CN115483503A - 柔性锂离子电池及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本公开提供柔性可充电电池单元，该柔性可充电电池单元配置成自由形态形状，和/或配置成包括不均匀厚度，由此提供多轴向覆盖和/或增强的可弯曲性和存储容量。电池单元和制作电池单元的方法包括：以自由形态形状配置的阴极衬底和阳极衬底；由纳米纤维材料所制成的隔离层用于包封阴极衬底或阳极衬底以形成包封阴极衬底或包封阳极衬底，其中包封阴极衬底与阳极衬底重叠，或者包封阳极衬底与阴极衬底重叠，以形成堆叠式电池结构，该堆叠式电池结构能够进一步配置成形成凹口式的电池结构。能被扩展的堆叠式电池结构或凹口式的电池结构随后被注入电解液并使用包装层来封闭以形成电池袋结构。

Description

柔性锂离子电池及其制造方法
技术领域
本公开总体上涉及柔性可充电电池及其制作方法，以及特别涉及自由形态形状(非传统模式)和/或不均匀厚度的基于纳米纤维的柔性锂离子电池，以提供多轴向覆盖和/或增强的可弯曲性和存储容量。
背景技术
传统的非柔性电池，具有刚性电池作为外部保护，通常被设计得紧凑的并且被制作得较厚以作更大的能量存储。换言之，传统的非柔性电池是刚性的并通常为硬币形状、矩形或圆柱形以符合工业标准，它们均不是为了可弯曲性而设计和制作的。实际上，工业的标准生产设备通过缠绕或之字形(zig-zag)折叠的方式在电极之间堆积隔离器，制束和限制传统电池为典型的硬币形状、矩形或圆柱形状。此外，传统的电池中的隔离器被放置在正极(+ve)与负极(-ve)端子之间并保持为静态因而欠缺弹性。当遇到弯曲运动时，传统电池中的电极或隔离器的位置可能移位、断裂和/或引起短路危险。
传统的柔性电池另一方面能够帮助解决出现在传统的非柔性电池的各种约束和限制，并且因此传统的柔性电池越来越多地用于智能可穿戴物、物联网、卫生保健产品、医疗装置和智能卡中。然而，使用弹性隔离器的传统柔性电池，在面对断路或短路的风险之前只允许一定程度的运动(弯曲)，因此对弯曲性有约束或限制。例如，当使用传统的滚动/缠绕/之字形折叠方法将弹性隔离器放置在正极和负电极之间时，弹性隔离器在发生弯曲运动后仍可能移动。电池的非弹性外包装(通常由铝基薄膜制成)也约束了弯曲程度，特别是当电池很厚时，其中的外半径和内半径差异很大时，也限制了电池形状为圆柱形和/或矩形。
更具体地说，尽管隔离器具有弹性性质，传统的隔离器布置方法进一步将电池结构限制为完全刚性的圆柱形(即，通过滚动方法)，或矩形(即通过之字形折叠方式)，当厚度低于2mm时，矩形仅比圆柱形略易弯曲。还有，圆柱形电池和矩形电池都不能完全覆盖多轴向曲面。例如，仅在一个轴向方向弯曲的矩形电池不能平滑地覆盖或装配在需要在至少两个轴向方向弯曲的圆形物体上而不产生例如突出的角部或褶皱。
因此，需要一种基于锂离子的可充电电池，其操作安全且可高度弯曲而不受特定电池形状(例如，圆柱形或矩形)所约束，或当遇到运动(例如，弯曲、拉伸或扭曲)时不存在隔离器移位的风险，且同时保持电池的充电/放电特性，并受益于电池的自由形态配置。
发明内容
因此，本公开的一个目的是提供一种基于纳米纤维的锂离子电池单元，该基于纳米纤维的锂离子电池单元具有自由形态形状(非传统模式)以允许多轴向覆盖。
本公开的另一目的是提供一种基于纳米纤维的锂离子电池单元，所述基于纳米纤维的锂离子电池单元具有不均匀厚度以允许增强的可弯曲性和存储容量。
