CN114628764A - 一种微型无极耳软包电池制备方法及在柔性设备中的应用 - Google Patents

一种微型无极耳软包电池制备方法及在柔性设备中的应用 Download PDF

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Abstract

本发明专利公开了一种微型无极耳软包电池制备方法及在柔性设备中的应用，具体涉及软包电池的技术领域。包括如下步骤：将铝塑膜冲孔并制备电极，将极耳胶对准正极的金属集流体一侧，使用加热板加热将铝塑膜放置在加热板上加热，将正极粘在铝塑膜上；将圆柱形砝码工具放在正极极片；重复上述操作将负极粘在铝塑膜的另一侧；将隔膜覆盖负极上；将铝塑膜沿折痕再次折叠，使得正极和负极对齐，用热压封口机将铝塑膜的两侧加热封口；将上述装置转移到的干燥室中，用移液枪向装置中注入电解液，随后用真空封口机抽出多余的空气并热封开放面。采用本发明技术方案解决了现有的软包电池自身结构受限，难以实现小型化的问题，实现了微型软包电池的制备。

Description

一种微型无极耳软包电池制备方法及在柔性设备中的应用
技术领域
本发明涉及软包电池的技术领域，特别涉及一种微型无极耳软包电池制备方法及在柔性设备中的应用。
背景技术
软包电池是21世纪新兴起的一种高效的储能电池，软包电池具有传统硬壳电池自放电低，能量密度高，电化学性能好的优点，同时软包电池舍弃了笨重的硬质外壳采用了铝塑膜作为包装材料大大减轻了电池的重量。与传统硬壳电池相比，软包电池有着轻便、长循环寿命、高的安全性能、自耗电低的特点，在电动汽车、军事和航空等领域受到极大的关注。
软包电池从字面理解，就是在电芯以及电池的内部结构外套上一层软质的外壳，目前外壳采用的材料主要为铝塑膜，铝塑膜是由外层的尼龙、中间层的铝和内层的PP(聚丙烯)构成。整个软包电池的封装主要依靠PP层的自身特性，在适当的高温度下发生熔化且具有黏性，而当温度降低后PP层重新固化黏结将电池封好，避免电解液的泄露以及外部空气的进入。尼龙层和铝层则是用于阻挡水汽，保护了电池电芯，并且提供一定的塑形来盛放电芯结构的作用。
目前软包电池行业内量产的三元软包电池平均的电芯能量密度已达到240-250Wh/kg，但同材料体系的三元方形电池的能量密度为210-230Wh/kg。三元软包电池单体电芯能量密度比三元方形电池平均高出10％-15％。且同体系下，三元软包电池在铝塑膜软包封装下，如果发生电池热失控，一般通过胀气释放的热量；而方形、圆柱形电池由于采用硬壳包装，热量无法释放，内部压力增大，易发生爆炸。
当前传统软包电池的结构由外到内包括：壳体、正负极极耳、绝缘材料、隔膜、正负极。软包电池的产业化应用虽然一直保持着逐年上涨的趋势，但软包电池由于其自身的结构限制，一直难以完全实现小型化。
发明内容
本发明意在提供一种微型无极耳软包电池制备方法及在柔性设备中的应用，解决了现有的软包电池自身结构受限，难以实现小型化的问题。
为了达到上述目的，本发明的一种技术方案如下：一种微型无极耳软包电池制备方法，包括如下步骤：
S1、将铝塑膜对折后用冲孔机冲孔，使用传统的电极制备方法制备电极(即正极和负极)，活性物质与导电剂的质量比为96:4，粘结剂使用浓度4％的PVDF溶液(溶剂为N-Methyl-2-pyrrolidone(NMP))；
S2、将环形白色极耳胶对准正极的金属集流体一侧，使用加热板在120℃，加热时间为30秒，使得极耳胶软化并粘在正极的金属集流体上；
S3、将步骤S1中冲孔后的铝塑膜放置在加热板上，CPP层朝上，尼龙层朝下，打开加热板将铝塑膜加热到140℃，然后将步骤S2得到的贴附了极耳胶的正极极片粘在铝塑膜的CPP层上，活性物质层朝上，中心对准铝塑膜上的圆孔；
S4、将100g圆柱形砝码工具，放在正极极片上30秒；
S5、重复步骤S2、步骤S3、步骤S4将负极粘在步骤S1中铝塑膜的另一侧；
S6、将隔膜覆盖在步骤S5中铝塑膜的负极上，用聚酰亚胺胶带固定；
S7、将步骤S6中的铝塑膜沿折痕再次折叠，使得正极和负极对齐，用热压封口机将铝塑膜的两侧加热封口，此时有三个密封面(折痕面和两个热封面)和一个开放面；
S8、将步骤S7得到的装置转移到的干燥室中，用移液枪向装置中注入电解液，随后用真空封口机抽出多余的空气并热封开放面。
技术方案的原理及效果：利用极耳胶强黏性、高气密性、粘接过程对极片无损伤的特点。将软包电池制作过程中会对极片产生损伤的超声焊接操作舍弃，采用极耳胶来代替，这样就能保证在具有外露功能集流体的微型无极耳软包电池的制作过程中所有的操作不会对极片产生不可逆的损伤。同时由于无需使用超声焊接，极片的尺寸能进一步的缩小，具有外露功能集流体的微型无极耳软包电池的尺寸也能尽可能的缩小。
