbon nanotube Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 1
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 1
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 1
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 1
- 238000012983 electrochemical energy storage Methods 0.000 description 1
- 239000002003 electrode paste Substances 0.000 description 1
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 description 1
- 238000004146 energy storage Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 239000003063 flame retardant Substances 0.000 description 1
- 238000007647 flexography Methods 0.000 description 1
- WGCNASOHLSPBMP-UHFFFAOYSA-N hydroxyacetaldehyde Natural products OCC=O WGCNASOHLSPBMP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000007641 inkjet printing Methods 0.000 description 1
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 1
- 230000002427 irreversible effect Effects 0.000 description 1
- 239000011244 liquid electrolyte Substances 0.000 description 1
- 238000011068 loading method Methods 0.000 description 1
- 238000003760 magnetic stirring Methods 0.000 description 1
- 238000010907 mechanical stirring Methods 0.000 description 1
- 231100000252 nontoxic Toxicity 0.000 description 1
- 230000003000 nontoxic effect Effects 0.000 description 1
- 239000003921 oil Substances 0.000 description 1
- 239000002985 plastic film Substances 0.000 description 1
- 229920006255 plastic film Polymers 0.000 description 1
- 229920000573 polyethylene Polymers 0.000 description 1
- 229920001155 polypropylene Polymers 0.000 description 1
- 230000035939 shock Effects 0.000 description 1
- 238000010345 tape casting Methods 0.000 description 1
- 229920001169 thermoplastic Polymers 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
- H01M10/052—Li-accumulators
- H01M10/0525—Rocking-chair batteries, i.e. batteries with lithium insertion or intercalation in both electrodes; Lithium-ion batteries
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