为了解决传统的技术的上述问题并且实现上述目的，本公开的一个方面提供阴极衬底，其以自由形态形状被配置，所述阴极衬底具有集成在正电极内的正极集电器；阳极衬底，其以自由形态模式被配置，所述阳极衬底具有集成在负电极内的负极集电器；以及隔离层，其用于包封所述阴极衬底或所述阳极衬底以形成包封阴极衬底或包封阳极衬底，其中所述包封阴极衬底与所述阳极衬底重叠或者所述包封阳极衬底与所述阴极衬底重叠，以形成呈所述自由形态形状的堆叠式电池结构。
更进一步，呈所述自由形态形状的电池袋结构，所述电池袋结构通过包装层包覆所述堆叠式电池结构而形成，其中在电解液被加入所述电池袋结构后，所述电池袋结构被安全地封闭。从所述电池袋结构向外延伸的正极端子被连接到所述正极集电器，及从所述电池袋结构向外延伸的负极端子被连接到所述负极集电器。
可选地，电池单元能够包括所述堆叠式电池结构的一个或多个复件，所述一个或多个复件按照与所述堆叠式电池结构重叠的方式被放置，以形成呈所述自由形态形状的扩大的堆叠式电池结构。通过包装层包覆所述扩大的堆叠式电池结构，形成呈所述自由形态形状的扩大的电池袋结构，在电解液被加入所述扩大的电池袋结构后，所述扩大的电池袋结构被安全地封闭。
或者，通过配置堆叠式电池结构来包括不均匀厚度可进一步形成凹口式的电池结构。然后，通过包装层包覆凹口式的电池结构，凹口式的电池结构形成厚度不均匀的电池袋结构。要注意的是，在电解液被加入所述电池袋结构后，所述厚度不均匀的电池袋结构被安全地封闭。还要注意的是，从所述电池袋结构向外延伸的正极端子被连接到所述正极集电器，及从所述第二类型的电池袋结构向外延伸的负极端子被连接到所述负极集电器。
优选的是，隔离层由具有弹性特性的纳米纤维材料来构造，而包装层从铝材料来制成。还优选的是，包装层的完全或有效密封是使用激光器或热密封工具来执行，并且通过追踪、切割和形状密封程序来封闭或密封。
在第一示范实施例中，以例如头盔状、十字形或字母E模式的自由形态形状来配置阴极衬底和阳极衬底，由此产生自由形态模式的堆叠式电池结构，该堆叠式电池结构可沿两个或更多轴向弯曲。在第二示范实施例中，通过向内折叠堆叠式电池结构的至少一端，自由形态模式的堆叠式电池结构被配置成具有不均匀厚度。因此，所配置的结构的一个或多个较薄部分提供附加的可弯曲性，以及所配置的结构的一个或多个较厚部分提供附加的充电/放电容量。
本公开的另一方面是提供一种制作柔性可充电电池单元的方法，其包括形成阴极衬底，其以自由形态形状被配置，所述阴极衬底具有放置在正电极内的正极集电器；通过将负极集电器放置在负电极内形成以所述自由形态形状被配置的阳极衬底；使用隔离层来包封所述阴极衬底或所述阳极衬底以形成包封阴极衬底或包封阳极衬底，其中所述包封阴极衬底与所述阳极衬底重叠或者所述包封阳极衬底与所述阴极衬底重叠，以形成堆叠式电池结构。
下一个步骤涉及通过包装层包覆所述堆叠式电池结构形成所述自由形态形状的电池袋结构，其中在电解液被加入所述电池袋结构后，所述自由形态形状的所述电池袋结构被安全地封闭。从所述第一类型的所述电池袋结构向外延伸的正极端子被连接到所述正极集电器，及从所述电池袋结构向外延伸的负极端子被连接到所述负极集电器。
可选步骤涉及按照与所述堆叠式电池结构重叠的方式放置所述堆叠式电池结构的一个或多个复件，以形成所述自由形态形状的扩大的堆叠式电池结构，以及通过包装层包覆所述扩大的堆叠式电池结构形成所述自由形态形状的扩大的电池袋结构，其中在电解液被加入所述扩大的电池袋结构后，所述自由形态形状的所述扩大的电池袋结构被安全地封闭。
