CN216288665U - 一种柔性透明水系锌离子电池 - Google Patents

Abstract

本实用新型提出了一种柔性透明水系锌离子电池，用以解决现有的水系锌离子电池缺乏柔性可弯曲设计和可视透明化设计的技术问题。本实用新型包括正极和负极，正极和负极之间设置有隔膜，正极和负极的外侧包覆有柔性透明封装膜，柔性透明封装膜内填充有电解液，正极上设置有伸出柔性透明封装膜的正极极耳，负极上设置有伸出柔性透明封装膜的负极极耳，隔膜为柔性隔膜，正极和负极均为柔性材料。封装膜、正极、隔膜和负极均具备柔性特征，可实现水系锌离子电池的可弯曲；封装膜还具备透明的特质，实现电池的内部的可视化，方便对内部电极板等结构进行观察。

Description

一种柔性透明水系锌离子电池

技术领域

本实用新型涉及电池密封以及水系锌离子电池制备的技术领域，尤其涉及一种柔性透明水系锌离子电池。

背景技术

随着经济社会的不断发展，便携式电子设备在人们的日常生活中随处可见。锂离子电池近年来取得了很大的发展，然而，锂离子电池固有的有机电解液为其安全性埋下了隐患，由电池充电引起的手机、电动汽车起火、爆炸事件层出不穷。因此，一种新型具有高安全性能的水系锌离子电池逐渐引起了研究人员的广泛关注。目前水系锌离子电池的发展尚未产业化，而相关的电池结构研究主要是基于扣式电池的设计，这种方式存在缺乏柔性设计和电极可视化问题。

近年来，透明电子材料前沿设计和应用得到了迅速的发展，目前越来越多的企业开始研发透明电子产品，该类产品具有炫酷、轻薄、易于携带、支持3D显示技术，环保节能等优点，可以给消费者带来一种全新的人机交互体验。柔性的透明电视、透明手机、透明键盘、透明手表等电子设备未来将逐渐走进人们的生活中。然而，柔性透明电子技术仍有一些重要的问题亟待解决，如存储能量的电源透明化仍是一个难题。

人们对于柔性（可弯曲）化电子设备的需求与日俱增，电池的柔性设计显得极为重要。电池的柔性设计主要包括集流体和封装材料的柔性设计。因此，开发一种柔性的水系锌离子电池，将极大促进锌离子电池未来的商业化应用。与此同时，电池的可视化对于消费者和企业均非常重要，通过透明（可视化）化设计，可以在不拆开电池的基础上，肉眼观测到电极的一些变化。

实用新型内容

针对现有的水系锌离子电池缺乏柔性可弯曲设计和可视透明化设计的技术问题，本实用新型提出一种柔性透明水系锌离子电池，水系锌离子电池的封装膜、正极、隔膜和负极均具备柔性特征，可实现水系锌离子电池的可弯曲，且封装膜不但具有柔性特质，还具备透明的特质，能够实现水系锌离子电池的内部的可视化，方便对内部电极板等结构进行观察，在进行质检和维修时无需拆开电池，十分便捷。

为了达到上述目的，本实用新型的技术方案是这样实现的：

一种柔性透明水系锌离子电池，包括正极和负极，正极和负极之间设置有隔膜，正极和负极的外侧包覆有柔性透明封装膜，柔性透明封装膜内填充有电解液，正极上设置有伸出柔性透明封装膜的正极极耳，负极上设置有伸出柔性透明封装膜的负极极耳，隔膜为柔性隔膜，正极和负极均为柔性极板，正极极耳与负极极耳相匹配。