- H01M10/056—Accumulators with non-aqueous electrolyte characterised by the materials used as electrolytes, e.g. mixed inorganic/organic electrolytes
- H01M10/0564—Accumulators with non-aqueous electrolyte characterised by the materials used as electrolytes, e.g. mixed inorganic/organic electrolytes the electrolyte being constituted of organic materials only
- H01M10/0565—Polymeric materials, e.g. gel-type or solid-type
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
- H01M10/058—Construction or manufacture
- H01M10/0585—Construction or manufacture of accumulators having only flat construction elements, i.e. flat positive electrodes, flat negative electrodes and flat separators
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/04—Processes of manufacture in general
- H01M4/0402—Methods of deposition of the material
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/13—Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
- H01M4/131—Electrodes based on mixed oxides or hydroxides, or on mixtures of oxides or hydroxides, e.g. LiCoOx
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/13—Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
- H01M4/139—Processes of manufacture
- H01M4/1391—Processes of manufacture of electrodes based on mixed oxides or hydroxides, or on mixtures of oxides or hydroxides, e.g. LiCoOx
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M2220/00—Batteries for particular applications
- H01M2220/30—Batteries in portable systems, e.g. mobile phone, laptop
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Dispersion Chemistry (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Secondary Cells (AREA)
- Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
Abstract
公开一种柔性电池，包括：正极层，包括正极活性物质、导电剂和粘结剂，其中以所述正极层的总重量计所述正极活性物质的质量含量为20～80％、所述导电剂的质量含量为18～78％、粘结剂的质量含量为2～20％；凝胶电解质层；负极层，包括负极活性物质、导电剂和粘结剂，其中以所述负极层的总重量计所述负极活性物质的质量含量为20～80％、所述导电剂的质量含量为18～78％；粘结剂的质量含量为2～20％；及封装层，用于封装所述正极层、所述凝胶电解质层和所述负极层组装的电芯。还公开了该柔性电池的制备方法。本发明的电池结构和制备方法能够减少柔性电池的厚度，提升柔性电池的能量密度和弯曲性能。
