CN207116580U - 柔性锂离子电极片及包含该电极片的电池 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了一种柔性锂离子电极片，包括至少一组极片基体，极片基体包括垫层和设置在垫层上的纤维体层，垫层和纤维体层均采用纳米纤维材料，纤维体层内分散设置有若干活性物质颗粒和若干导电剂颗粒，活性物质颗粒和导电剂颗粒均通过纳米纤维缠绕限位在纤维体层内。另外，本实用新型还提供了包含柔性锂离子电极片的电池。该柔性锂离子电极片通过纤维体层作为活性物质和导电剂的支撑体，提高了电极片的柔韧性，能够承受弯曲，拉伸和压缩等受力形式，而且弯曲不会引起容量下降和电压突变，不会造成电池内部结构破坏，以及不会造成安全隐患；同时通过垫层的设置降低电极片在制备过程中浆料的流失率，提高电极片的机械强度。
Description
技术领域
本实用新型属于电化学技术领域，具体涉及一种柔性锂离子电极片及包含该电极片的电池。
背景技术
锂离子电池是一种能量密度高、可靠性高、加工性能好和环保性能优良的二次电池，已被广泛应用于各类便携式电子设备中。现有的锂离子电池包括相互叠加卷绕的正极片、隔膜、负极片和电解液，隔膜间隔于相邻的正、负极片之间以将正负极片绝缘，同时用于保持电解液；正极片包括正极集流体及形成于该正极集流体表面的正极材料层；负极片包括负极集流体及形成于该负极集流体表面的负极材料层；锂离子电池的正负极片一般根据电池尺寸采用卷绕或者堆叠方式，正负极片上的材料层连续分布在集流体上；其中，锂离子电池中的集流体是用于汇集电流的结构，集流体的功用主要是将锂离子电池中活性物质产生的电流汇集起来以便形成较大的电流对外输出，因此，集流体应与活性物质充分接触，并且内阻应尽可能小为佳。现有的锂离子电池中，集流体通常采用金属薄片，如铜箔、铝箔，然而，这些金属薄片一般不能弯折和挤压，不具有柔性，因此，使得锂离子电池具有相当的硬度，不能接受由于外力而导致的变形。如果锂离子电池有变形，将会破坏正负极片与隔膜间的界面，导致电池性能恶化，影响终端用户的正常使用。同时，现有锂离子电池通常含有电解液，且自放电率较高，容易造成漏液，安全性有待进一步提高。
随着电子技术的快速发展，越来越多的电子设备正在向着轻薄化和柔性化的方向进行发展，例如三星和LG都推出了自家的柔性可折叠的屏幕，并且正在计划推出可折叠的手机等产品，目前显示组件和电路都可实现柔性和可折叠，目前最大的挑战就是可以折叠的储能电源产品，传统的锂离子电池、超级电容器等产品，不但体积笨重，而且还无法折叠，在体积变化过大时，甚至会导致正负极之间发生短路，引发热失控，导致严重的安全问题。因此为了适应下一代柔性电子设备的发展，锂离子电池的发展方向也应向着柔性、可折叠的方向进行发展。因此，研发一种可以弯折、挤压，自放电率小，安全性高的柔性锂离子电池，具有重要的现实意义。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种柔性锂离子电极片，该电极片可以弯折、挤压，自放电率小，安全性高。
为此，本实用新型实施例提供了一种柔性锂离子电极片，包括至少一组极片基体，所述极片基体包括垫层和设置在垫层上的纤维体层，所述垫层和纤维体层均采用纳米纤维材料，所述纤维体层内分散设置有若干活性物质颗粒和若干导电剂颗粒，所述活性物质颗粒和导电剂颗粒均通过纳米纤维缠绕限位在纤维体层内。
优选的，上述柔性锂离子电极片包括多组极片基体，每组所述极片基体至少一侧涂布有导电银胶层，多组所述极片基体之间通过导电银胶层叠加固定设置。
优选的，所述柔性锂离子电极片的厚度不超过2000微米。
优选的，所述导电银胶层的厚度为2～5微米。
优选的，所述极片基体至少一侧涂布有导电石墨涂覆层，所述导电石墨涂覆层为空心微球结构。
优选的，所述导电石墨涂覆层的厚度不超过20微米。
另外，本实用新型还提供了包含上述柔性锂离子电极片的电池，包括电极单元和外包装，所述电极单元包括第一柔性电极片、第二柔性电极片以及隔膜，所述第一柔性电极片和第二柔性电极片为上述的柔性锂离子电极片，所述第一柔性电极片和第二柔性电极片通过隔膜分隔；所述外包装包裹所述电极单元。
进一步的，所述电极单元中第一柔性电极片、隔膜以及第二柔性电极片依次层叠设置。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果：