备选步骤能够包括形成凹口式的电池结构，其通过配置所述堆叠式电池结构来包括不均匀厚度；以及形成不均匀厚度的电池袋结构，其通过包装层包覆所述凹口式的电池结构，其中在电解液被加入所述第二类型的所述电池袋结构后，所述凹口式的电池袋结构被完全地或安全地封闭或密封。要注意的是，在电解液被加入所述第二类型的所述电池袋结构后，不均匀厚度的所述凹口式的电池袋结构被完全地或安全地封闭或密封。还要注意的是，从所述电池袋结构向外延伸的正极端子被连接到所述正极集电器，及从所述电池袋结构向外延伸的负极端子被连接到所述负极集电器。
在制作柔性可充电电池单元的方法中，优选的是，隔离层从具有弹性特性的纳米纤维材料来构造，而包装层从铝材料来制成。还优选的是，包装层的密封是使用激光器或热密封工具来执行，并且通过追踪、切割和形状密封程序来封闭或密封。
在制作柔性可充电电池单元的方法的第一示范实施例中，以例如头盔状、十字形或字母E模式的自由形态形状来配置阴极和阳极衬底，由此产生自由形态模式的堆叠式电池结构，该堆叠式电池结构可沿两个或更多轴向弯曲。在制作柔性可充电电池单元的方法的第二示范实施例中，通过向内折叠堆叠式电池结构的至少一端，自由形态模式的堆叠式电池结构配置成具有不均匀厚度。因此，所配置的结构的一个或多个较薄部分提供附加的可弯曲性，以及所配置的结构的一个或多个较厚部分提供附加的充电/放电容量。
与相关的现有技术相比，本公开支持基于纳米纤维的锂离子电池单元，该基于纳米纤维的锂离子电池单元是可高度弯曲的，同时保持稳定和安全的电池存储和操作。具体来说，电池单元被配置成具有非传统模式的自由形态形状以实现多轴向覆盖。另外，电池单元被配置成包括不均匀厚度以增强可弯曲性和存储容量。
附图说明
本公开的附加特征和优点将通过参考附图对一个或多个示例性实施例的以下详细描述变得明显，附图仅用于说明目的，因此不限制本公开，其中：
图1是按照本公开的第一示范实施例的第一自由形态配置的第一示范电池单元的说明图；
图2是按照本公开的第二示范实施例的第二自由形态模式的第二示范电池单元的说明图；
图3是按照本公开的第一示范实施例的第一堆叠式电池结构的示意图；
图4是按照本公开的第一示范实施例的第二堆叠式电池结构的示意图；
图5是按照本公开的第一示范实施例的第三堆叠式电池结构的示意图；
图6是按照本公开的第一示范实施例的第一电池袋结构的示意图；
图7是按照本公开的第一示范实施例的第二电池袋结构的示意图；
图8是按照本公开的第一示范实施例呈第三自由形态(十字形)模式的阴极衬底的说明图；
图9是按照本公开的第一示范实施例的具有十字形模式的阴极衬底的隔离器的说明图；
图10是按照本公开的第一示范实施例呈十字形模式的包封阴极结构的说明图；
图11是按照本公开的第一示范实施例呈十字形模式的阳极衬底的说明图；
图12是按照本公开的第一示范实施例呈十字形模式的堆叠式电池结构的说明图；
图13是按照本公开的第一示范实施例呈十字形模式的扩展堆叠式电池结构的说明图；
图14是按照本公开的第一示范实施例的具有呈十字形模式的堆叠式电池结构的包装层的说明图；
图15是按照本公开的第一示范实施例呈十字形模式的电池袋结构的说明图；
图16是本公开的第一实施例中呈十字形模式的电池袋结构转换成第二示范实施例的说明图；
图17是按照本公开的第二示范实施例的第一凹口式的电池结构的顶视图和侧视图的说明图；
图18是按照本公开的第二示范实施例的具有第一凹口式的电池结构的包装层的说明图；
图19是按照本公开的第二示范实施例的第一电池袋结构的顶视图和侧视图的说明图；
图20是按照本公开的第一示范实施例的具有第四自由形态(字母E)模式的阴极衬底的隔离器的说明图；
图21是按照本公开的第一示范实施例呈字母E模式的包封阴极结构的说明图；
图22是按照本公开的第一示范实施例呈字母E模式的阳极衬底的说明图；
图23是按照本公开的第一示范实施例呈字母E模式的堆叠式电池结构的说明图；