Description
技术领域
本发明属于化学电源领域，具体涉及一种超薄柔性电池及其制备方法。
背景技术
随着现代社会电子设备需求的多样化，移动式能源，可穿戴设备已经成为了衔接应用升级和技术革新的关键点。便携式电子设备动力的基础来源于电池，用于柔性电子设备的电池必须具有薄型、柔性特点。因此，发展柔性电子技术必须要发展与之适应的轻薄且柔性的新型电化学储能器件。
传统的二次电池/电容器等储能设备无法直接用于柔性领域，主要原因有：①传统电池中使用的材料大多不具备柔性；②各种组成材料之间的接触程度比较差；③在使用过程中，变形会导致极严重的微结构不可逆变化、器件性能衰退乃至器件失效；④活性物质的装载量低；⑤液体电解质有泄露的危险；⑥封装材料和工作环境有刚性限制。即使是当前获得广泛应用，可以在一定的工艺配合下制造出具有有限弯曲度电池的软包电池，一方面其使用的封装铝塑膜并不具有较大延展性，反复弯曲会造成封装撕裂从而发生电池漏液、失效；另一方面内部以电极为代表的许多材料都不具有柔性，在反复弯曲后活性物质可能会脱落导致电池失效。因此目前软包电池也并不具有反复弯曲后保持性能稳定的能力，也不能适应对柔性有要求的场合。
发明内容
为了克服上述缺陷，本发明提供一种柔性电池及其制备方法。
本发明一方面提供一种柔性电池，一种柔性电池，包括：正极层，包括正极活性物质、导电剂和粘结剂，其中以所述正极层的总重量计所述正极活性物质的质量含量为20～80％、所述导电剂的质量含量为18～78％、粘结剂的质量含量为2～20％；凝胶电解质层；负极层，包括负极活性物质、导电剂和粘结剂，其中以所述负极层的总重量计所述负极活性物质的质量含量为20～80％、所述导电剂的质量含量为18～78％；粘结剂的质量含量为2～20％；及封装层，用于封装所述正极层、所述凝胶电解质层和所述负极层组装的电芯。
根据本发明的一实施方式，所述正极层中所述导电剂的质量含量为40～65％；所述负极层中所述导电剂的质量含量为40～65％。
根据本发明的另一实施方式，所述正极层中的导电剂和/或所述负极层内的导电剂选自金属材料、碳材料、改性陶瓷材料中的一种或多种；优选，所述碳材料选自氧化石墨烯、碳量子点、氧化碳纳米管中的一种或多种。
根据本发明的另一实施方式，所述正极层的厚度为5-300μm、所述凝胶电解质层的厚度为10-300μm，所述负极层的厚度为5-300μm。
根据本发明的另一实施方式，还包括正极极耳和负极极耳，所述正极极耳和/或所述负极极耳由导电剂和粘结剂形成，所述导电剂和所述粘结剂的质量比为。
根据本发明的另一实施方式，所述封装层包括邻近所述电芯的内层及层叠在其外侧的外层，所述内层和所述外层通过粘结剂粘结在一起；所述内层包括乙烯-醋酸乙烯共聚物、厚度为0.1-30μm；所述外层包括聚对苯二甲酸乙二醇酯、厚度为5-100μm。
根据本发明的另一实施方式，所述正极活性物质选自钴酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂、三元材料中的一种或多种；所述负极活性物质选自人造石墨、天然石墨、硅碳负极中的一种或多种。
本发明另一方面提供一种柔性电池的制备方法，包括：将正极活性物质、导电剂和粘结剂混合形成正极浆料，将所述正极浆料涂覆于一封装层内表面形成正极层；将负极活性物质、导电剂和粘结剂混合形成负极浆料，将所述负极浆料涂覆于另一封装层内表面形成负极层；形成凝胶电解质层，并将所述凝胶电解质层置于所述正极层和所述负极层之间，封装，形成柔性电池；其中，所述正极层的总重量计所述正极活性物质的质量含量为20～80％、所述导电剂的质量含量为18～78％、粘结剂的质量含量为2～20％；所述负极层的总重量计所述负极活性物质的质量含量为20～80％、所述导电剂的质量含量为18～78％、粘结剂的质量含量为2～20％。
根据本发明的一实施方式，柔性电池的制备方法还包括：将包括导电剂和粘结剂的浆料涂覆于所述封装层的内表面形成正极极耳和/或负极极耳。
根据本发明的一实施方式，所述正极层的厚度为5-300μm、所述凝胶电解质层的厚度为10-300μm，所述负极层的厚度为5-300μm。
根据本发明的一实施方式，所述封装层包括邻近所述正极层或所述负极层的内层及层叠在其外侧的外层，所述内层和所述外层通过粘结剂粘结在一起；所述内层包括乙烯-醋酸乙烯共聚物、厚度为0.1-30μm；所述外层包括聚对苯二甲酸乙二醇酯、厚度为5-100μm。
