CN114094116B - 一种双极性电极、叠层式电池及叠层式电池的制备方法 - Google Patents

一种双极性电极、叠层式电池及叠层式电池的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种双极性电极、叠层式电池及叠层式电池的制备方法，双极性电极包括柔性导电基材、绝缘条和绝缘层，柔性导电基材具有相对设置的第一面和第二面，第一面和第二面均包括依次设置的正极区、弯折区和负极区，正极区涂覆有正极活性物质，负极区涂覆有负极活性物质；第一面的正极区和第二面的正极区相对，第一面的负极区和第二面的负极区相对；第一面的弯折区和第二面的弯折区相对；弯折区能够弯折，以使柔性导电基材由展开状态弯折至对折状态，对折状态为正极区和负极区正对设置；绝缘条设置于弯折区；绝缘层夹设于正极活性物质和负极活性物质之间。双极性电极能够的加工工艺简单，加工成本低，提高了叠层式电池的能量密度和使用寿命。

Description

一种双极性电极、叠层式电池及叠层式电池的制备方法
技术领域
本发明涉及电池技术领域，尤其涉及一种双极性电极、叠层式电池及叠层式电池的制备方法。
背景技术
现有技术中，叠层式电池包括隔膜、正极片和负极片，正极片和负极片交替叠放，隔膜设置在正极片和负极片之间，以与正极片和负极片形成电池单体。正极片和负极片上均需要连接极耳，相邻的两个极耳连接，从而实现电池单体的串接。
但是，极耳的设置一方面占用了正极片和负极片的位置，降低了叠层式电池的能量密度；另一方面，极耳需要焊接在正极片和负极片上，导致加工工艺复杂，加工成本高，并且容易因极耳脱落而导致叠层式电池失效，降低叠层式电池的使用寿命，因此，亟需一种双极性电极、叠层式电池及叠层式电池的制备方法以解决上述技术问题。
发明内容
本发明的一个目的在于提出一种双极性电极，以简化双极性电极的加工工艺，降低加工成本，提高叠层式电池的能量密度和使用寿命。
为实现上述目的，本发明第一方面提供了一种双极性电极，包括：
柔性导电基材，具有相对设置的第一面和第二面，所述第一面和所述第二面均包括依次设置的正极区、弯折区和负极区，所述正极区涂覆有正极活性物质，所述负极区涂覆有负极活性物质；
所述第一面的所述正极区和所述第二面的所述正极区相对，所述第一面的所述负极区和所述第二面的所述负极区相对；所述第一面的所述弯折区和所述第二面的所述弯折区相对；所述弯折区能够弯折，以使所述柔性导电基材由展开状态弯折至对折状态，所述对折状态为所述正极区和所述负极区正对设置；
绝缘条，设置于所述弯折区；
绝缘层，当所述柔性导电基材处于所述对折状态时，所述绝缘层夹设于所述正极活性物质和所述负极活性物质之间。
可选的，所述绝缘层盖设于所述第一面上的所述正极活性物质、所述绝缘条和所述负极活性物质远离所述第一面的一侧，所述绝缘层的边缘突出所述柔性导电基材的边缘预设尺寸。
可选的，所述弯折区沿第一方向的尺寸为3mm-10mm，所述正极区和所述负极区沿所述第一方向的尺寸为3mm-10mm；
所述第一方向为当所述柔性导电基材处于展开状态时，所述正极区、所述弯折区和所述负极区依次设置的方向。
可选的，所述绝缘条的厚度小于所述正极活性物质和所述负极活性物质的厚度。
本发明的另一个目的在于提供一种叠层式电池，以提高其能量密度和使用寿命。
为达此目的，本发明第二方面采用以下技术方案：
一种叠层式电池，包括：上述的双极性电极、单极性极片和隔膜，所述双极性电极的数量为多个；
处于所述对折状态的所述多个双极性电极依次叠放，所述单极性极片，位于最外侧的两个所述双极性电极外侧分别设置有所述单极性极片；相邻两个所述双极性电极之间、所述双极性电极与所述单极性极片之间均设置有所述隔膜，且所述隔膜两侧的极片的极性相反。
可选的，所述单极性极片上连接有极耳。
可选的，相邻两个所述双极性电极之间以及所述双极性电极与所述单极性极片之间还均设置有凝胶电解质。
可选的，所述单极性极片远离所述双极性电极的一侧设置有所述绝缘层。
