CN114583179B - 一种柔性锂离子电池及其制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于电池技术领域，公开了一种柔性锂离子电池及其制作方法。该柔性锂离子电池包括第一极片、第二极片和封闭的柔性封装袋，第一极片与第二极片由隔膜隔开并固定于柔性封装袋的内腔中；第一极片和第二极片均以柔性碳布为基底的电极制成且活性材料、结构、尺寸均相同，第一极片与第二极片存在电势差；第一极片上固定有第一极耳，第二极片上固定有第二极耳，第一极耳与第二极耳均凸出柔性封装袋的侧边。该柔性锂离子电池具有充放电过程中体积变化小，可弯折性能好，使用寿命长的优点。

Description

一种柔性锂离子电池及其制作方法

技术领域

本发明涉及电池技术领域，尤其涉及一种柔性锂离子电池及其制作方法。

背景技术

锂离子电池与其他储能器件相比具有相对较高的能量密度、体积小、循环稳定性好以及安全可靠等优点，广泛应用于便携式电子设备及电动汽车等领域。随着可穿戴电子设备、智能手机及柔性光电子器件领域等领域的发展，对储能器件的力学性能及在弯折条件下的电化学性能和安全性提出更高要求，而市面上常见的锂离子电池由于较差的柔性无法满足要求，因此迫切需要开发柔性可折叠的储能器件。

柔性锂离子电池作为最常用的柔性可折叠储能器件，存在以下问题：1)利用铝箔和铜箔作为正负极集流体，在反复弯折过程中会极大地影响电极涂层与集流体之间的粘结力，若超过剥离强度极限，会造成膜片开裂，甚至发生电极涂层脱落，使柔性锂离子电池的循环性能恶化；2)柔性电池在应用过程中需反复弯折，需要保证柔性电池本身的体积变化小，常用的非对称电池体系由于负极材料与正极材料具有不同的体积膨胀及收缩程度，正负极体积变化不匹配，从而造成电池的体积变化，阻碍柔性电池的弯折过程；3)柔性电池中采用焊接方式连接极耳与极片，焊接部位的硬度较高，在弯折工况下焊接部位会发生应力集中，一方面阻碍柔性电池整体的可弯折性能，另一方面焊印处膜片会发生开裂，严重影响电池的使用寿命。

发明内容

本发明的目的在于提供一种柔性锂离子电池，该柔性锂离子电池具有充放电过程中体积变化小，可弯折性能好，使用寿命长的优点。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种柔性锂离子电池，包括第一极片、第二极片和封闭的柔性封装袋，第一极片与第二极片由隔膜隔开并固定于柔性封装袋的内腔中；第一极片和第二极片均由柔性碳布为基底的极片制成且活性材料、尺寸和结构均相同，第一极片与第二极片存在电势差；第一极片上固定有第一极耳，第二极片上固定有第二极耳，第一极耳与第二极耳均凸出柔性封装袋的侧边。

可选地，第一极耳和第二极耳的材料和尺寸结构均相同。

可选地，第一极耳与第一极片之间通过涂覆银浆进行粘接，第一极耳外表面上贴设有胶片，并通过胶片固定连接于第一极片上；第二极耳与第二极片之间通过涂覆银浆进行粘接，第二极耳外表面上贴设有胶片，并通过胶片固定连接于第二极片上。

可选地，银浆为氧化银浆、碳酸银浆或分子银浆。

可选地，第一极片与第二极片通过胶片固定于柔性封装袋的内壁上。

可选地，第一极耳和第二极耳位于柔性封装袋的同一侧且错开设置。

可选地，第一极耳和第二极耳在所述柔性密封袋上镜像对称设置。

可选地，第一极耳和第二极耳均为铝制极耳。

本发明的另一个目的在于提供上述任一方案所述的柔性锂离子电池的制作方法，能够降低电池本身在充放电过程中的体积变化，提升电池的可弯折性能，并提升电池在弯折工况下的耐用性，延长了电池的使用寿命。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