(1)本实用新型提供的这种柔性锂离子电极片通过纤维体层作为活性物质和导电剂的支撑体，提高了电极片的柔韧性，能够承受弯曲，拉伸和压缩等受力形式，而且弯曲不会引起容量下降和电压突变，不会造成电池内部结构破坏，以及不会造成安全隐患；同时通过垫层的设置降低电极片在制备过程中浆料的流失率，提高电极片的机械强度。
(2)本实用新型提供的这种柔性锂离子电极片通过多组极片基体叠加布置，大大提高了电极片的面密度，进而可提高电池的能量密度。
(3)本实用新型提供的这种柔性锂离子电极片通过在极片基体表面涂布的导电石墨涂覆层增加电极片与反应物质的接触面积，提高电极片的导电性能。
(4)本实用新型提供的这种包含柔性锂离子电极片的电池具有一定的柔性，能够承受弯曲，拉伸和压缩等受力形式，而且弯曲不会引起容量下降和电压突变，不会造成电池内部结构破坏，能满足柔性电子设备的要求，扩大了锂离子电池的适用范围。
以下将结合附图对本实用新型做进一步详细说明。
附图说明
图1是本实用新型柔性锂离子电极片中极片基体的结构示意图；
图2是本实用新型柔性锂离子电极片中多组极片基体叠加的结构示意图；
图3是包含柔性锂离子电极片的电池的结构示意图。
附图标记说明：1、极片基体；2、垫层；3、纤维体层；4、活性物质颗粒；5、导电剂颗粒；6、导电石墨涂覆层；7、导电银胶层；8、外包装；9、第一柔性电极片；10、隔膜；11、第二柔性电极片。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本实用新型保护的范围。
在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，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实用新型的限制；另外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量，在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”、“若干”的含义是两个或两个以上。
如图1所示，本实施例提供了一种柔性锂离子电极片，包括至少一组极片基体1，所述极片基体1包括垫层2和设置在垫层2上的纤维体层3，所述垫层2和纤维体层3均采用纳米纤维材料，所述纤维体层3内分散设置有若干活性物质颗粒4和若干导电剂颗粒5，所述活性物质颗粒4和导电剂颗粒5均通过纳米纤维缠绕限位在纤维体层3内。其中，所述活性物质颗粒4为现有任意正、负极材料中的一种，正极如钴酸锂、锰酸锂、镍钴锰酸锂、磷酸铁锂及二元、三元材料，负极如石墨、中间相碳微球、无定形碳、硅材料、钛酸锂等；所述导电剂颗粒5可选用碳纳米管、导电碳黑、KS-6、科琴黑或石墨烯。
该柔性锂离子电极片的制备方法，其工序包括：分散、搅拌、垫层制备、过滤、烘烤和滚压，具体实施方式为：
(1)分散：将所述导电剂颗粒5采用有机溶剂或者去离子水做溶剂，超声分散，分散浓度为0.1～2mg/ml，形成导电剂浆料；所述纤维体层3材料采用有机溶剂或去离子水做溶剂，高速搅拌式分散，分散浓度为0.5～3mg/ml。
(2)搅拌：向步骤(1)的导电剂浆料中加入所述活性物质颗粒4，充分混合，然后加入步骤(1)中分散好的纤维体层3，充分搅拌混合均匀，形成悬浮浆料。
(3)垫层制备：将垫层2材料加入有机溶剂或者去离子水中高速分散均匀，分散浓度为0.1～2mg/ml，形成垫层悬浮液，将垫层悬浮液倒入放有过滤层的抽滤装置进行真空抽滤；垫层2在极片基体1中的面密度为0.1～5mg/cm2，保证电极片的机械强度。
(4)过滤：在垫层悬浮液快抽滤完时加入步骤(2)中的悬浮浆料，避免悬浮浆料倒入时，将垫层2冲破，然后采用真空抽滤或者高压压滤的方式过滤成膜。
(5)烘烤：取步骤(4)中过滤成膜的样品在真空中烘烤，去掉膜中溶剂成分；其中烘烤温度和时间的设定根据所选用溶剂的种类和加入量。
(6)滚压：将步骤(5)中烘烤后的膜经滚压压片形成柔性锂离子电极片。
本实用新型选用网络状结构的纳米纤维作为纤维体层3将活性物质颗粒4、导电剂颗粒5等包裹在一起，具有一定柔性，使得该电极片能够承受弯曲，拉伸和压缩等受力形式，同时通过设置垫层2不仅能提高电极片的机械强度大，而且降低电极片在制备过程中其浆料的流失率。