本发明的又一个目的在于提供一种叠层式电池的制备方法，以简化工艺，降低成本，提高其能量密度和使用寿命。
为达此目的，本发明第三方面采用以下技术方案：
一种叠层式电池的制备方法，用于组装上述的叠层式电池，包括：
步骤一，设置所述单极性极片，将所述隔膜设置于所述单极性极片的一侧；
步骤二，将所述双极性电极设置于所述隔膜远离所述单极性极片的一侧，且所述双极性电极靠近所述单极性极片的一侧的极性与所述单极性极片的极性相反 ；
步骤三，依次设置所述隔膜和所述双极性电极，直至所述双极性电极组装完成；
步骤四，将所述单极性极片设置于最外侧的所述隔膜上。
可选的，所述步骤一之前还包括制造所述双极性电极，所述制造所述双极性电极包括：
在长条形柔性导电基材的第一面和第二面上每间隔预设距离设置所述绝缘条，所述第一面和所述第二面上的绝缘条一一相对设置；
在相邻的两个所述绝缘条之间涂覆正极活性物质或负极活性物质，且所述正极活性物质和负极活性物质交替设置；
在相邻的两个所述绝缘条的中线位置切割所述长条形柔性双极性电极；
在所述正极活性物质和/或所述负极活性物质上设置所述绝缘层。
由上可见，本发明提供的技术方案，当多个折叠状态的双极性电极叠放后，相邻的两个双极性电极中的正极活性物质和负极活性物质形成一个电池单体，而柔性导电基材由于能够导电，因此将相邻的两个电池单体串联起来，即柔性导电基材具有现有技术中极片的极耳的作用，将相邻的两个单电池串联起来，因此双极性电极不需要连接极耳，降低了加工成本，避免极耳脱落，有效延长叠层式电池的使用寿命，提高了柔性导电基材的利用率，提高了叠层式电池的能量密度。
柔性导电基材的两侧均设置活性物质可以大大提高其利用率，减少柔性导电基材在叠片电池中所占用空间的比例，提高叠片电池的能量密度。
绝缘条设置于弯折区，位于正极活性物质和负极活性物质之间，从而避免正极活性物质和负极活性物质接触，进而避免叠片电池发生短路。由于绝缘层夹设于正极活性物质和负极活性物质之间，因此，绝缘层隔断正极性活性物质和负极性活性物质，正极性活性物质和负极性活性物质之间不会直接接触，叠片电池不会发生短路。
本发明提供的双极性电极可以实现规模化自动生产，具有极佳的大电流放电特性，可以完全避免电池内部发生微短路。
附图说明
图1是本发明实施例提供的双极性电极的剖视图；
图2是本发明实施例提供的双极性电极未设置绝缘层时的结构示意图；
图3是本发明实施例提供的双极性电极的俯视图；
图4是本发明实施例提供的双极性电极处于对折状态的结构示意图；
图5是本发明实施例提供的长条形柔性导电基材上设置绝缘条后的结构示意图；
图6是本发明实施例提供的长条形柔性导电基材上设置绝缘条和活性物质后的结构示意图；
图7是本发明实施例提供的双极性电极未设置绝缘层时的剖视图；
图8是本发明实施例提供的叠层式电池的剖视图。
图中：
10、双极性电极；20、正极片；30、负极片；40、极耳；
1、柔性导电基材；11、正极区；12、弯折区；13、负极区；
2、正极活性物质；
3、负极活性物质；
4、绝缘条；
5、绝缘层；
6、隔膜；
7、长条形柔性导电基材。
具体实施方式
下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部。
本发明中限定了一些方位词，在未作出相反说明的情况下，所使用的方位词如“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”这些方位词是为了便于理解而采用的，因而不构成对本发明保护范围的限制。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“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，或成一体；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或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