进一步的，柔性透明封装膜为PET膜。

进一步的，柔性隔膜为玻璃纤维隔膜。

进一步的，正极为涂覆有氧化锰或氧化钒的碳布。

进一步的，负极为锌片或涂覆有锌粉的碳布。

进一步的，柔性透明封装膜、正极、隔膜和负极的结构形状均分别为矩形或圆形，水系锌离子电池的结构形状为长方体、立方体或圆柱体。

本实用新型的有益效果：

1.本实用新型将水系锌离子电池使用封装膜封装，封装膜使用PET膜，PET膜是一种高分子塑料薄膜，通常为无色透明、有光泽的薄膜，机械性能优良，刚性、硬度及韧性高，绝缘性好，耐穿刺，耐摩擦，耐腐蚀，耐高温和低温，耐化学药品性、耐油性、气密性和保香性良好。其中，封装膜良好的机械性能使得电池具有耐穿刺，耐摩擦的特性，良好的绝缘性可有效避免传统电池漏电导致的电量损失，较强的耐酸碱腐蚀和耐高低温（-70℃～120℃）特性，能保证电池在多种极端场景下的应用。这样，在水系锌离子电池使用过程中，PET膜不但能够满足折弯和可视化的需要，且PET膜的绝缘特性能够保证内部的电池充放电的稳定性和安全性，PET膜的耐腐蚀和高韧性能够防止电池损坏，保证使用寿命。而常用的商用软包铝塑膜是通过铝箔、炭黑、粘合剂、尼龙层集中材料复合而成，无透明性，且在水系中耐强酸强碱性表现不尽如意。

2.本实用新型将水系锌离子电池的正极、隔膜和负极极均具有柔性特质，可以根据使用环境对水系锌离子电池进行折弯，方便水系锌离子电池的使用，由于各构件均具备柔性特质，因此，还可以将水系锌离子电池的结构形状设置为立方体、圆柱体或长方体等形状，满足水系锌离子电池的各个场景下的应用需要。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型长方体形状的水系锌离子电池平整状态下各结构层的分布示意图。

图2为本实用新型长方体形状的水系锌离子电池弯曲状态下各结构层的分布示意图。

图3为本实用新型圆柱体形状的水系锌离子电池。

图中，1-柔性透明封装膜，2-正极，3-正极极耳，4-隔膜，5-负极极耳，6-负极。

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付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

一种柔性透明水系锌离子电池，如图1所示，包括正极2和负极6，正极2和负极6之间设置有隔膜4，正极2和负极6的外侧包覆有柔性透明封装膜1，柔性透明封装膜1内填充有电解液，正极2上设置有伸出柔性透明封装膜1的正极极耳3，负极6上设置有伸出柔性透明封装膜1的负极极耳5，隔膜4为柔性隔膜，正极2和负极6均为柔性极板。在进行封装时，首先，将柔性透明封装膜1的边缘使用封口机热合在一起；其次，将正极2、隔膜4和负极6依次设置在柔性透明封装膜1内；再次，将电解液填充至柔性透明封装膜1内，使用封口机进行热合封口，正极极耳3和负极极耳5伸出柔性透明封装膜1。如图2所示，在使用时，柔性透明封装膜1、正极2、隔膜4和负极6均具备柔性特征，可以根据使用环境对水系锌离子电池进行折弯，方便水系锌离子电池的使用，且柔性透明封装膜1具备透明的特质，能够实现水系锌离子电池的内部的可视化，方便对内部电极板等结构进行观察，在进行质检和维修时无需拆开电池，十分便捷。

进一步的，在本实施例中，柔性透明封装膜1为PET膜。PET膜，即聚酯薄膜，是以聚对苯二甲酸乙二醇酯为原料，采用挤出法制成厚片，再经拉伸制成的薄膜材料；聚酯薄膜是一种高分子塑料薄膜，通常为无色透明、有光泽的薄膜，机械性能优良，刚性、硬度及韧性高，绝缘性好，耐穿刺，耐摩擦，耐腐蚀，耐高温和低温，耐化学药品性、耐油性、气密性和保香性良好。这样，在水系锌离子电池使用过程中，不但能够满足折弯和可视化的需要，且PET膜的绝缘特性能够保证内部的电池充放电的稳定性和安全性，PET膜的耐腐蚀和高韧性能够防止电池损坏，保证使用寿命。