本方案对传统软包电池的结构进行了更新，移除了极耳结构，在封装的铝塑膜上开孔，使得部分金属集流体裸露，用于与外界进行电荷交流。由于移除了极耳结构，使得具有外露功能集流体的微型无极耳软包电池的尺寸能进一步缩小。
进一步的，所述正极和负极的直径为12.7mm。上述设计是电极的最佳尺寸，能够最大化利用材料，在该尺寸下制得的电池性能最佳。
进一步的，步骤S7在170℃下热压7秒封口，每边的封口厚度为1.5mm。上述设计是最佳温度和最佳封口厚度，能够保证电池在使用过程中不发生电解液泄露。
进一步的，所述干燥室的露点低于-60℃。此温度是制备的最佳环境。
进一步的，步骤S8中电解液的注入量为70μL。此用量是最佳的电解液使用量，能保证电池的额高效稳定运行。
本发明的另一种技术方案：
一种将上述中任一种所述微型无极耳软包电池制备方法制得的软包电池应用于柔性电子设备。
与现有技术相比，本方案的有益效果：
1、本方案使用的原料无污染，整个制作过程没有会对环境造成不可逆污染的产物，绿色环保；
2、本方案改良了常规的软包电池制造方法，采用极耳胶来粘接电极和壳体，保护了电极，避免了电极在制造过程中受到损伤导致电池无法正常工作，软包电池也就能制造的更小。
3、本方案改良了常规的软包电池结构，移除了极耳结构，采用裸露的金属集流体来进行能量转移。极耳结构的移除使得软包电池的空间利用率能进一步的增大，电池尺寸也就能进一步的缩小，也就能更好的集成在柔性基底上，能更好的应用在柔性设备中。
附图说明
图1是本实施例中软包电池的制备方法；
图2是本实施例中软包电池的长循环曲线、倍率曲线及工作示意图；
图3是本实施例中软包电池的与传统扣式电池在结构、重量和厚度上的对比图；
图4是本实施例中软包电池组装成的柔性设备的柔性展示图。
具体实施方式
下面通过具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：
实施例
如附图1所示：一种微型无极耳软包电池制备方法，包括如下步骤：
S1、将22mm*80mm的铝塑膜对折后用冲孔机对折叠后的铝塑膜冲孔，冲压出两个直径为9mm的圆孔。使用传统的电极制备方法制备直径为12.7mm的电极(即正极和负极)，电极中活性物质与导电剂的质量比为96:4，粘结剂使用浓度4％的PVDF溶液(溶剂为N-Methyl-2-pyrrolidone(NMP))。
S2、将外径为12.7mm，内径为9mm的环形白色极耳胶对准正极的金属集流体一侧，使用加热板在120℃，加热时间为30秒，使得极耳胶软化并粘在正极的金属集流体上；
S3、将步骤S1中冲孔后的铝塑膜放置在加热板上，CPP层朝上，尼龙层朝下，打开加热板将铝塑膜加热到140℃，然后将步骤S2得到的贴附了极耳胶的正极极片粘在铝塑膜的CPP层上，活性物质层朝上，中心对准铝塑膜上的圆孔，从而将电极的金属集流体侧和铝塑膜内侧的CPP层熔接在一起。
S4、将直径为12.7mm的100g圆柱形砝码工具，放在正极极片上30秒。
S5、重复步骤S2、步骤S3、步骤S4将负极粘在步骤S1中铝塑膜的另一侧。
S6、将直径为16mm的隔膜覆盖在步骤S5中铝塑膜的负极上，用聚酰亚胺胶带固定。
S7、将步骤S6中的铝塑膜沿折痕再次折叠，使得正极和负极对齐，用热压封口机将铝塑膜的两侧加热，在170℃下热压7秒封口，每边的封口厚度为1.5mm，此时有三个密封面(折痕面和两个热封面)和一个开放面。
S8、将步骤S7得到的装置转移到的干燥室(露点低于-60℃)中，用移液枪向装置中注入70μL的电解液，随后用真空封口机抽出多余的空气并热封开放面，即可得到具有外露功能集流体的微型无极耳软包电池。
将本实施例制得的具有外露功能集流体的微型无极耳软包电池与传统扣式电池进行结构、重量和厚度的对比，得到如附图3所示的对比图。图3中(a-c)是扣式电池的结构、重量、厚度示意图，图3中(d-f)是软包电池的结构、重量厚度、可以从图中看出本实施例与传统的扣式电池相比，更轻更薄，结构更为简单。
性能测试
对上述实施例得到的具有外露功能集流体的微型无极耳软包电池进行相关的电化学性能测试。在LANHE CT3001A电池测试系统上进行倍率和循环性能测试。得到的结果如图2所示，在电流为0.25mA、0.5mA、0.75mA、1.0mA、2.0mA五个倍率下都能保持一个良好的容量性能。在2.0mA电流下循环超过500圈依然能保持一个良好的循环性能。
将上述实施例得到的具有外露功能集流体的微型无极耳软包电池与LED灯集成在柔性基底上得到一个简易的柔性电子设备。图4是实物与示意图的展示，该设备已经能够完成拉伸、弯折、扭曲等柔性动作，甚至在水中也能稳定的运行。
以上的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体结构和/或特性等常识在此未作过多描述。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。