本实施例提供了一种双极性电极10，主要用于叠片电池中，以提高叠片电池的叠层式电池的能量密度，大大降低极耳40脱落的风险，有效延长叠层式电池的使用寿命。
如图1和图2所示，本实施例提供的双极性电极10包括柔性导电基材1、绝缘条4和绝缘层5。
柔性导电基材1具有相对设置的第一面和第二面，第一面和第二面均包括依次设置的正极区11、弯折区12和负极区13。正极区11涂覆有正极活性物质2，负极区13涂覆有负极活性物质3，绝缘条4设置于弯折区12，位于正极活性物质2和负极活性物质3之间，从而避免正极活性物质2和负极活性物质3接触，进而避免叠片电池发生短路。
第一面的正极区11和第二面的正极区11相对，第一面的负极区13和第二面的负极区13相对；第一面的弯折区12和第二面的弯折区12相对，即第一面的各个区与第二面的各个区对称设置。柔性导电基材1的两侧均设置活性物质可以大大提高其利用率，减少柔性导电基材1在叠片电池中所占用空间的比例，提高叠片电池的能量密度。
如图3和图4所示，弯折区12能够弯折，以使柔性导电基材1由如图3所示的展开状态弯折至如图4所示的对折状态，对折状态为正极区11和负极区13正对设置；当柔性导电基材1处于对折状态时，绝缘层5夹设于正极活性物质2和负极活性物质3之间，即正极活性物质2和负极性活性物质相对设置，也即柔性导电基材1大致弯折180°，绝缘层5夹设在对折状态的双极性电极10的内侧。
由于绝缘层5夹设于正极活性物质2和负极活性物质3之间，因此，绝缘层5隔断正极性活性物质和负极性活性物质，正极性活性物质和负极性活性物质之间不会直接接触，叠片电池不会发生短路。
如图4所示，当多个折叠状态的双极性电极10叠放后，相邻的两个双极性电极10中的正极活性物质2和负极活性物质3形成一个电池单体，而柔性导电基材1由于能够导电，因此将相邻的两个电池单体串联起来，即柔性导电基材1具有现有技术中极片的极耳的作用，将相邻的两个单电池串联起来，因此双极性电极不需要连接极耳，降低了加工成本，避免极耳脱落，有效延长叠层式电池的使用寿命。由于不需要设置极耳，因此，柔性导电基材1不用预留极耳焊接位，提高了柔性导电基材1的利用率，提高了叠层式电池的能量密度。柔性导电基材1除了代替极耳的作用外，还具有作为正极活性物质2和负极活性物质3的载体的作用。
本实施例提供的双极性电极可以实现规模化自动生产，具有极佳的大电流放电特性，可以完全避免电池内部发生微短路。
柔性导电基材1可以为金属箔材，其可以由铜或铝制成，可以理解的是，柔性导电基材1还可以为其他可以折叠的，能够导电的部件，在此不做具体限定。
绝缘条4可以为绝缘涂料，通过涂抹的方式涂覆于柔性导电基材1上。由于在组装叠层式电池时，相邻的两个双极性电机之间需要设置电解质，因此，绝缘条4优选选择与电解质不溶的材质，以避免叠层式电池发生短路。绝缘层5可以为绝缘胶带，绝缘胶带通过其自身粘性固定在处于对折状态的柔性导电基材1的正极活性物质2和负极活性物质3之间。
如图1-图3、图5-图7所示，本实施例还提供了制造双极性电极10的方法，制造双极性电极10的方法包括：
如图5所示，步骤001、在长条形柔性导电基材7的第一面和第二面上每间隔预设距离设置绝缘条4，第一面和第二面上的绝缘条4一一相对设置。具体而言，长条形柔性导电基材7经过切割后可以形成上述的柔性导电基材1。
如图6所示，步骤002、在相邻的两个绝缘条4之间涂覆正极活性物质2或负极活性物质3，且正极活性物质2和负极活性物质3交替设置；
如图2所示，步骤003、在相邻的两个绝缘条4的中线位置切割长条形柔性导电基材7，从而形成单个双极性电极10尺寸大小的半成品；
如图3所示，步骤004、在正极活性物质2和/或负极活性物质3上设置绝缘层5，从而形成双极性电极10。