图24是本公开的第一实施例中呈字母E模式的堆叠式电池结构转换成第二示范实施例的说明图；
图25是按照本公开的第二示范实施例的第二凹口式的电池结构的顶视图和侧视图的说明图；
图26是按照本公开的第二示范实施例的具有第二凹口式的电池结构的包装的说明图；以及
图27是按照本公开的第二示范实施例的第二电池袋结构的顶视图和侧视图的说明图。
具体实施方式
下面将参考附图描述根据本公开的涉及电池单元的一个或多个示例性实施例。应该理解的是，这些图不是按比例描绘的。
在图1中，示出了根据第一示例性实施例(即，均匀厚度)的具有第一自由形态形状(即，头盔状模式)的第一电池单元10。具体地，电池单元10的形状为头盔状模式以允许在多个轴向弯曲，从而消除和解决了传统的现有技术在具有多轴向曲面的物体上覆盖或勾画轮廓时突出了角部或皱纹的问题。电池单元10从非弯曲模式到弯曲模式的转变如图1所示以示出多轴向弯曲。电池单元10的形状或模式不限于如图1所示的示例，因为电池单元可以是任何特定的形状或配置(即，自由形态形状)。
图2示出了根据第二示例性实施例(即，不均匀厚度)的第二自由形态模式的第二电池单元12。凹口式的电池结构12的较薄部分提供附加的可弯曲性，而凹口式的电池结构12的较厚部分提供附加的充电/放电容量。透过将处于弯曲模式与处于非弯曲模式的电池单元12进行对比，示出了在图2中电池单元12的增强的弯曲性。
参照图3，示出了根据本公开的第一示例性实施例的第一堆叠式电池结构14。在堆叠式电池结构14中，阴极衬底16具有集成在正(+ve)电极20内的正极集电器18，并且阳极衬底22具有集成在负(-ve)电极26内的负极集电器24。阴极衬底16进一步被隔离层28包封(覆盖和封装)，随后通过例如追踪、切割和形状密封程序封闭或密封以形成包封阴极衬底30。正极集电器18的一端从包封阴极衬底30向外延伸，而负极集电器24的一端从负电极26向外延伸。阳极衬底22与包封阴极衬底30以重叠的方式对准堆叠形成堆叠式电池结构如图14，其中正极集电器18与负极集电器24被放置在同一侧。
本公开的隔离层28因纳米纤维材料的结构(例如，编织网)和特性(例如，弹性)而选择纳米纤维材料中和由纳米纤维材料制成。所得的纳米纤维隔离器可以弯曲、变形和/或拉伸而不会断裂。由纳米纤维隔离器封装的包封结构，其具有超过25％的断裂伸长率，以在电极在弯曲或变形时确保包封结构保持完整，并容许电极保持在包封结构内。换句话说，纳米纤维隔离器，其由聚合物网和断裂伸长率超过25％的弹性结构组成，可以通过允许包封结构在电极被弯曲或变形时保持完整提供安全和稳定的操作。因此，纳米纤维隔离器远远优于由带孔的聚合物片材制成的传统隔离器，传统隔离器在弯曲或拉伸时会破裂从而导致短路。此外，使用纳米纤维隔离器作为隔离层28允许将第一实施例中的任何电池单元构造成自由形态形状，并且将第二实施例中的任何电池单元构造成具有不均匀的厚度。
图4示出根据第一示例性实施例的第二堆叠式电池结构32。具体地，不是包封阴极20，而是阳极衬底22现被隔离层28包封(覆盖和封装)，然后通过例如追踪、切割和形状密封程序完全或有效地封闭或密封以形成包封阳极衬底34。
图5示出第三堆叠式电池结构36，其具有从正极集电器1突出的端8和负极集电器24突出的端，这些端彼此相对分别被放置在相对侧。类似于第一堆叠式电池结构14，第三堆叠式电池结构36以重叠方式将阳极衬底22与包封阴极衬底30对齐。