Claims (6)

1.一种微型无极耳软包电池制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
S1、将铝塑膜对折后用冲孔机冲孔，使用传统的电极制备方法制备电极(即正极和负极)，活性物质与导电剂的质量比为96:4，粘结剂使用浓度4％的PVDF溶液(溶剂为N-Methyl-2-pyrrolidone(NMP))；
S2、将环形白色极耳胶对准正极的金属集流体一侧，使用加热板在120℃，加热时间为30秒，使得极耳胶软化并粘在正极的金属集流体上；
S3、将步骤S1中冲孔后的铝塑膜放置在加热板上，CPP层朝上，尼龙层朝下，打开加热板将铝塑膜加热到140℃，然后将步骤S2得到的贴附了极耳胶的正极极片粘在铝塑膜的CPP层上，活性物质层朝上，中心对准铝塑膜上的圆孔；
S4、将100g圆柱形砝码工具，放在正极极片上30秒；
S5、重复步骤S2、步骤S3、步骤S4将负极粘在步骤S1中铝塑膜的另一侧；
S6、将隔膜覆盖在步骤S5中铝塑膜的负极上，用聚酰亚胺胶带固定；
S7、将步骤S6中的铝塑膜沿折痕再次折叠，使得正极和负极对齐，用热压封口机将铝塑膜的两侧加热封口，此时有三个密封面(折痕面和两个热封面)和一个开放面；
S8、将步骤S7得到的装置转移到的干燥室中，用移液枪向装置中注入电解液，随后用真空封口机抽出多余的空气并热封开放面。
2.根据权利要求1所述的一种微型无极耳软包电池制备方法，其特征在于：所述电极的直径为12.7mm。
3.根据权利要求1所述的一种微型无极耳软包电池制备方法，其特征在于：步骤S7在170℃下热压7秒封口，每边的封口厚度为1.5mm。
4.根据权利要求1所述的一种微型无极耳软包电池制备方法，其特征在于：所述干燥室的露点低于-60℃。
5.根据权利要求1所述的一种微型无极耳软包电池制备方法，其特征在于：步骤S8中电解液的注入量为70μL。
6.一种将权利要求1-5中任一项所述微型无极耳软包电池制备方法制得的软包电池应用于柔性电子设备。
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