具体地，步骤002包括：在第一面的负极区13上涂负极活性物质3，并烘干负极活性物质3；在第二面的负极区13涂负极活性物质3，并烘干负极活性物质3。然后，在第一面的正极区11上涂正极活性物质2，并烘干正极活性物质2；在第二面的正极区11涂正极活性物质2，并烘干正极活性物质2。
如图1和图3所示，优选地，绝缘层5盖设于第一面上的正极活性物质2、绝缘条4和负极活性物质3远离第一面的一侧，绝缘层5的边缘突出柔性导电基材1的边缘预设尺寸。即绝缘层5覆盖正极活性物质2、绝缘条4和负极活性物质3，并向外延展一段长度，从而有效避免正极活性物质2和负极活性物质3接触而造成短路。具体而言，绝缘层5的边缘突出1-3mm。
在其他可选的实施例中，绝缘层5还可以是覆盖正极活性物质2或负极活性物质3，并覆盖部分或全部绝缘层5，以节约结缘层材料。
在这里规定，第一方向为当柔性导电基材1处于展开状态时，正极区11、弯折区12和负极区13依次设置的方向。优选地，弯折区12沿第一方向的尺寸为3mm-10mm，如3mm、5mm、8mm、10mm等。正极区11和负极区13沿第一方向的尺寸为3mm-10mm，如3mm、5mm、8mm、10mm等。
优选地，绝缘条4的厚度小于正极活性物质2和负极活性物质3的厚度，以便于弯折区12弯折。
如图8所示，本实施例还提供一种叠层式电池，叠层式电池包括上述的双极性电极10、单极性极片和隔膜6，双极性电极10的数量为多个。处于对折状态的多个双极性电极10依次叠放，单极性极片位于最外侧的两个双极性电极10外侧分别设置有单极性极片。相邻两个双极性电极10之间、双极性电极10与单极性极片之间均设置有隔膜6，且隔膜6两侧的极片的极性相反。
可以理解的是，位于两端的两个单极性极片的极性相反，即一单极性极片为正极片20，另一单极性极片为负极片30。与正极片20相邻的为双极性电极10的负极活性物质3，从而形成一个电池单体。与负极片30相邻的为双极性电极10的正极性活性物质，从而形成一个电池单体。
本实施例提供的叠层式电池中，隔膜6两侧的两个极片的极性相反，因此，隔膜6和其两侧的两个极片形成一个电池单体，柔性导电基材1将电池单体依次串连起来，从而形成高压电池。本实施例提供的叠层式电池可以实现规模化自动生产，具有极佳的大电流放电特性，可以完全避免电池内部发生微短路。
为了使得叠层式电池与其他叠层式电池串连，或为外界用电设备供电，优选地，单极性极片上连接有极耳40，通过极耳40与其他叠层式电池串连，或为外界用电设备供电。
更进一步地，相邻两个双极性电极10之间以及双极性电极10与单极性极片之间还均设置有凝胶电解质。凝胶电解质能够导电，从而与活性物质交换电荷，形成电流。
单极性极片远离双极性电极10的一侧设置有绝缘层5从而避免叠层式电池短路。
本实施例提供了一种叠层式电池的制备方法，其用于组装如上的叠层式电池，包括：
步骤一，设置单极性极片，将隔膜6设置于单极性极片的一侧；
步骤二，将双极性电极10设置于隔膜6远离单极性极片的一侧，且双极性电极10靠近单极性极片的一侧的极性与单极性极片的极性相反，以使双极性电极10的一侧的活性物质与单极性极片形成一个电池单体；优选地，在步骤二中，还可以在隔膜6上设置凝胶电解质。
步骤三，依次设置隔膜6和双极性电极10，直至双极性电极10组装完成；相邻的两个双极性电极10相互靠近的一侧的极性相反，以使相邻的两个双极性电极10靠近的两侧形成一个电池单体；
步骤四，将单极性极片设置于最外侧的隔膜6上，单极性极片的极性与位于最外侧的双极性电极10靠近单极性极片的一侧的极性相反，以使双极性电极10的一侧的活性物质与单极性极片形成一个电池单体。
本实施例提供的叠层式电池的制备方法操作简单，可以有效防止叠层式电池短路。
如图1-图3、图5-图7所示，步骤一之前还包括制造双极性电极10，制造双极性电极10包括：
如图5所示，步骤001、在长条形柔性导电基材7的第一面和第二面上每间隔预设距离设置绝缘条4，第一面和第二面上的绝缘条4一一相对设置；
如图6所示，步骤002、在相邻的两个绝缘条4之间涂覆正极活性物质2或正极活性物质 2，且正极活性物质2和负极活性物质3交替设置；