上述任一方案所述的柔性锂离子电池的制作方法包括如下步骤：

S1、将以柔性碳布为基底的电极制成尺寸结构相同的第一极片和第二极片，以及制备材料和尺寸结构均相同的第一极耳和第二极耳；将第一极耳固定于第一极片上，并将第二极耳固定于第二极片上；并将第一极片和第二极片固定于柔性封装体上；

S2、对折柔性封装体，并在第一极片与第二极片之间放置隔膜；

S3、密封对折后的柔性封装体的侧边并留有开口；

S4、从开口注入电解液，对第一极片和第二极片进行处理，以使第一极片与第二极片存在电势差；

S5、密封柔性封装体的开口，制得柔性锂离子电池。

可选地，步骤S4包括：

准备第三极片，将第三极耳固定在第三极片上，并将第三极片放置于隔膜袋中，制成对电极组件，将对电极组件自开口放入柔性封装体中并置于隔膜与第一极片之间；

在预设条件下，从开口注入电解液，以第一极片为正极片，以第三极片为负极片，进行指定的充放电循环，使正极片到达指定的电位值，随后取出对电极组件。

可选地，预设条件包括恒温且水含量和氧含量皆小于0.1ppm。

有益效果：

该柔性锂离子电池的极片均由柔性碳布制成，且尺寸结构均相同，同时第一极片和第二极片的材料和尺寸结构均相同，由于柔性碳布本身具有良好的柔性以及延展性，并且充放电过程中一边极片的体积扩展可以从另一极片的体积收缩中得到精确补偿，缓解充放电过程中极耳的体积变化，保证了柔性电池整体的可弯折性能，提高了电池使用寿命。

附图说明

图1是本发明实施例提供的柔性锂离子电池示意图；

图2是本发明实施例提供的柔性锂离子电池组装示意图；

图3是本发明实施例提供的对电极组件的示意图；

图4是本发明实施例提供的对电极组件放置于柔性密封袋中的示意图。

图中：

100、柔性封装袋；110、柔性封装体；

210、第一极片；211、第一极耳；220、第二极片；221、第二极耳；230、第三极片；231、第三极耳；232、隔膜袋。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。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结构。

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。

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。

在本实施例的描述中，术语“上”、“下”、“右”、等方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化操作，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅仅用于在描述上加以区分，并没有特殊的含义。

请参考图1和图2，图1给出了本发明实施例提供的柔性锂离子电池的示意图，图2给出了本发明实施例提供的柔性锂离子电池的组装示意图。该柔性锂离子电池包括第一极片210、第二极片220和封闭的柔性封装袋100，第一极片210与第二极片220由隔膜隔开并固定于柔性封装袋100的内腔中；第一极片210和第二极片220均由柔性碳布制成且尺寸结构相同，并且第一极片210与第二极片220存在电势差；第一极片210上固定有第一极耳211，第二极片220上固定有第二极耳221，第一极耳211与第二极耳221均凸出柔性封装袋100的侧边，第一极耳211和第二极耳221的材料和尺寸结构均相同。该柔性锂离子电池的极片均由柔性碳布为基底的电极制成，且尺寸结构均相同，一方面柔性碳布表面粗糙，且比表面积较大，有利于附着更多的电极浆料，提高极片与极耳的粘合强度，另一方面由于柔性碳布本身具有良好的柔性以及延展性，可以一定程度上缓解充放电过程中极片的体积变化，保证了柔性电池整体的柔性；同时，一边极片的体积扩展可以从另一极片的体积收缩中得到精确补偿，同时由于仅需生产一种类型的极片，降低极片生产的工艺难度，简化电池的制备工艺流程，提高生产效率的同时降低生产成本。

进一步地，第一极耳211和第二极耳221的材料和尺寸结构均相同。相同的极耳使得该柔性锂离子电池在弯折时各极耳的形变相同。同时，由于仅需生产一种类型的极耳，简化电池的制备工艺流程，提高生产效率的同时降低生产成本