本发明的柔性电池正负极层由电极活性物质和导电浆料(包括导电剂和粘结剂)一体化制备，可以取代传统金属集流体上涂覆电极材料的成形方式，有效避免电极材料在柔性电池重复弯折过程中，电极材料颗粒从集流体上脱落，从而导致柔性电池容量快速下降的情况；并且正负极浆料涂覆于封装材料，可以有效避免传统封装过程中极片易滑动导致的正负极片错位的现象。本发明的电池结构和制备方法能够减少柔性电池的厚度，提升柔性电池的能量密度和弯曲性能。更进一步，新型封装材料厚度较小，弯折性好，比重小，可有效提高柔性电池整体的能量密度和弯折性能。
附图说明
通过参照附图详细描述其示例实施方式，本发明的上述和其它特征及优点将变得更加明显。
图1是本发明一实施方式的柔性电池的结构示意图。
其中，附图标记说明如下：
10-封装层；1-外层；2-粘结剂层；3-内层；20-电芯；4-正极层；5-凝胶电解质层；6-负极层；7-导电层
具体实施方式
体现本发明特征与优点的典型实施方式将在以下的说明中详细叙述。应理解的是本发明能够在不同的实施方式上具有各种的变化，其皆不脱离本发明的范围，且其中的说明及图示在本质上是当作说明之用，而非用以限制本发明。
如图1所示，本发明一实施方式提供了一种柔性电池包括正极层4、凝胶电解质层5、负极层6和封装层10。
正极层4包括正极活性物质、导电剂和粘结剂，其中以正极层的总重量计正极活性物质的质量含量为20～80％、导电剂的质量含量为18～78％、粘结剂的质量含量为2～20％。正极层4中正极活性物质的含量小于20％，则活性物质含量极低，电池容量低；大于80％，则正极层中导电剂的含量就会减少从而导致正极导电性能差，电池内阻过大，电池性能差。正极层4中导电剂所起的作用是增加电极层的导电性，从而可以不使用集流体。因此，正极层4中的导电剂含量不能太低，当导电剂的含量低于18％，电极层导电性差，正极层不使用集流体则会导致电池内阻过大、电池性能差的缺陷；导电剂的含量超过78％时，则正极层中活性物质的含量就会减少，则电池容量极低。更优选，正极层4中的导电剂的含量在40～65％。本发明的正极层中含有的导电剂比常规电池的导电剂含量高，因而可以实现不使用集流体，也就是说本发明的正极层所起的作用与常规电池的集流体和正极材料层复合所产生的作用相同；同时正极层中导电剂的含量大也提高了电极的导电性，降低电池内阻，提高电池性能。由于本发明的电池中正极可以不采用集流体，因此本发明的正极层4最薄可以达到5μm，最好不要超过300μm，厚度超过300μm时将会影响电极层的稳定性和电池的柔性。当然，本领域技术人员可以理解，本发明的正极包含集流体也可以实现本发明的发明目的，例如采用柔性集流体。
正极层4的活性物质可以是任何适用作为电池正极的活性物质。可以是，但不限于，钴酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂、三元材料等材料中的一种或多种。导电剂可以是任何适用于正极的导电剂，例如所述导电粉末选自金属材料，碳材料(氧化石墨烯、碳量子点、氧化碳纳米管等)，改性陶瓷材料等中的一种或多种。当导电剂采用金属材料时，本领域技术人员可以根据需要选择不与电池内其他物质发生反应的适当的金属材料。碳材料可以是氧化石墨烯、碳量子点、氧化碳纳米管等。正极层4中除了上述物质外，还可以包括其他任何适用于正极的添加剂，例如阻燃剂等。
凝胶电解质层5作为电池的电解质同时也可以起到隔膜的作用。基于上述作用，本领域技术人员可以根据需要选择合适的凝胶电解质，例如但不限于，P(VDF-TrFE-CFE)/PEO。本发明中凝胶电解质层5的厚度可以为10-300μm。当厚度小于10μm时，则会正负极层会发生微短路，电池失效；当厚度大于300μm，则会电池内阻过大，电池性能差。
负极层6包括负极活性物质、导电剂和粘结剂，其中以负极层的总重量计负极活性物质的质量含量为20～80％、导电剂的质量含量为18～78％、粘结剂的质量含量为2～20％。负极活性物质的含量小于20％，则活性物质含量极低，电池容量低；大于80％，则负极层导电性能差，电池内阻过大，电池性能差。负极层6中导电剂所起的作用是增加电极层的导电性，从而可以不使用集流体。因此，负极层6中的不能太低，导电剂的含量低于18％，电极层导电性差，电极层不使用集流体则会导致电池内阻过大、电池性能差的缺陷；导电剂的含量超过78％时，则电极层中活性物质的含量就会减少，则电池容量极低。更优选，导电剂的含量在40～65％。本发明的负极层6中含有的导电剂比常规电池的导电剂含量高，因而可以实现不使用集流体，也就是说本发明的负极层所起的作用与常规电池的集流体和负极材料层复合所产生的作用相同；同时负极层中导电剂的含量大由于本发明的电池中负极可以不采用集流体，因此本发明的负极层6最薄可以达到5μm，最好不要超过300μm，厚度超过300μm时将会影响电极层的稳定性和电池的柔性。当然，本领域技术人员可以理解，本发明的负极包含集流体也可以实现本发明的发明目的，例如采用柔性集流体。