参见图6，其将图5所示的第三堆叠式电池结构36包覆(覆盖和层压)，然后通过包装层38完全或有效地封闭或密封以形成根据第一示例性实施例的第一电池袋结构40。相对于包装层38的完全密封，通过将电解液42安全地保留在第一电池袋结构40内能实施间歇密封方法(例如，采用小开放包)为有效的密封方法。通过例如追踪、切割和形状密封程序使用包装层38完全或有效地包封或密封第一电池袋结构40之前，在其中添加或注入电解液42。注入的电解液42填充由包装层38包封的第一电池袋结构40的腔体。另外，正极集电器18的一端被连接到正极端子44，正极端子44从第一电池袋结构40向外延伸。类似地，负极集电器24的一端被连接到负极端子46，负极端子46也从第一电池袋结构40向外延伸。该38可由柔性铝材料构成，例如铝箔或铝片。
图7示出了可选的布置，其中如图3所示的堆叠式电池结构14的两个附加复件以重叠方式与堆叠式电池结构14对齐并堆叠以形成扩展的堆叠式电池结构48。换言之，每个复件与图3所示的堆叠式电池结构14具有相同结构，该每个复件与堆叠式电池结构14以直接重叠的方式进一步对齐堆叠，以形成第一示例性实施例的扩展的堆叠式电池结构48。扩展的堆叠式电池结构48通过包装层38进一步被包覆并完全或有效地封闭或密封以形成根据第一示例性实施例的第二电池袋结构50。具体地，通过例如追踪、切割和形状密封程序使用包装层38完全或有效地包封或密封扩展的堆叠式电池结构48之前，将电解液42添加或注入扩展的堆叠式电池结构48以填充由包装层38包封的第二电池袋结构50的腔体。
在图7中，来自每个堆叠式电池结构14及其复件的每个正极集电器被连接到正极端子44，所述正极端子44从第二电池袋结构50向外延伸。同样，来自每个堆叠式电池结构14及其复件的每个负极集电器被连接到负极端子46，所述负极端子46从第二电池袋结构50向外延伸。
图8示出按照本公开的第一示范实施例的第三自由形态形状(“十字形模式”)的阴极衬底116。阴极衬底116具有正极集电器118，其具有一端由此端向外延伸或突出。由隔离层128对阴极衬底116的进一步包封(即，覆盖和封装连同其后续密封)在图9中示出。隔离层128从纳米纤维材料制成，并且充分地确定尺寸大小以覆盖阴极衬底116。由隔离层128对阴极衬底116的包封能够通过例如追踪、切割和形状密封程序来完成。
具体来说，如同图3-5所参考的隔离层28，如图9所示的纳米纤维隔离层128由编织网结构来制成并且是柔性的，以及包含聚合物的机械特性。聚合物的特性和网结构允许纳米纤维隔离层128具有优于传统的隔离器的优良特性，传统的隔离器一般由具有孔的片材来制成。因此，与传统的隔离器在变形时能断裂从而引起短路相比，使用纳米纤维隔离器在本公开的电池单元中是稳定和安全的且没有引起短路的风险。
参照图10，十字形模式的阴极衬底116在被隔离层128所覆盖之后沿短划线或虚线122被追踪、切割和形状密封，从而产生十字形模式的包封阴极衬底130。追踪、切割和形状密封程序能够通过例如激光器或成形热密封机械来完成。正极集电器118的一端从短划线122向外延伸或突出。短划线122内的整个边界的完全密封能够采用其他有效方法来替代，例如具有熔点之间的小空间，只要电极在密封边界内被捕集或固定，并且因此保持与位于上方或下方的所堆叠的其他电极分离。
在图11中，示出了十字形模式的阳极衬底132，其中负极集电器134的一端在一端从此端向外延伸或突出。在图12中，通过将图10所示的包封阴极衬底130与图11所示的阳极衬底132堆叠来形成十字形模式的堆叠式电池结构144。通过包封阴极衬底130与阳极衬底132的直接重叠来实现堆叠。正极集电器118的端和负极集电器134的端分别定位在同一侧，并且从堆叠式电池结构144向外突出。