请继续参考图2，作为优选的实施例，第一极耳211与第一极片210之间通过涂覆银浆进行粘接，第一极耳211外表面上贴设有胶片，并通过胶片固定连接于第一极片210上；第二极耳221与第二极片220之间通过涂覆银浆进行粘接，第二极耳221外表面上贴设有胶片，并通过胶片固定连接于第二极片220上。优选地，第一极片210与第二极片220通过胶片固定于柔性封装袋100的内壁上。进一步地，上述银浆为氧化银浆、碳酸银浆或分子银浆。同时，作为本领域技术人员的常规选择，上述胶片为PET胶带。使用银浆和胶片粘接极耳与极片，可以省去将极耳焊接在极片上的步骤，因此降低焊接处硬度，减少在弯折工况下焊接处的应力集中，提升极片的可弯折性能，并提高该柔性锂离子电池的使用寿命。

作为优选的实施例，第一极耳211和第二极耳221位于柔性封装袋100的同一侧且错开设置。进一步地，上述第一极耳211和第二极耳221在该柔性密封袋上镜像对称设置。错开设置的第一极耳211和第二极耳221可以有效防止两个极耳的接触，防止电芯出现短路；

在本实施例中，上述第一极耳211和第二极耳221优选为铝制极耳。铝制极耳不仅拥有良好的导电性，还具备优异的柔性和延展性，更易于加工，保证了该柔性锂离子电池的可弯折性能的同时，还降低了生产成本。进一步地，该柔性封装袋100由柔性铝塑膜制成。铝塑膜具有极高的阻隔性、良好的冷冲压成型性、耐穿刺性、耐电解液稳定性以及绝缘性。

请参考图3，图3是本发明实施例提供的对电极组件的示意图。该对电极组件由第三极片230、第三极耳231和隔膜袋232组成，第三极耳231固定在第三极片230上，并且第三极片230放置于隔膜袋232中。该对电极组件用于在生产制造该柔性锂离子电池时，作为对电极，可以想到的是，上述第三极耳231与第一极耳211、第二极耳221材料不同，可以是镍制极耳，使得第三极耳231上述第一极耳211和第二极耳221中的一个组成回路进行充放电，进而使第一极片210与第二极片220之间产生电位差，制成该柔性锂离子电池。

请继续参考图4，图4为本发明实施例提供的对电极组件放置于柔性密封袋中的示意图。优选地，上述柔性封装体110对折后，上述第一极耳211与第二极耳221位于柔性封装体110的同一侧，在密封柔性封装体110时，将两个极耳所在的一侧和剩余两侧中的一个热合密封，并将另一个作为开口，从此开口中放入上述对电极组件并注入电解液。

本发明的实施例还提供了上述任一方案所述的柔性锂离子电池的制作方法，该制作方法包括如下步骤：

S1、将柔性碳布制成尺寸结构相同的第一极片210和第二极片220，以及制备材料和尺寸结构均相同的第一极耳211和第二极耳221；将第一极耳211固定于第一极片210上，并将第二极耳221固定于第二极片220上；并将第一极片210和第二极片220固定于柔性封装体110上；

S2、对折柔性封装体110，并在第一极片210与第二极片220之间放置隔膜；

S3、密封对折后的柔性封装体110的侧边并留有开口；

S4、从开口注入电解液，对第一极片210和第二极片220进行处理，以使第一极片210与第二极片220存在电势差；

S5、密封柔性封装体110的开口，制得柔性锂离子电池。

优选地，步骤S4包括：

准备第三极片230，将第三极耳231固定在第三极片230上，并将第三极片230放置于隔膜袋232中，制成对电极组件，将对电极组件自开口放入柔性封装体110中并置于隔膜与第一极片210之间；

在预设条件下，从开口注入电解液，以第一极片210为正极片，以第三极片230为负极片，进行指定的充放电循环，使正极片到达指定的电位值，进而使第一极片210与第二极片220间产生电位差，随后取出对电极组件。

进一步地，该预设条件为恒温且水含量和氧含量皆小于0.1ppm。

使用上述任一方法所述的方案制作的柔性锂离子电池，利用了柔性碳布本身具有良好的柔性以及延展性，并且相同材料和尺寸结构的两个电极在充放电过程中，一边电极的体积扩展可以从另一极耳的体积收缩中得到精确补偿，缓解充放电过程中电极的体积变化，保证柔性电池整体的可弯折性能，提高电池使用寿命。同时，由于仅需生产一种类型的电极，降低电极生产的工艺难度，简化电池的制备工艺流程，提高生产效率的同时降低了生产成本。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为了清楚说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种柔性锂离子电池，包括第一极片（210）、第二极片（220）和封闭的柔性封装袋（100），所述第一极片（210）与所述第二极片（220）由隔膜隔开并固定于所述柔性封装袋（100）的内腔中，其特征在于：