负极层6的活性物质可以是任何适用作为电池负极的活性物质。可以是，但不限于，人造石墨、天然石墨、硅碳负极等材料中的一种或多种。导电剂可以是任何适用于负极的导电剂，例如所述导电粉末选自金属材料，碳材料(氧化石墨烯、碳量子点、氧化碳纳米管等)，改性陶瓷材料等中的一种或多种。当导电剂采用金属材料时，本领域技术人员可以根据需要选择不与电池内其他物质发生反应的适当的金属材料。碳材料可以是氧化石墨烯、碳量子点、氧化碳纳米管等。负极层6中除了上述物质外，还可以包括其他任何适用于负极的添加剂。
封装层10用于封装正极层、凝胶电解质层和负极层组装的电芯20。封装层10可以是任何适用作为封装层的柔性的高分子材料形成。优选，封装层10包括邻近电芯20的内层3及层叠在其外侧的外层1，内层3和外层1通过粘结剂层2粘结在一起。内层包括乙烯-醋酸乙烯共聚物、厚度为0.1-30μm；外层包括聚对苯二甲酸乙二醇酯、厚度为5-60μm。内层3乙烯-醋酸乙烯共聚物具有良好的缓冲、抗震、隔热、防潮、抗化学腐蚀、防菌防水等优点，且无毒、不吸水。外层1苯二甲酸乙二醇酯薄膜具有良好的气密性和防潮性、机械性能优良，其强韧性是所有热塑性塑料中最好的，抗张强度和抗冲击强度比一般薄膜高；苯二甲酸乙二醇酯薄膜还具有优良的耐热、耐寒性和良好的耐化学药品性和耐油性。粘结剂层2为耐酸碱树脂，优选选乙烯-醋酸乙烯共聚物、乙烯-丙烯酸共聚物、乙烯-丙烯酸甲酯共聚物、马来酸酐或丙烯酸改性的聚乙烯及其共聚物、马来酸酐或丙烯酸改性的聚丙烯及其共聚物、马来酸酐或丙烯酸改性的乙烯-醋酸乙烯共聚物、马来酸酐或丙烯酸改性的乙烯-丙烯酸共聚物、马来酸酐或丙烯酸改性的乙烯-丙烯酸甲酯共聚物中的一种或几种。
柔性电池的极耳可以是导电剂和粘结剂形成的导电层7。将导电剂和粘结剂形成导电浆料，涂覆导电浆料与正极层和/或负极层连接、干燥得到极耳。导电浆料中导电剂和粘结剂的含量可以根据具体的需要选择，即考虑导电层7的导电性能和粘结效果合理选择适当比例的导电剂和粘结剂。正极极耳用于连接电池正极层4与外电路，负极极耳用于连接电池负极层6和外电路。导电层7的厚度可以为5-60μm。
上述柔性电池可以通过如下方式制备：将正极活性物质、导电剂和粘结剂混合形成正极浆料，将正极浆料涂覆于一封装层10内表面形成正极层4；将负极活性物质、导电剂和粘结剂混合形成负极浆料，将负极浆料涂覆于另一封装层10内表面形成负极层6；形成凝胶电解质层5，并将凝胶电解质层5置于正极层4和负极层6之间，封装，形成柔性电池。
正负极浆料还可以包含溶剂，以利于浆料的涂覆。
还可以将导电剂和粘结剂形成浆料，涂覆至封装层10内表面形成导电层7作为正负极极耳。为了便于涂覆，该浆料中也可以根据需要添加或不添加溶剂。
本发明实施例中形成正负极浆料的方式包括但不局限于机械搅拌，磁力搅拌，超声搅拌，真空搅拌，行星球磨等混合方式中的一种或几种方式。
本发明实施例涂布正负极浆料形成正负极层4,6的涂覆操作包括但不限于刮涂，丝网印刷，喷墨打印，网版印刷，柔版印刷，3D打印等涂覆方式的一种或多种。
本发明实施例采用电极活性物质、导电剂和粘结剂混合均匀形成浆料，均匀涂覆于封装层内表面的制备方法，取代传统金属集流体上涂覆电极材料，可以有效避免电极材料在柔性电池重复弯折过程中，电极材料颗粒从集流体上脱落，从而导致柔性电池容量快速下降的情况；电极材料和导电浆料(包括导电剂和粘结剂)一体化涂覆于封装材料，可以有效避免传统封装过程中，极片易滑动，正负极片错位的现象；新型封装材料厚度较小，弯折性好，比重小，可提高柔性电池整体的能量密度和弯折性能。
下面将结合具体实施例对本发明作进一步说明，但不能理解为是对本发明保护范围的限制，该领域的技术人员根据上述本发明的内容对本发明作出的一些非本质的改进和调整，仍属于本发明的保护范围。
实施例1
将质量分数为20％的钴酸锂、质量分数为78％铝粉和质量分数为2％粘结剂采用真空搅拌脱泡混合均匀形成正极浆料。将正极浆料涂覆于封装层内表面，形成正极涂布层。将铝粉和粘结剂按质量比8:2的比例混合形成浆料，将该浆料涂覆在封装层内表面与正极涂布层连接，形成导电涂布层。
将质量分数为20％的钛酸锂、质量分数为78％的铜粉和质量分数为2％的粘结剂混合均匀形成负极浆料。将负极浆料涂覆于封装层内表面，形成负极涂布层。将铜粉和粘结剂按质量比8:2的比例混合形成浆料，将该浆料涂覆在封装层内表面与负极涂布层连接，形成导电涂布层。
在真空环境下对正极涂布层、负极涂布层和导电涂布层烘干12h，得到厚度为260μm正极层，负极层和厚度为60μm导电层。
封装层由内而外依次为乙烯-醋酸乙烯共聚物、耐酸碱树脂、聚对苯二甲酸乙二醇酯。其中，所述乙烯-醋酸乙烯共聚物厚度为5μm，聚对苯二甲酸乙二醇酯厚度为80μm。在正极层和负极层间加入100μm的凝胶电解质层P(VDF-TrFE-CFE)/PEO，组成柔性电池芯，用封装层将柔性电池芯封装，并保持正负极导电层外露，即可得到柔性电池。