可选地，通过多次(即，N次)重复堆叠式电池结构144，能够如图13所示的执行将堆叠式电池结构144的重复结构144’和144”作进一步堆叠。具体来说，使用附加结构144’和144”能进行扩展的堆叠，该附加结构144’和144”为图12所示的堆叠式电池结构144的复件。换言之，重复结构144’和144”按照与堆叠式电池结构144相同的方式来制成，以及进行直接重叠以形成如图13所示的十字形模式的扩展的堆叠式电池结构150。
在图14中，如图12所示的十字形模式的堆叠式电池结构144通过包装层138进一步被包覆，并且随后被封闭或密封，该包装层138能由如铝箔或片材的柔性铝材料来构成。要注意的是，包装层138充分地确定尺寸大小以覆盖堆叠式电池结构144，并且在堆叠式电池结构144通过例如追踪、切割和形状密封程序完全或有效地封闭和密封之前加入或注入电解液42。
通过包装层138对堆叠式电池结构144的包覆和密封来形成如图15所示的十字形模式的电池袋结构152。正极集电器118的一端被连接到正极端子156，该正极端子156在第二电池袋结构152的一端向外延伸。类似地，负极集电器134的一端被连接到负极端子158，该负极端子158在十字形模式的电池袋结构152的同一端向外延伸。
在图16中，按照第一实施例的如图12所示的呈十字形模式的堆叠式电池结构144被配置(例如向内折叠或弯曲)形成如图17所示的按照第二示范实施例的不均匀厚度的第一凹口式的电池结构160。更具体来说，图16和图17共同示出一过程，其中通过向内弯曲或折叠来配置堆叠式电池结构144的至少一端或相对端以产生在第一凹口式的电池结构160上不均匀厚度。因此，第一凹口式的电池结构160的较薄部分提供附加的可弯曲性，而第一凹口式的电池结构160的较厚部分提供附加的充电/放电容量。这种不均匀厚度通过如图17所示的第一凹口式的电池结构160的顶视图和侧视图示出。
如第一实施例那样，图18所示的第二实施例的第一凹口式的电池结构160进一步被包覆，并且随后通过包装层138来封闭或密封，所述包装层138充分地确定尺寸大小以覆盖第一凹口式的电池结构160。特别是，在第一凹口式的电池结构160通过追踪、切割和形状密封程序完全或有效地密封或封闭之前加入或注入电解液42。
按照第二实施例的第二电池袋结构162在图19中示出。不均匀厚度的第二电池袋结构通过将包装层138完全或有效地包封和密封到第一凹口式的电池结构160来形成。正极集电器118的一端被连接到正极端子164，该正极端子164从第二电池袋结构162的一端向外延伸。类似地，负极集电器134的一端被连接到负极端子166，该负极端子166在第二电池袋结构162的同一端向外延伸。
在图20，按照本公开的第一示范实施例的第四自由形态形状(“字母E模式”)的阴极衬底252连同隔离层128一起示出。具体来说，示出了字母E模式的阴极衬底252具有正极集电器254的一端由此端向外延伸或突出，以及这随后由隔离层128来包封，所述隔离层128充分地确定尺寸大小以覆盖阴极衬底252。使用隔离层128对阴极衬底252的完全或有效包封或密封能够通过例如追踪、切割和形状密封程序来完成。
在图21中，通过使用隔离层128对阴极衬底252的包封和密封来形成字母E模式的包封阴极衬底260。具体来说，通过沿短划线或虚线262追踪、切割和形状密封来完成由隔离层128对阴极衬底252的包封和密封。追踪、切割和形状密封程序能够通过例如激光器或成形热密封机械来完成。正极集电器254的一端从短划线262向外延伸或突出。