如图2所示，步骤003、在相邻的两个绝缘条4的中线位置切割长条形柔性导电基材7；
如图3所示，步骤004、在正极活性物质2和负极活性物质3上设置绝缘层5。
虽然，上文中已经用一般性说明、具体实施方式及试验，对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (6)

1.一种叠层式电池的制备方法，其特征在于，用于组装叠层式电池，所述叠层式电池包括多个对折状态的双极性电极、单极性极片和隔膜（6）；
所述制备方法包括：
步骤一，设置所述单极性极片，将所述隔膜（6）设置于所述单极性极片的一侧；
步骤二，将所述对折状态的双极性电极设置于所述隔膜（6）远离所述单极性极片的一侧，且所述对折状态的双极性电极靠近所述单极性极片的一侧的极性与所述单极性极片的极性相反；
步骤三，依次设置所述隔膜（6）和所述对折状态的双极性电极，直至所述对折状态的双极性电极组装完成；
步骤四，将所述单极性极片设置于最外侧的所述隔膜（6）上；相邻两个所述对折状态的双极性电极之间以及所述对折状态的双极性电极与所述单极性极片之间还均设置有凝胶电解质；
所述步骤一之前还包括制造所述对折状态的双极性电极，所述对折状态的双极性电极包括：
柔性导电基材（1），具有相对设置的第一面和第二面，所述第一面和所述第二面均包括依次设置的正极区（11）、弯折区（12）和负极区（13），所述正极区（11）涂覆有正极活性物质（2），所述负极区（13）涂覆有负极活性物质（3）；
所述第一面的所述正极区（11）和所述第二面的所述正极区（11）相对，所述第一面的所述负极区（13）和所述第二面的所述负极区（13）相对；所述第一面的所述弯折区（12）和所述第二面的所述弯折区（12）相对；所述弯折区（12）弯折，以使所述柔性导电基材（1）由展开状态弯折至对折状态，所述对折状态为所述正极区（11）和所述负极区（13）正对设置；
绝缘条（4），设置于所述弯折区（12）；
绝缘层（5），当所述柔性导电基材（1）处于所述对折状态时，所述绝缘层（5）夹设于所述正极活性物质（2）和所述负极活性物质（3）之间，所述绝缘层（5）为绝缘胶带；
所述绝缘层（5）盖设于所述第一面上的所述正极活性物质（2）、所述绝缘条（4）和所述负极活性物质（3）远离所述第一面的一侧，所述绝缘层（5）的边缘突出所述柔性导电基材（1）的边缘预设尺寸；
所述制造所述对折状态的双极性电极包括：
在长条形柔性导电基材（7）的第一面和第二面上每间隔预设距离设置所述绝缘条（4），所述第一面和所述第二面上的绝缘条（4）一一相对设置；
在相邻的两个所述绝缘条（4）之间涂覆正极活性物质（2）或负极活性物质（3），且所述正极活性物质（2）和负极活性物质（3）交替设置；
在相邻的两个所述绝缘条（4）的中线位置切割所述长条形柔性导电基材（7）；
在所述正极活性物质（2）和/或所述负极活性物质（3）上设置所述绝缘层（5）。
2.根据权利要求1所述的叠层式电池的制备方法，其特征在于，所述弯折区（12）沿第一方向的尺寸为3mm-10mm，所述正极区（11）和所述负极区（13）沿所述第一方向的尺寸均为3mm-10mm；
所述第一方向为当所述柔性导电基材（1）处于展开状态时，所述正极区（11）、所述弯折区（12）和所述负极区（13）依次设置的方向。
3.根据权利要求1所述的叠层式电池的制备方法，其特征在于，所述绝缘条（4）的厚度小于所述正极活性物质（2）和所述负极活性物质（3）的厚度。
4.根据权利要求1所述的叠层式电池的制备方法，其特征在于，所述单极性极片上连接有极耳（40）。
5.根据权利要求1所述的叠层式电池的制备方法，其特征在于，所述单极性极片远离所述对折状态的双极性电极的一侧设置有所述绝缘层（5）。
6.一种叠层式电池，其特征在于，利用权利要求1-5任意一项所述的叠层式电池的制备方法制备得到。
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