所述第一极片（210）和所述第二极片（220）均以柔性碳布为基底的电极制成且活性材料、尺寸和结构均相同；将第三极片（230）制成对电极组件，将所述对电极组件置于所述隔膜与所述第一极片（210）之间，以所述第一极片（210）为正极片，以所述第三极片（230）为负极片，进行指定的充放电循环，使所述正极片到达指定的电位值，以使所述第一极片（210）与第二极片（220）存在电势差；所述第一极片（210）上固定有第一极耳（211），所述第二极片（220）上固定有第二极耳（221），所述第一极耳（211）与所述第二极耳（221）均凸出所述柔性封装袋（100）的侧边。

2.根据权利要求1所述的柔性锂离子电池，其特征在于，所述第一极耳（211）和第二极耳（221）的材料和尺寸结构均相同。

3.根据权利要求2所述的柔性锂离子电池，其特征在于，所述第一极耳（211）与所述第一极片（210）之间通过涂覆银浆进行粘接，所述第一极耳（211）外表面上贴设有胶片，并通过胶片固定连接于第一极片（210）上；所述第二极耳（221）与所述第二极片（220）之间通过涂覆银浆进行粘接，所述第二极耳（221）外表面上贴设有胶片，并通过胶片固定连接于第二极片（220）上。

4.根据权利要求1所述的柔性锂离子电池，其特征在于，所述第一极片（210）与所述第二极片（220）通过胶片固定于所述柔性封装袋（100）的内壁上。

5.根据权利要求1所述的柔性锂离子电池，其特征在于，所述第一极耳（211）和所述第二极耳（221）位于所述柔性封装袋（100）的同一侧且错开设置。

6.根据权利要求5所述的柔性锂离子电池，其特征在于，所述第一极耳（211）和所述第二极耳（221）在所述柔性封装袋（100）上镜像对称设置。

7.根据权利要求1所述的柔性锂离子电池，其特征在于，所述第一极耳（211）和所述第二极耳（221）均为铝制极耳。

8.一种如权利要求1-7任意一项所述的柔性锂离子电池的制作方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、将以柔性碳布为基底的电极制成尺寸结构相同的所述第一极片（210）和所述第二极片（220），以及制备材料和尺寸结构均相同的所述第一极耳（211）和所述第二极耳（221）；将所述第一极耳（211）固定于所述第一极片（210）上，将所述第二极耳（221）固定于所述第二极片（220）上；并将所述第一极片（210）和所述第二极片（220）固定于柔性封装体（110）上；

S2、对折所述柔性封装体（110），并在所述第一极片（210）与所述第二极片（220）之间放置隔膜；

S3、密封对折后的所述柔性封装体（110）的侧边并留有开口；

S4、从开口注入电解液，对所述第一极片（210）和所述第二极片（220）进行处理，以使所述第一极片（210）与第二极片（220）存在电势差；

S5、密封所述柔性封装体（110）的开口，制得所述柔性锂离子电池。

9.根据权利要求8所述的柔性锂离子电池的制作方法，其特征在于，步骤S4包括：

准备第三极片（230），将第三极耳（231）固定在所述第三极片（230）上，并将所述第三极片（230）放置于隔膜袋（232）中，制成对电极组件，将所述对电极组件自开口放入所述柔性封装体（110）中并置于所述隔膜与所述第一极片（210）之间；

在预设条件下，从开口注入电解液，以所述第一极片（210）为正极片，以所述第三极片（230）为负极片，进行指定的充放电循环，使所述正极片到达指定的电位值，随后取出所述对电极组件。

10.根据权利要求9所述的柔性锂离子电池的制作方法，其特征在于，所述预设条件包括恒温且水含量和氧含量皆小于0.1ppm。