CN113707836A - 柔性电池及其斑马纹状电极和制作方法 - Google Patents

柔性电池及其斑马纹状电极和制作方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种柔性电池及其斑马纹状电极和制作方法，通过间歇式转移涂布或横/竖条纹挤压涂布等涂布方式在金属箔的单面或双面涂布电极活性材料而制得斑马纹状电极，电极形状简单，而且制作过程方便简易，从而减少制程过程的污染，有利于增强电池一致性；将该斑马纹状电极用作柔性电池的正、负极片，正、负极片上的涂布留白处作为柔性电池的弯曲点，从而彻底解决柔性电池弯曲点处电极活性材料和金属箔分离产生的各种问题，而且在柔性电池的凹凸连接过渡处涂覆或粘贴有可以减小弯曲过程应力的应力缓冲材料，在柔性电池弯曲过程，减少了凹凸连接过渡处存在的应力，同时也有效避免电极活性材料与金属箔剥离脱落，大大延长柔性电池的使用寿命。

Description

柔性电池及其斑马纹状电极和制作方法
技术领域
本发明属于柔性电池技术领域，具体涉及一种柔性电池及其斑马纹状电极和该斑马纹状电极的制作方法。
背景技术
随着电子技术的不断发展，便携式电子设备逐渐朝着轻便化方向发展，因此拥有高柔性、轻薄、便携、可植入、可穿戴等特点的柔性电子器件如智能手表(环)、AR眼镜、VR眼镜、柔性平板、手机、健康医疗产品等广受不同行业和大众消费者的青睐。
柔性电池作为柔性电子器件的储能器件受到越来越多的科研工作者的关注，但柔性电池在弯曲受力过程中,由传统的浆料涂覆方法制成的极片在弯曲处电极材料可能与集流体分离，从而导致柔性电池循环稳定性差、内阻增加甚至短路等问题。另外，具有多个小单元结构的柔性池在弯曲过程中，单元之间交接处应力较大，容易造成该处极片、封装材料等破裂。为了实现柔性电池在保持高能量密度优势的同时具有弯曲等机械稳定性、较长的使用寿命，业内工作者在电极材料本身、电池结构、电池薄膜化等方面做了很多探索，但结果不尽人意。
如公开号CN106207195B，名称为“一种叠片式柔性电池及其制作方法”，其公开了一种叠片式柔性电池及其制作方法，(1)冲切出正极载流体；正极载流体包括两个以上的正极载流片、正极连接片和正极极耳焊接片，相邻正极载流片之间通过正极连接片串联；(2)冲切出负极载流体；负极载流体包括两个以上的负极载流片、负极连接片和负极极耳焊接片，相邻负极载流片之间通过负极连接片串联；(3)在正极载流片的表面涂覆正极材料，在负极载流片的表面涂覆负极材料；(4)利用叠片工艺将正极载流体、负极载流体和隔膜层叠形成电芯，正极载流片与负极载流片的层叠位置重合，相互重叠的正极载流片和负极载流片组成电芯单体；(5)将电芯放入铝塑膜中进行封装。该方法需要将涂布极片模切成所需形状，极片复杂，至少由两个载流片和连接片构成，连接片和载流片尺寸不一，裁切复杂，容易出现毛刺等制程不良，最终影响电池成品率；而且通过角封减小了凹处不平整带来的铝塑膜易坏的风险，但是凹凸过渡处在弯折过程所受应力没有考虑。
发明内容
针对上述的不足，本发明目的在于，提供一种柔性电池及其斑马纹状电极和制作方法。
为实现上述目的，本发明所提供的技术方案是：
一种斑马纹状电极，其包括金属箔，在同一片金属箔表面上相间排列有单元区域和间歇区域，所述单元区域上涂覆有电极活性材料。单元区域涂覆有电极活性材料提供电池的能量密度，间歇区域为空白，没有材料涂覆，作为柔性电池弯曲点。
一种斑马纹状电极制作方法，通过间歇式转移涂布或横/竖条纹挤压涂布等方式在金属箔的单面或双面涂布电极活性材料，涂布有电极活性材料的位置形成单元区域，而空白位置形成间歇区域。相邻两单元区域之间的间隔为5～20mm，相邻两间歇区域之间的间隔为5～15mm。通过控制涂布过程获得斑马纹状电极，涂布留白处作为电池的弯曲点，从而彻底解决柔性电池弯曲点处电极材料和箔材分离产生的各种问题。另外，根据柔性电池应用场景，选择合适的涂布参数、极片尺寸、极片数量等参数，可以设计得到具有最佳的柔性和最合适的能量密度的电池。
一种正极片，其采用上述的斑马纹状电极制作方法制得。
一种负极片，其采用上述的斑马纹状电极制作方法制得。
一种柔性电池，其包括电极组装体和外包装材料，所述外包装材料可以根据电极组装体形状选择单面冲壳或双面冲壳两种形式。所述电极组装体包括隔膜、极耳以及采用上述的斑马纹状电极制作方法制得的正极片和负极片。所述隔膜厚度为10～50μm，优选为双面涂胶的多层隔膜，可以和正、负极片很好地粘合在一起。将正极片、隔膜、负极片和极耳按传统电池叠片方式制成凹凸相间的电极组装体，即所述电极组装体外形对应正极片和负极片的单元区域具有凸起部。电极组装体的凸起部提供电池的能量密度，凹的部分没有电极活性材料涂覆，作为电池弯曲点。将电极组装体用具有相同凹凸结构的外包装材料封装制备成柔性电池。
所述电极组装体外形对应正极片和负极片的间歇区域具有凹陷部，该凹陷部和凸起部之间的连接过渡处设有应力缓冲材料。该应力缓冲材料优选为具有粘结性、固化后具有弹性的高分子弹性材料，如高分子弹性胶或PI等胶带。
或者所述凹陷部没有应力缓冲材料。这时，所述外包装材料对应所述凸起部和凹陷部位置相应形成外凸部和外凹部，然后在该外凹部和外凸部之间的连接过渡处设有应力缓冲材料。该应力缓冲材料优选为具有弹性的橡胶或纤维材料。
通过在凹陷部和凸起部或外凹部和外凸部之间的连接过渡处上涂覆或粘贴应力缓冲材料，能减小柔性电池在弯曲过程弯曲处和具有单元的柔性电池单元交接处的应力，利于延长柔性电池的使用寿命。