在图22中，示出字母E模式的阳极衬底268，其中负极集电器274的一端在一端从此端向外延伸或突出。在图23中，通过将图21所示的包封阴极衬底260与图22所示的阳极衬底268堆叠来形成字母E模式的堆叠式电池结构284。通过阳极衬底268与包封阴极衬底260的直接重叠来实现堆叠。正极集电器254的端和负极集电器274的端分别定位在同一侧。
在图24中，字母E模式的堆叠式电池结构284随后通过例如向内折叠或弯曲配置以形成按照第二示范实施例如图25所示的不均匀厚度的第二凹口式的电池结构290。更具体来说，图24和图25共同示出一过程，其中堆叠式电池结构244的同一侧上的至少一端或多端向内弯曲或折叠以产生第二凹口式的电池结构290内的不均匀厚度。因此，第二凹口式的电池结构290的较薄部分提供附加的可弯曲性，而第二凹口式的电池结构290的较厚部分提供附加的充电/放电容量。这种不均匀厚度通过如图25所示的第二凹口式的电池结构290的顶视图和侧视图示出。
如第一实施例那样，如图26所示的第二实施例中的第二凹口式的电池结构290进一步被包覆，并且然后通过包装层138来封闭或密封，所述包装层138充分地确定尺寸大小以覆盖第二凹口式的电池结构290。特别是，在第二凹口式的电池结构290通过追踪、切割和形状密封程序完全或有效地密封或封闭之前加入或注入电解液42。
如图27所示的按照第二实施例的不均匀厚度的第二电池袋结构292通过包装层138对第二凹口式的电池结构290的包覆和密封来形成。正极集电器254的一端被连接到正极端子296，该正极端子164在第二电池袋结构290的一端向外延伸。类似地，负极集电器274的一端被连接到负极端子298，该负极端子166在第二电池袋结构292的同一端向外延伸。
具有自由形态结构的柔性锂离子电池的优点包括减慢电池的退化和延长电池的寿命周期。特别是，与工业传统的电池中的典型500次循环相比，本公开的电池单元能够实现1000次充电/放电循环并且保持超过80％容量。按照本公开的基于纳米纤维的柔性锂离子电池能够被制作成具有下列特性：能量密度—450wH/cm3；容量(例如，表带)—估计从100mAh增加到150mAh；输出电流—高达2C；以及可弯曲性—最小弯曲半径15mm(估计)。
尽管已经参考特定实施例描述了本公开，但是该描述并不意味着被解释为限制性的。应当理解的是，本公开的范围不限于上述实施例，而是由所附的权利要求所限定。因此，可被预期的是，所附的权利要求将覆盖落入本公开的真实范围内的所有修改。在不脱离本公开的目的和精神的情况下，对实施例的各种修改都是可能的，但是它们仍然在本公开的范围内，对于本领域技术人员来说是显而易见的。

Claims (20)

1.一种柔性可充电电池单元，包括：
阴极衬底，其以自由形态形状被配置，所述阴极衬底具有集成在正电极内的正极集电器；
阳极衬底，其以自由形态形状被配置，所述阳极衬底具有集成在负电极内的负极集电器；以及
隔离层，其用于包封所述阴极衬底或所述阳极衬底以形成包封阴极衬底或包封阳极衬底，
其中所述包封阴极衬底与所述阳极衬底重叠或者所述包封阳极衬底与所述阴极衬底重叠，以形成呈所述自由形态形状的堆叠式电池结构。
2.根据权利要求1所述的电池单元，进一步包括所述堆叠式电池结构的一个或多个复件，所述一个或多个复件按照与所述堆叠式电池结构重叠的方式被放置，以形成呈所述自由形态形状的扩大的堆叠式电池结构。
3.根据权利要求2所述的电池单元，进一步包括呈所述自由形态形状的扩大的电池袋结构，所述扩大的电池袋结构通过包装层包覆所述扩大的堆叠式电池结构而形成，其中在电解液被加入所述扩大的电池袋结构后，所述扩大的电池袋结构被安全地封闭。
