CN113745627A - 柔性电池及其折叠电芯和制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种柔性电池及其折叠电芯和制作方法,通过间歇式或横/竖条纹挤压涂布方式在正、负极箔材上涂布电极材料,其中涂布有电极材料的位置形成单元区域,而空白位置形成间歇区域,然后对单元区域进行折叠或卷绕制成折叠电芯,制作方便,节省去传统模切工序,一体性好,封装方便;将折叠电芯封装成柔性电池,柔性电池中折叠或卷绕部分形成厚度较厚的储能单元作为能量储存点,保证电池能量密度,而柔性电池中厚度较薄的柔性单元作为电池弯曲点来提供电池柔性,确保柔性电池同时具有较好的柔性和能量密度。另外柔性电池还加设有缓冲结构,可以固定单元、减小间歇单元交界处应力,利于包膜整形封装,确保产品质量。
Description
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折叠电芯和制作方法。
背景技术
近些年来,柔性电子技术作为一种新兴技术,引起了世界范围内的广泛关注,越来越多的柔性电子器件开始涌现出来,如柔性电子显示器、有机发光二极管OLED、印刷RFID、柔性健康医疗产品等。这给他们的能源供给器件提供了广阔的发展空间。
柔性电池在使用过程中需要在一定的弯折半径范围内可以实现反复的弯折而不会失效,业内人士在柔性电池的电极材料本身、电池结构、电池薄膜化等方面做了很多探索,一些电池材料能在一定程度上减少弯曲处材料脱落的问题,但不能从根本上解决问题;电池薄膜化又大大限制了电池的容量;结构的改进减小了电池的能量密度,还在一定程度上影响了电池的柔性。
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。该方法需要通过模切等方式来获得所需规则或不规则形状的极片,在模切过程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,增加电芯制成、封装难度。
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折叠电芯和制作方法。
为实现上述目的,本发明所提供的技术方案是:
一种折叠电芯,其包括依次叠置的正极片、隔膜和负极片,所述正极片包括正极箔材及间歇涂布在该正极箔材上的电极材料;所述负极片包括负极箔材及间歇涂布在该负极箔材上的电极材料;其中所述正极箔材和负极箔材涂布有电极材料的部分形成单元区域,未涂布空白的部分形成间歇区域,对单元区域进行折叠或卷绕形成储能单元,相邻两储能单元之间的间歇区域形成柔性单元,该柔性单元和储能单元为一体连接结构。
作为本发明的一种优选方案,所述柔性单元和储能单元连接过渡处设有内缓冲材料形成内缓冲层,有效减少弯曲应力集中。
作为本发明的一种优选方案,在所述正极箔材的表面上涂有碳等可以增强正极材料与正极箔材粘结性的材料,形成厚度为1~5μm的增粘涂层。
作为本发明的一种优选方案,在所述负极箔材的内表面上涂有碳等可以增强负极材料与负极箔材粘结性的材料,形成厚度为1~5μm的增粘涂层;在负极箔材的外表面上涂覆具有粘结性的高分子材料,如PVDF、SBR等,厚度为1-5μm。
作为本发明的一种优选方案,所述正极片的数量为一片,所述负极片的数量为两片,所述隔膜的数量为两片,所述负极片、隔膜、正极片、隔膜和负极片依次叠置,提升电池容量。
作为本发明的一种优选方案,所述正极箔材上的电极材料与所述负极箔材上的电极材料相对正,确保单元区域和间歇区域能明显区分。
作为本发明的一种优选方案,所述储能单元的横截面外形轮廓可以呈圆形、三角形、正方形、长方形、梯形、椭圆形和棱形等等,以满足具体使用需求。
一种折叠电芯制作方法,通过间歇式转移涂布或横/竖条纹挤压涂布方式在正、负极箔材上涂布电极材料相应制得正极片和负极片,其中正、负极箔材涂布有电极材料的位置形成单元区域,而空白位置形成间歇区域,将正极片、隔膜和负极片依次叠置形成正负极片组,对应各个单元区域的位置分别对正负极片组进行折叠或卷绕以形成多个储能单元,而相邻两储能单元之间的间歇区域形成柔性单元,用于弯曲。
一种柔性电池,其包括上述的折叠电芯和将该折叠电芯包裹的包膜。由于折叠电芯上具有厚度较厚的储能单元和厚度较薄的柔性单元,厚度较薄的柔性单元作为柔性电池弯曲点。在包膜包裹时,该包膜对应所述储能单元和柔性单元位置相应形成凸起部和凹陷部,该外凹部和外凸部之间的连接过渡处设有外缓冲材料形成外缓冲层。所述外缓冲材料为具有粘结性、固化后具有弹性的高分子弹性胶,或者成品硅胶,橡胶,纤维材料或其他发泡材料。