本发明的有益效果为：本发明通过间歇式转移涂布或横/竖条纹挤压涂布等涂布方式在金属箔的单面或双面涂布电极活性材料而制得斑马纹状电极；只需通过控制涂布方式即能获得所需斑马纹状电极，电极外形简单，而且制作过程方便简易，从而减少制程过程的污染，有利于增强电池一致性；将该斑马纹状电极用作柔性电池的正、负极片，正、负极片上的涂布留白处作为柔性电池的弯曲点，从而彻底解决柔性电池弯曲点处电极活性材料和金属箔分离产生的各种问题，而且在柔性电池的凹凸连接过渡处涂覆或粘贴有可以缓解弯曲过程应力的应力缓冲材料，在柔性电池弯曲过程，减小了凹凸连接过渡处存在的应力，同时也可有效避免电极活性材料与金属箔剥离脱落，大大延长柔性电池的使用寿命。
下面结合附图和实施例，对本发明作进一步说明。
附图说明
图1是本发明实施例1中柔性电池的立体图。
图2是本发明实施例1中柔性电池整体构造图。
图3是本发明实施例1中电极组装体的组成示意图。
图4是本发明实施例1中斑马纹状电极的结构示意图。
图5是本发明实施例2中应力缓冲材料所处的位置及外形呈现方案。
图6是本发明实施例3中应力缓冲材料所处的位置及外形呈现方案。
图7为本发明中外包装材料单面冲壳时正反面冲壳示意图。
图8为本发明中外包装材料双面冲壳时正反面冲壳示意图。
图9为本发明实施例1中柔性电池实物图。
具体实施方式
实施例1：
本实施例提供了一种柔性电池，参见图1，该柔性电池100可以为单面或双面冲壳结构。图1中的1A为单面外包装材料冲壳方式获得。图1中的1B为双面外包装材料冲壳方式获得。
参见图2，柔性电池100包括外包装材料110和电极组装体120。参见图3，所述电极组装体120由正极片121、隔膜122、负极片123和极耳124构成。所述隔膜优选为多层隔膜，可以是PP/PE/PP隔膜、PVDF/PP隔膜、PMMA涂覆隔膜、PAA涂覆隔膜、陶瓷涂覆隔膜等。
本实施例中，采用竖条纹挤压涂布方式在金属箔的一表面涂布电极活性材料，涂布有电极活性材料的位置形成单元区域，而空白位置形成间歇区域。参见图4，相邻两单元区域之间的间隔b为5～20mm，相邻两间歇区域之间的间隔a为5～15mm。其它实施例中，也可采用间歇式转移涂布或横条纹挤压涂布方式实现。图4中的4A为斑马纹状电极的整体效果图，图4中的4B、4C分别为单、双面涂布制得的斑马纹状电极局部放大图。
当需制得正极片时，以金属箔选用铝箔为例，采用竖条纹挤压涂布方式在在铝箔上涂布正极活性材料。
当需制得负极片时，以金属箔选用铜箔为例，采用竖条纹挤压涂布方式在在铜箔上涂布负极活性材料。
如图3所示。将正极片121、隔膜122和负极片123按传统叠片电池制程方式得到电极组装体120。所述电极组装体120具有凹凸相间的形状。即所述电极组装体120外形对应正极片和负极片的间歇区域具有凹陷部。
所述柔性电池的外包装材料110为铝塑膜，将铝塑膜根据电极组装体120的凹凸结构进行相同样式的单面或双面冲壳,具体成品结构参见图1。
参见图8，这里定义A面为正面铝塑膜，B面为反面铝塑膜，图8中上面为极耳端，下面为电池底端。A面中的阴影部分为气袋位置，气袋200长度等于第一个单元区域和最后一个单元区域的距离，保证热压化成过程产生的气体可以快速有效地进入气袋200。电池底端留有较多的铝塑膜，在终封过程，先裁去气袋进行气袋侧的侧封(不抽真空)，然后再裁去电池底端多余铝塑膜进行负压封装，这种终封方法可以达到更好地密封电池的效果。另外，铝塑膜冲壳方式还可以如图7所示进行单面冲壳。
终封前，电池需要在和电池具有相吻合的凹凸结构的热压化成模具下进行热压化成，温度设定40-95℃，压力设定0.2-0.8MP。终封后，得到了可以进行电化学性能测试的柔性电池，图9为本发明实施例1制得的具有两层双面正极极片、铝塑膜单面冲壳的柔性电池。
实施例2：
本实施例2提供了一种柔性电池，其按照实施例1的方法制得。包括外包装材料110、电极组装体120和应力缓冲材料130。相对于实施例1，区别点在于，在所述凹陷部和凸起部之间的连接过渡处涂覆或粘贴应力缓冲材料。应力缓冲材料所处的位置及外形呈现包括但不限于图5所示Ⅰ-Ⅵ六种方案，该应力缓冲材料优选为具有粘结性、固化后具有弹性的高分子弹性胶或PI等胶带。最后用铝塑膜对电极组装体120进行封装，制得柔性电池。由于在所述凹陷部和凸起部之间的连接过渡处涂覆或粘贴应力缓冲材料，可以通过应力缓冲材料来减小柔性电池单元交接处的应力，延长使用寿命。
实施例3：
本实施例3提供了一种柔性电池，其按照实施例1的方法制得。包括外包装材料110、电极组装体120和应力缓冲材料130。相对于实施例2，在所述凹陷部没有应力缓冲材料。由于该凹陷部没有应力缓冲材料，在封装外包装材料110后，所述外包装材料对应所述凸起部和凹陷部位置相应形成外凸部和外凹部，然后在该外凹部和外凸部之间的连接过渡处涂覆或粘贴应力缓冲材料。应力缓冲材料所处的位置及外形呈现包括但不限于图6所示Ⅰ-Ⅵ六种方案，该应力缓冲材料优选为具有弹性的橡胶或纤维材料。由于在外凹部和外凸部之间的连接过渡处涂覆或粘贴应力缓冲材料，可以通过应力缓冲材料来减小柔性电池在弯曲过程弯曲处的应力，延长使用寿命。
上述实施例1-3仅为本发明较好的实施方式，本发明不能一一列举出全部的实施方式，凡采用上述实施例之一的技术方案，或根据上述实施例所做的等同变化，均在本发明保护范围内。
根据上述说明书的揭示和教导，本发明所属领域的技术人员还可以对上述实施方式进行变更和修改。因此，本发明并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对本发明的一些修改和变更也应当落入本发明的权利要求的保护范围内。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本发明构成任何限制。如本发明上述实施例所述，采用与其相同或相似方法及组分而得到的其他电池、电极及其制作方法，均在本发明保护范围内。