实施例2
将质量分数为48％钴酸锂、质量分数为47％的铝粉和质量分数为5％的粘结剂采用真空搅拌脱泡混合均匀形成正极浆料。将正极浆料涂覆于封装层内表面，形成正极涂布层。将铝粉和粘结剂按质量比8:2的比例混合形成浆料，将该浆料涂覆在封装层内表面与正极涂布层连接，形成导电涂布层。
将质量分数为48％的钛酸锂质量分数为47％的铜粉和质量分数为5％的粘结剂混合均匀形成负极浆料。将负极浆料涂覆于封装层内表面，形成负极涂布层。将铜粉和粘结剂按质量比8:2的比例混合形成浆料，将该浆料涂覆在封装层内表面与负极涂布层连接，形成导电涂布层。
在真空环境下对正极涂布层、负极涂布层和导电涂布层烘干12h，得到厚度为100μm正极，负极层和厚度为30μm导电层。
封装层由内而外依次为乙烯-醋酸乙烯共聚物、耐酸碱树脂、聚对苯二甲酸乙二醇酯。其中，所述乙烯-醋酸乙烯共聚物厚度为20μm，聚对苯二甲酸乙二醇酯厚度为50μm。
在正极层和负极层间加入100μm的凝胶电解质层P(VDF-TrFE-CFE)/PEO，组成柔性电池芯，用封装层将柔性电池芯封装，并保持正负极导电层外露，即可得到柔性电池。
实施例3
将质量分数为70％钴酸锂、质量分数为18％的铝粉和质量分数为12％的粘结剂采用真空搅拌脱泡混合均匀形成正极浆料。将正极浆料涂覆于封装层内表面，形成正极涂布层。将铝粉和粘结剂按质量比8:2的比例混合形成浆料，将该浆料涂覆在封装层内表面与正极涂布层连接，形成导电涂布层。
将质量分数为70％的钛酸锂、质量分数为18％的铜粉和质量分数为12％的粘结剂混合均匀形成负极浆料。将负极浆料涂覆于封装层内表面，形成负极涂布层。将铜粉和粘结剂按质量比8:2的比例混合形成浆料，将该浆料涂覆在封装层内表面与负极涂布层连接，形成导电涂布层。
在真空环境下对正极涂布层、负极涂布层和导电涂布层烘干10h，得到厚度为50μm正极，负极层和厚度为5μm导电层。
封装层由内而外依次为乙烯-醋酸乙烯共聚物、耐酸碱树脂、聚对苯二甲酸乙二醇酯。其中，所述乙烯-醋酸乙烯共聚物厚度为30μm，聚对苯二甲酸乙二醇酯厚度为20μm。
在正极层和负极层间加入100μm的凝胶电解质层P(VDF-TrFE-CFE)/PEO，组成柔性电池芯，用封装层将柔性电池芯封装，并保持正负极导电层外露，即可得到柔性电池。
将实施例1-3得到的柔性电池进行多次弯曲试验，并将弯曲次数与对应的电池外观变化列在表1中。
表1弯曲次数与外观变化
从表1可以看出，实施例1-3制得的柔性电池经过500次弯折，甚至在弯曲五万次后，仍不会变形，电池弯曲性能明显提升。
对经过500次弯折后的实施例1-3的柔性锂离子电池进行1C倍率充放电在循环100次后，仍可以稳定的充放电，表现出良好的充放电性能。
以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。
Claims (10)
1.一种柔性电池，其特征在于，包括：
正极层，包括正极活性物质、导电剂和粘结剂，其中以所述正极层的总重量计所述正极活性物质的质量含量为20～80％、所述导电剂的质量含量为18～78％、粘结剂的质量含量为2～20％；优选，所述正极层中所述导电剂的质量含量为40～65％；
凝胶电解质层；
负极层，包括负极活性物质、导电剂和粘结剂，其中以所述负极层的总重量计所述负极活性物质的质量含量为20～80％、所述导电剂的质量含量为18～78％；粘结剂的质量含量为2～20％；优选，所述负极层中所述导电剂的质量含量为40～65％；
及封装层，用于封装所述正极层、所述凝胶电解质层和所述负极层组装的电芯。
2.根据权利要求1所述的柔性电池，其特征在于，所述正极层中的导电剂和/或所述负极层内的导电剂选自金属材料、碳材料、改性陶瓷材料中的一种或多种；优选，所述碳材料选自氧化石墨烯、碳量子点、氧化碳纳米管中的一种或多种。
3.根据权利要求1所述的柔性电池，其特征在于，所述正极层的厚度为5-300μm、所述凝胶电解质层的厚度为10-300μm，所述负极层的厚度为5-300μm。
4.根据权利要求1所述的柔性电池，其特征在于，还包括正极极耳和负极极耳，所述正极极耳和/或所述负极极耳包括导电剂和粘结剂。
5.根据权利要求1所述的柔性电池，其特征在于，所述封装层包括邻近所述电芯的内层及层叠在其外侧的外层，所述内层和所述外层通过粘结剂粘结在一起；所述内层包括乙烯-醋酸乙烯共聚物、厚度为0.1-30μm；所述外层包括聚对苯二甲酸乙二醇酯、厚度为5-100μm。