本发明的有益效果为:通过间歇式转移涂布或横/竖条纹挤压涂布方式在正、负极箔材上涂布电极材料相应制得正极片和负极片,其中涂布有电极材料的位置形成单元区域,而空白位置形成间歇区域,然后对单元区域进行折叠或卷绕制成一体连接结构的折叠电芯,制作方便,封装方便;折叠或卷绕部分形成厚度较厚的储能单元,作为能量储存点,保证电池能量密度,而其余空白无电极材料的部分形成厚度较薄的柔性单元,作为电池弯曲点来承担电池形变产生的应力,提供电池柔性,所制得的折叠电芯一体性好,节省去传统模切工序,制程简单,减少了毛刺等制程不良现象,而且还在柔性单元和储能单元连接过渡处设有内缓冲层,起到固定单元、减小各单元交界处应力和利于包膜整形封装的作用,并且可以减少因电池弯曲而导致包膜损坏、漏液现象;将折叠电芯封装成柔性电池,将折叠电芯中折叠或卷绕部分作为能量储存点,保证电池能量密度,而厚度较薄的间歇区域作为电池弯曲点来提供电池柔性,确保柔性电池同时具有较好的柔性和能量密度。在柔性电池的包膜的外凹部和外凸部之间的连接过渡处设有外缓冲层,有效减少柔性电池在弯曲过程的应力集中,延长使用寿命。实际应用中,根据柔性电池应用场景,选择合适的储能单元、柔性单元尺寸,以达到最佳的柔性和最合适的能量密度,从而达到最佳的经济效益。
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中折叠电芯的结构示意图。
图3是图2中局部A的结构放大示意图。
图4是本发明实施例1中单元区域的折叠结构示意图。
图5是本发明实施例1中内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1中外缓冲材料所处的位置及外形呈现方案。
图7是本发明实施例2中单元区域的卷绕结构示意图。
具体实施方式
实施例1:
本实施例提供了一种柔性电池1,包括折叠电芯10、包裹所述折叠电芯的包膜20和外缓冲层310。
所述折叠电芯10由多个凸起的储能单元100和多个凹下的柔性单元110相间排列一体连接而成。即相邻两储能单元100之间为柔性单元110,相邻两柔性单元110之间为储能单元100。具体的,通过间歇式转移涂布、横条纹挤压涂布或竖条纹挤压涂布方式在正极箔材和负极箔材上涂布电极材料相应制得正极片和负极片。其中正极箔材和负极箔材涂布有电极材料的位置形成单元区域,而空白未涂布位置形成间歇区域,所述正极箔材上的电极材料的位置与所述负极箔材上的电极材料的位置相对正,确保单元区域和间歇区域能明显区分。将正极片、隔膜和负极片依次叠置形成正负极片组,对应各个单元区域的位置分别对正负极片组进行折叠或卷绕以形成多个储能单元100,而相邻两储能单元100之间的间歇区域形成柔性单元110。本实施例中,所述折叠电芯10包括一层正极片、两层负极片和两层隔膜103组成,所述负极片、隔膜103、正极片、隔膜103和负极片依次叠置。储能单元100和柔性单元110均由相同层数,且为相同的正极箔材105、负极箔材101和隔膜103组成,为一体连接的整体结构,区别在于是否在正、负极箔材101上涂布电极材料。电极材料包括正极材料104和负极材料102,而负极材料102涂于负极箔材101上,正极材料104涂于正极箔材105上。具体的,在所述正极箔材105的表面上涂有碳等可以增强正极材料与正极箔材粘结性的材料,形成厚度为1~5μm的第一增粘涂层。在所述负极箔材101的内表面上涂有碳等可以增强负极材料与负极箔材粘结性的材料,形成厚度为1~5μm的第二增粘涂层;在负极箔材的外表面上涂覆具有粘结性的高分子材料形成第三增粘涂层,如PVDF、PVA等高分子材料,第三增粘涂层的厚度为1-5μm。
所述储能单元100通过对单元区域进行折叠获得,图4中Ⅰ-Ⅲ为单元区域的三种折叠方式,需要指出的是,本发明实施例并不限于这些列举的折叠方式,其它任何适于极片折叠的方式均可以作为本发明的合理扩展。在电池设计过程中,折叠次数可以根据电池容量和应用场合进行选择,以满足具体使用需求。
所述柔性单元110包括空白未涂布电极材料的正、负极片和隔膜,即相当于是正、负极箔材和隔膜,柔性单元110和储能单元100的宽度尺寸可以根据电池容量和应用场合进行设计。
较佳的,还增设有缓冲结构。该缓冲结构包括内缓冲层300和外缓冲层310。在所述柔性单元110和储能单元100连接过渡处设有内缓冲材料形成内缓冲层300。参见图5,图5中Ⅰ-Ⅳ四种方案为内缓冲层300所处的位置及外形呈现,当然,并不限于这四种方案,在涂覆或粘贴内缓冲层300后,可以有效减少弯曲应力集中。