优化的实施方式，如图2所示，该柔性锂离子电极片包括多组极片基体1，每组所述极片基体1至少一侧涂布有导电银胶层7，多组所述极片基体1之间通过导电银胶层7叠加固定设置，所述导电银胶层7的厚度为2～5微米，该厚度的导电银胶层7能保证多组极片基体1之间具有很好的粘结效果，同时又有很好的导电效果；通过多组极片基体1叠加得到的所述柔性锂离子电极片的厚度不超过2000微米。通过将多组极片基体1叠加滚压成一体，大大提高电极片的面密度，进而可大大提高锂电池的能量密度。
另一种优化的实施方式，如图1所示，所述极片基体1至少一侧涂布有导电石墨涂覆层6，所述导电石墨涂覆层6为空心微球结构，空心的微球结构的导电石墨涂覆层6具有较高的比表面积，大大提高了与其反应物质的接触面积，提升了导电石墨涂覆层6的导电性，从而提高了该柔性锂离子电极片与隔膜直接接触能力，增强了由该柔性锂离子电极片制得的电池的电性能。所述导电石墨涂覆层6的厚度不超过20微米，太厚则会影响电池的电性能。
另外，如图3所示，本实施例还提供了包含上述柔性锂离子电极片的电池，包括电极单元和外包装8，所述电极单元包括第一柔性电极片9、第二柔性电极片11以及隔膜10，所述第一柔性电极片9和第二柔性电极片11均采用上述的柔性锂离子电极片，所述第一柔性电极片9和第二柔性电极片11通过隔膜10分隔；所述外包装8包裹所述电极单元。其中，第一柔性电极片9是指活性物质颗粒采用现有正极材料制得的柔性锂离子正电极片，第二柔性电极片11是指活性物质颗粒采用现有负极材料制得的柔性锂离子负电极片。优选的，所述电极单元中第一柔性电极片9、隔膜10以及第二柔性电极片11依次层叠设置。本实施例的这种包含柔性锂离子电极片的电池具有一定的柔性，能够承受弯曲，拉伸和压缩等受力形式，而且弯曲不会引起容量下降和电压突变，不会造成电池内部结构破坏，能满足柔性电子设备的要求，扩大了锂离子电池的适用范围。
综上所述，本实用新型提供的这种柔性锂离子电极片通过纤维体层作为活性物质和导电剂的支撑体，提高了电极片的柔韧性，能够承受弯曲，拉伸和压缩等受力形式，而且弯曲不会引起容量下降和电压突变，不会造成电池内部结构破坏，以及不会造成安全隐患；同时通过垫层的设置降低电极片在制备过程中浆料的流失率，提高电极片的机械强度。
以上例举仅仅是对本实用新型的举例说明，并不构成对本实用新型的保护范围的限制，凡是与本实用新型相同或相似的设计均属于本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.柔性锂离子电极片，其特征在于：包括至少一组极片基体(1)，所述极片基体(1)包括垫层(2)和设置在垫层(2)上的纤维体层(3)，所述垫层(2)和纤维体层(3)均采用纳米纤维材料，所述纤维体层(3)内分散设置有若干活性物质颗粒(4)和若干导电剂颗粒(5)，所述活性物质颗粒(4)和导电剂颗粒(5)均通过纳米纤维缠绕限位在纤维体层(3)内。
2.如权利要求1所述的柔性锂离子电极片，其特征在于：包括多组极片基体(1)，每组所述极片基体(1)至少一侧涂布有导电银胶层(7)，多组所述极片基体(1)之间通过导电银胶层(7)叠加固定设置。
3.如权利要求2所述的柔性锂离子电极片，其特征在于：所述柔性锂离子电极片的厚度不超过2000微米。
4.如权利要求2所述的柔性锂离子电极片，其特征在于：所述导电银胶层(7)的厚度为2～5微米。
5.如权利要求1所述的柔性锂离子电极片，其特征在于：所述极片基体(1)至少一侧涂布有导电石墨涂覆层(6)，所述导电石墨涂覆层(6)为空心微球结构。
6.如权利要求5所述的柔性锂离子电极片，其特征在于：所述导电石墨涂覆层(6)的厚度不超过20微米。
7.包含如权利要求1～6任一项所述的柔性锂离子电极片的电池，其特征在于：包括电极单元和外包装(8)，所述电极单元包括第一柔性电极片(9)、第二柔性电极片(11)以及隔膜(10)，所述第一柔性电极片(9)和第二柔性电极片(11)为权利要求1～6任一项所述的柔性锂离子电极片，所述第一柔性电极片(9)和第二柔性电极片(11)通过隔膜(10)分隔；所述外包装(8)包裹所述电极单元。
8.如权利要求7所述的电池，其特征在于：所述电极单元中第一柔性电极片(9)、隔膜(10)以及第二柔性电极片(11)依次层叠设置。
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|---|---|---|---|---|
| CN109786119A (zh) * | 2019-01-23 | 2019-05-21 | 三峡大学 | 一种多孔电极及其导电化处理的方法 |
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