4.根据权利要求1所述的电池单元，进一步包括呈所述自由形态形状的电池袋结构，所述电池袋结构通过包装层包覆所述堆叠式电池结构而形成，其中在电解液被加入所述电池袋结构后，所述电池袋结构被安全地封闭。
5.根据权利要求3或4所述的电池单元，其中从所述电池袋结构向外延伸的正极端子被连接到所述正极集电器，及从所述电池袋结构向外延伸的负极端子被连接到所述负极集电器。
6.根据权利要求1或2所述的柔性可充电电池单元，进一步包括：
凹口式的电池结构，其通过配置所述堆叠式电池结构来包括不均匀厚度而形成；以及
电池袋结构，其通过包装层包覆所述凹口式的电池而形成，其中在电解液被加入所述电池袋结构后，所述电池袋结构被安全地封闭。
7.根据权利要求6所述的电池单元，其中从所述电池袋结构向外延伸的正极端子被连接到所述正极集电器，及从所述电池袋结构向外延伸的负极端子被连接到所述负极集电器。
8.根据权利要求6所述的电池单元，其中所述凹口式的电池结构的一个或多个较薄部分被提供附加的可弯曲性，以及所述凹口式的电池结构的一个或多个较厚部分提供附加的充电/放电容量。
9.根据权利要求1所述的电池单元，其中所述隔离层由纳米纤维材料构成。
10.根据权利要求1所述的电池单元，其中所述自由形态模式的所述堆叠式电池结构能同时沿两个或更多轴向弯曲。
11.一种制作柔性可充电电池单元的方法，包括：
形成阴极衬底，其以自由形态形状被配置，所述阴极衬底具有放置在正电极内的正极集电器；
通过将负极集电器放置在负电极内形成以所述自由形态形状被配置的阳极衬底；
使用隔离层来包封所述阴极衬底或所述阳极衬底以形成包封阴极衬底或包封阳极衬底，
其中所述包封阴极衬底与所述阳极衬底重叠或者所述包封阳极衬底与所述阴极衬底重叠，以形成呈所述自由形态形状的堆叠式电池结构。
12.根据权利要求11所述的电池单元，进一步包括按照与所述堆叠式电池结构重叠的方式放置所述堆叠式电池结构的一个或多个复件，以形成呈所述自由形态形状的扩大的堆叠式电池结构。
13.根据权利要求12所述的方法，进一步包括通过包装层包覆所述扩大的堆叠式电池结构形成呈所述自由形态形状的扩大的电池袋结构，其中在电解液被加入所述扩大的电池袋结构后，所述扩大的电池袋结构被安全地封闭。
14.根据权利要求11所述的方法，进一步包括通过包装层包覆所述堆叠式电池结构形成呈所述自由形态形状的电池袋结构，其中在电解液被加入所述电池袋结构后，所述第一类型的所述电池袋结构被安全地封闭。
15.根据权利要求13或14所述的方法，其中从所述第一类型的所述电池袋结构向外延伸的正极端子被连接到所述正极集电器，及从所述电池袋结构向外延伸的负极端子被连接到所述负极集电器。
16.根据权利要求11或12所述的方法，进一步包括：
形成凹口式的电池结构，其通过配置所述堆叠式电池结构来包括不均匀厚度；以及
形成第二类型的电池袋结构，其通过包装层包覆所述凹口式的电池结构，其中在电解液被加入所述第二类型的所述电池袋结构后，所述凹口式的电池袋结构被安全地封闭。
17.根据权利要求16所述的方法，其中从所述电池袋结构向外延伸的正极端子被连接到所述正极集电器，及从所述电池袋结构向外延伸的负极端子被连接到所述负极集电器。
18.根据权利要求16所述的方法，其中所述凹口式的电池结构的一个或多个较薄部分被提供附加的可弯曲性，以及所述凹口式的电池结构的一个或多个较厚部分提供附加的充电/放电容量。
19.根据权利要求11所述的方法，其中所述隔离层由纳米纤维材料构成。
20.根据权利要求11所述的方法，其中所述自由形态模式的所述堆叠式电池结构能同时沿两个或更多轴向弯曲。
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