而所述外缓冲层310是涂覆或粘贴在包膜20上。具体的,在包膜20包裹折叠电芯10后,由于折叠电芯10上具有厚度较厚的储能单元100和厚度较薄的柔性单元110,该包膜20对应所述储能单元100和柔性单元110位置相应形成凸起部和凹陷部,在该外凹部和外凸部之间的连接过渡处设有外缓冲材料形成外缓冲层310。参见图6,图6中Ⅰ-Ⅵ六种方案为外缓冲层310所处的位置及外形呈现,当然,并不限于这六种方案。所述外缓冲材料为具有粘结性、固化后具有弹性的高分子弹性胶,或者成品硅胶,橡胶,纤维材料或其他发泡材料,在涂覆或粘贴外缓冲层310后,可以有效减少弯曲应力集中,延长柔性电池弯曲寿命。
实施例2:
本实施例2提供了一种柔性电池,其与实施例1不同之处在于所述柔性电池中的储能单元100结构不同。如图7所示,所述储能单元100由单元区域进行卷绕形成,卷绕所得形状截面图如图7中Ⅰ-Ⅲ所示的方形、三角形、圆形方案,但不限于此。其它实施例中,储能单元100的横截面外形轮廓还可以为椭圆形和棱形等等,可以理解的是,本发明实施例并不限于这些列举的形状,其它任何适于作为储能单元截面的形状都可以作为本发明的合理扩展。另外,卷绕的中部可以为空也可以保留相同形状的卷棒作为支撑体等,均为本发明保护范围内。
本发明的柔性电池可以通过调节储能单元的尺寸、单元区域的正负极片组层数和电池应用过程弯曲半径等参数来获得最优所需电池,满足不同的个性化需求。
上述实施例1-2仅为本发明较好的实施方式,通过间歇式涂布工艺在正、负极箔材上涂布电极材料相应制得正极片和负极片,正极片和负极片具有单元区域和间歇区域,将正极片、隔膜和负极片依次叠置形成正负极片组,然后对应各个单元区域的位置分别对正负极片组进行折叠或卷绕制成折叠电芯,制作方便,节省去传统模切工序,一体性好,封装方便;将折叠电芯中折叠或卷绕部分作为能量储存点,保证电池能量密度,而厚度较薄的间歇区域作为电池弯曲点来提供电池柔性,确保柔性电池同时具有较好的柔性和能量密度。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、电芯及其制作方法,均在本发明保护范围内。
Claims (10)
1.一种折叠电芯,其包括依次叠置的正极片、隔膜和负极片,其特征在于,所述正极片包括正极箔材及间歇涂布在该正极箔材上的电极材料;所述负极片包括负极箔材及间歇涂布在该负极箔材上的电极材料;其中所述正极箔材和负极箔材涂布有电极材料的部分形成单元区域,未涂布空白的部分形成间歇区域,对单元区域进行折叠或卷绕形成储能单元,相邻两储能单元之间的间歇区域形成柔性单元,该柔性单元和储能单元为一体连接结构。
2.根据权利要求1所述的折叠电芯,其特征在于,所述柔性单元和储能单元连接过渡处设有内缓冲材料形成内缓冲层。
3.根据权利要求1所述的折叠电芯,其特征在于,所述正极箔材的表面上涂有厚度为1~5μm的增粘涂层。
4.根据权利要求1所述的折叠电芯,其特征在于,所述负极箔材的表面上涂有厚度为1~5μm的增粘涂层。
5.根据权利要求1所述的折叠电芯,其特征在于,所述正极片的数量为一片,所述负极片的数量为两片,所述隔膜的数量为两片,所述负极片、隔膜、正极片、隔膜和负极片依次叠置。
6.根据权利要求1所述的折叠电芯,其特征在于,所述正极箔材上的电极材料与所述负极箔材上的电极材料相对正。
7.根据权利要求1-6中任意一项所述的折叠电芯,其特征在于,所述储能单元的横截面外形轮廓呈圆形、三角形、正方形、长方形、梯形、椭圆形和棱形中的一种。
8.一种折叠电芯制作方法,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正、负极箔材上涂布电极材料相应制得正极片和负极片,其中正、负极箔材涂布有电极材料的位置形成单元区域,而空白位置形成间歇区域,将正极片、隔膜和负极片依次叠置形成正负极片组,对应各个单元区域的位置分别对正负极片组进行折叠或卷绕以形成多个储能单元,而相邻两储能单元之间的间歇区域形成柔性单元,用于弯曲。
9.一种柔性电池,其特征在于,其包括权利要求1-7中任意一项所述的折叠电芯和将该折叠电芯包裹的包膜。
10.根据权利要求9所述的柔性电池,其特征在于,所述包膜对应所述储能单元和柔性单元位置相应形成凸起部和凹陷部,该外凹部和外凸部之间的连接过渡处设有外缓冲材料形成外缓冲层。
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