进一步的，柔性隔膜为玻璃纤维隔膜，玻璃纤维的柔性特质能够满足水系锌离子电池的折弯需要，且玻璃纤维具有稳定的电化学性能，良好的物理强度和高的吸液率，能够提高水系锌离子电池的使用寿命。

进一步的，正极2为涂覆有纳米氧化锰或纳米氧化钒的碳布。碳布具有强度高，密度小、柔性大、厚度薄和高耐久性的特性，且碳布不会生锈、腐蚀，非常适合高酸、碱、盐及大气腐蚀环境中使用。因此，碳布能够满足作为本实施例的正极2的要求，将碳布上涂覆氧化锰即可作为水系锌离子电池的正极2。

值得说明的是，在本实施例中，按质量分数之比为7：2：1的比例将氧化锰、乙炔黑和凝结剂混合研磨，并均匀涂在碳布上，干燥完成后即可作为正极2。在本实用新型的其他实施例中，还可以将涂覆有氧化钒的碳布作为正极2，按质量分数之比为7：2：1的比例将氧化钒、乙炔黑和凝结剂混合研磨，并均匀涂在碳布上，干燥完成后即可作为正极2。

进一步的，负极6为锌片或涂覆有锌粉的碳布。在本实施例中，根据电池的尺寸大小和形状，将锌片裁剪为合适的大小，由于锌片本身具备柔性的特质，因此，可直接作为水系锌离子电池的负极6。

值得说明的是，在本实用新型的其他实施例中，负极6还可以是涂覆有锌粉的碳布，按质量分数之比为8：1：1的比例将锌粉、乙炔黑和凝结剂混合研磨，并均匀涂在碳布上，干燥完成后即可作为负极6。

进一步的，如图1所示，柔性透明封装膜1、正极2、隔膜4和负极6的结构形状均为矩形，水系锌离子电池的结构形状为长方体。在本实用新型的其他实施例中，可以根据需要将柔性透明封装膜1、正极2、隔膜4和负极6的结构形状设置为如圆形等其他形状，由于各构件均具备柔性特质，因此，还可以将水系锌离子电池的结构形状设置为立方体或圆柱体等其他结构形状，如图3所示，在本实用新型的其他实施例中，按照柔性透明封装膜1、正极2、隔膜4和负极6的顺序设置，柔性透明封装膜1、正极2和隔膜4均设置成筒状空心结构，负极6为柱状，筒状空心结构的柔性透明封装膜1内填充有电解液，可组成圆柱体结构的水系锌离子电池，在保证柔性和可视化的基础上满足水系锌离子电池的场景应用需要。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种柔性透明水系锌离子电池，包括正极（2）和负极（6），所述正极（2）和负极（6）之间设置有隔膜（4），其特征在于，所述正极（2）和负极（6）的外侧包覆有柔性透明封装膜（1），所述柔性透明封装膜（1）内填充有电解液，正极（2）上设置有伸出柔性透明封装膜（1）的正极极耳（3），负极（6）上设置有伸出柔性透明封装膜（1）的负极极耳（5），所述隔膜（4）为柔性隔膜，正极（2）和负极（6）均为柔性极板，所述正极极耳（3）与负极极耳（5）相匹配。

2.根据权利要求1所述的柔性透明水系锌离子电池，其特征在于，所述柔性透明封装膜（1）为PET膜。

3.根据权利要求1所述的柔性透明水系锌离子电池，其特征在于，所述柔性隔膜为玻璃纤维隔膜。

4.根据权利要求1所述的柔性透明水系锌离子电池，其特征在于，所述正极（2）为涂覆有纳米氧化锰或纳米氧化钒的碳布。

5.根据权利要求1所述的柔性透明水系锌离子电池，其特征在于，所述负极（6）为锌片或涂覆有锌粉的碳布。

6.根据权利要求1至5中任意一项所述的柔性透明水系锌离子电池，其特征在于，所述柔性透明封装膜（1）、正极（2）、隔膜（4）和负极（6）的结构形状均分别为矩形或圆形，所述水系锌离子电池的结构形状为长方体、立方体或圆柱体。

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