Claims (10)

1.一种斑马纹状电极，其包括金属箔，其特征在于，在同一片金属箔表面上相间排列有单元区域和间歇区域，所述单元区域上涂覆有电极活性材料。
2.根据权利要求1所述的斑马纹状电极，其特征在于，相邻两单元区域之间的间隔为5～20mm。
3.根据权利要求1所述的斑马纹状电极，其特征在于，相邻两间歇区域之间的间隔为5～15mm。
4.一种斑马纹状电极制作方法，其特征在于，通过间歇式转移涂布或横/竖条纹挤压涂布方式在金属箔的单面或双面涂布电极活性材料，涂布有电极活性材料的位置形成单元区域，而空白位置形成间歇区域，相邻两单元区域之间的间隔为5～20mm，相邻两间歇区域之间的间隔为5～15mm。
5.一种正极片，其特征在于，其采用权利要求4所述的斑马纹状电极制作方法制得。
6.一种负极片，其特征在于，其采用权利要求4所述的斑马纹状电极制作方法制得。
7.一种柔性电池，其包括电极组装体和外包装材料，其特征在于，所述电极组装体包括隔膜、极耳、权利要求5所述的正极片和权利要求6所述的负极片，所述电极组装体外形对应正极片和负极片的单元区域具有凸起部，该电极组装体外形对应正极片和负极片的间歇区域具有凹陷部。
8.根据权利要求7所述的柔性电池，其特征在于，所述凹陷部和凸起部之间的连接过渡处设有应力缓冲材料，该应力缓冲材料为具有粘结性、固化后具有弹性的高分子弹性材料。
9.根据权利要求7所述的柔性电池，其特征在于，所述外包装材料对应所述凸起部和凹陷部位置相应形成外凸部和外凹部，该外凹部和外凸部之间的连接过渡处设有应力缓冲材料，该应力缓冲材料为具有弹性的橡胶或纤维材料。
10.根据权利要求7所述的柔性电池，其特征在于，所述隔膜的厚度为10～50μm。
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