6.根据权利要求1所述的柔性电池，其特征在于，所述正极活性物质选自钴酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂、三元材料中的一种或多种；所述负极活性物质选自人造石墨、天然石墨、硅碳负极中的一种或多种。
7.一种柔性电池的制备方法，其特征在于，包括：
将正极活性物质、导电剂和粘结剂混合形成正极浆料，将所述正极浆料涂覆于一封装层内表面形成正极层；
将负极活性物质、导电剂和粘结剂混合形成负极浆料，将所述负极浆料涂覆于另一封装层内表面形成负极层；
形成凝胶电解质层，并将所述凝胶电解质层置于所述正极层和所述负极层之间，封装，形成柔性电池；
其中，所述正极层的总重量计所述正极活性物质的质量含量为20～80％、所述导电剂的质量含量为18～78％、粘结剂的质量含量为2～20％；所述负极层的总重量计所述负极活性物质的质量含量为20～80％、所述导电剂的质量含量为18～78％、粘结剂的质量含量为2～20％。
8.根据权利要求7所述的柔性电池的制备方法，其特征在于，还包括：
将包括导电剂和粘结剂的浆料涂覆于所述封装层的内表面形成正极极耳和/或负极极耳。
9.根据权利要求7所述的柔性电池的制备方法，其特征在于，所述正极层的厚度为5-300μm、所述凝胶电解质层的厚度为10-300μm，所述负极层的厚度为5-300μm。
10.根据权利要求7所述的柔性电池的制备方法，其特征在于，所述封装层包括邻近所述正极层或所述负极层的内层及层叠在其外侧的外层，所述内层和所述外层通过粘结剂粘结在一起；所述内层包括乙烯-醋酸乙烯共聚物、厚度为0.1-30μm；所述外层包括聚对苯二甲酸乙二醇酯、厚度为5-100μm。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202010211135.8A CN113451545A (zh) | 2020-03-24 | 2020-03-24 | 柔性电池及其制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202010211135.8A CN113451545A (zh) | 2020-03-24 | 2020-03-24 | 柔性电池及其制备方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN113451545A true CN113451545A (zh) | 2021-09-28 |
Family
ID=77806340
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202010211135.8A Pending CN113451545A (zh) | 2020-03-24 | 2020-03-24 | 柔性电池及其制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN113451545A (zh) |
Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101663788A (zh) * | 2007-02-16 | 2010-03-03 | 那米克斯公司 | 锂离子二次电池以及其制造方法 |
| CN104170125A (zh) * | 2012-02-28 | 2014-11-26 | 弗劳恩霍夫应用研究促进协会 | 用于含锂电池的阴极和其无溶剂生产工艺 |
| CN106159197A (zh) * | 2016-09-30 | 2016-11-23 | 上海空间电源研究所 | 一种柔性一体化薄膜电极及其制备方法 |
| CN106229556A (zh) * | 2016-09-05 | 2016-12-14 | 南方科技大学 | 柔性电池及柔性电池的制备方法 |
| CN106252659A (zh) * | 2016-09-30 | 2016-12-21 | 上海空间电源研究所 | 柔性一体化薄膜锂硫或锂离子电池电芯、电池及制备方法 |
| CN107369811A (zh) * | 2017-08-21 | 2017-11-21 | 柔电（武汉）科技有限公司 | 一种柔性极片的制备方法 |
| CN109088104A (zh) * | 2018-08-06 | 2018-12-25 | 汉能移动能源控股集团有限公司 | 柔性固态电池及其制备方法 |
| CN109360939A (zh) * | 2018-09-13 | 2019-02-19 | 南昌大学 | 一种锂离子电池用的柔性无集流体薄膜极片制备方法 |
-
2020
- 2020-03-24 CN CN202010211135.8A patent/CN113451545A/zh active Pending
Patent Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101663788A (zh) * | 2007-02-16 | 2010-03-03 | 那米克斯公司 | 锂离子二次电池以及其制造方法 |
| CN104170125A (zh) * | 2012-02-28 | 2014-11-26 | 弗劳恩霍夫应用研究促进协会 | 用于含锂电池的阴极和其无溶剂生产工艺 |
| CN106229556A (zh) * | 2016-09-05 | 2016-12-14 | 南方科技大学 | 柔性电池及柔性电池的制备方法 |
| CN106159197A (zh) * | 2016-09-30 | 2016-11-23 | 上海空间电源研究所 | 一种柔性一体化薄膜电极及其制备方法 |
| CN106252659A (zh) * | 2016-09-30 | 2016-12-21 | 上海空间电源研究所 | 柔性一体化薄膜锂硫或锂离子电池电芯、电池及制备方法 |
| CN107369811A (zh) * | 2017-08-21 | 2017-11-21 | 柔电（武汉）科技有限公司 | 一种柔性极片的制备方法 |
| CN109088104A (zh) * | 2018-08-06 | 2018-12-25 | 汉能移动能源控股集团有限公司 | 柔性固态电池及其制备方法 |
| CN109360939A (zh) * | 2018-09-13 | 2019-02-19 | 南昌大学 | 一种锂离子电池用的柔性无集流体薄膜极片制备方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR100358309B1 (ko) | 비수전해액 이차전지 및 그 음극 | |
| CN102959773B (zh) | 具有优异粘合性的用于二次电池的粘合剂 | |
| JP6704295B2 (ja) | 全固体リチウム二次電池及びその製造方法 | |
| CN105336943A (zh) | 一种基于镍锰酸锂与钛酸锂构成的锂电池及其制备方法 | |
| CN113594408B (zh) | 负极片及电池 | |
| CN102725890A (zh) | 用于二次电池的提供优异的粘合强度和循环性能的粘合剂 | |
| CN105226256A (zh) | 用于钛酸锂电池的改性阴极材料及钛酸锂电池 | |
| CN101127397A (zh) | 阳极和电池 | |
| CN105428636A (zh) | 一种基于钛酸锂的锂离子电池负极材料及其制备方法 | |
| CN108140912A (zh) | 包含具有多孔结构的冷却/缓冲部件的电池模组 | |
| CN111435757A (zh) | 复合聚合物电解质及其制备方法和锂电池 | |
| CN110233241A (zh) | 快充型锂离子电池 | |
| JP7246196B2 (ja) | 全固体リチウム二次電池 | |
| CN113285056A (zh) | 一种正极片及电池 | |
| JP2017037748A (ja) | リチウムイオン二次電池用負極及びそれを用いたリチウムイオン二次電池 | |
| CN113206211A (zh) | 非水电解液蓄电装置和非水电解液蓄电装置的制造方法 | |
| CN104916849B (zh) | 一种柔性器件及其制备方法 | |
| CN113451545A (zh) | 柔性电池及其制备方法 | |
| CN113782705B (zh) | 锂离子电池的正极片及其制备方法、锂离子电池 | |
| CN111509189A (zh) | 一种正极极片及锂离子电池 | |
| CN114927749A (zh) | 一种高性能聚合物/无机陶瓷复合固态电解质的制备方法 | |
| CN102569942A (zh) | 导电增强材料、负电极材料层、负电极及电池 | |
| CN112002935A (zh) | 一种锂离子电池及其制作方法 | |
| CN110635139A (zh) | 铜集流体及其制备方法、负电极以及二次电池 | |
| CN113644311B (zh) | 一种低温可充电的离子电池和应用 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20210928 |
|
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |