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CN110571472B - 一种柔性电池的电极芯体及其制备方法和应用 - Google Patents

一种柔性电池的电极芯体及其制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种柔性电池的电极芯体及其制备方法和应用，其特征在于该电极芯体包括正极片、负极片和隔膜，所述的正极片包括有正极集流片、以及间隔条纹形式涂覆在正极集流片上的多个正极材料区，所述的负极片包括有负极集流片、以及间隔条纹形式涂覆在负极集流片上的多个负极材料区，所述的正极片形成由多段V型构段依次连接而成的弯折结构；所述的负极片形成由多段V型构段依次连接而成的弯折结构；正极材料区和负极材料区两两正对配合，正极片与负极片二者之间由所述隔膜分隔。本发明的优点是通过电极片层与层之间的滑动及极片的弯曲，共同达到电池弯折的效果，极大增加了电池的弯折寿命和容量。

Description

一种柔性电池的电极芯体及其制备方法和应用
技术领域
本发明属于电池技术领域，具体是指一种柔性电池及其制备方法和应用。
背景技术
随着手机、可穿戴设备等消费类电子产品逐渐向柔性化方向发展，市场对于柔性电池的需求逐渐增加。柔性电池相比刚性电池，可以使得电子产品向更美观、更加符合人体结构的方向发展，因此有着广阔的市场需求。
传统的锂离子电池等产品在弯曲、折叠时，因为材料粘附性的问题，在多次弯折后，容易存在电极材料脱落甚至集流体断裂的可能，不仅影响了电池的电化学性能，甚至可能导致严重的安全问题。目前大部分柔性电池为通过降低电池的厚度来提升电池的柔性，但该方式不仅会导致电池容量普遍低下，同时也限制了柔性电池的使用范围。
发明内容
本发明实施例所要解决的技术问题在于，提供一种柔性电池的电极芯体及其制备方法和应用。
为实现上述目的，本发明的第一个方面是提供一种柔性电池的电极芯体，其技术方案是该电极芯体包括正极片、负极片和隔膜，
所述的正极片包括有正极集流片、以及间隔条纹形式涂覆在正极集流片上的多个正极材料区，正极集流片对应相邻正极材料区之间的间隔区域构成正极空箔区，
所述的负极片包括有负极集流片、以及间隔条纹形式涂覆在负极集流片上的多个负极材料区，负极集流片对应相邻负极材料区之间的间隔区域构成负极空箔区，
所述的正极片以其正极空箔区的任一位置为折弯处弯折形成由多段V型构段依次连接而成的弯折结构；
所述的负极片以其负极空箔区的任一位置为折弯处弯折形成由多段V型构段依次连接而成的弯折结构；
正极片和负极片在其弯折形态下设有正极材料区和负极材料区的一面相向设置且其上的正极材料区和负极材料区两两正对配合，正极片与负极片二者之间由所述隔膜分隔。
进一步设置是所述的正极片上的正极材料区在正极集流片的两个面上均设置，所述的负极片的负极材料区设置于其中一个面上，且负极片的数量为正极片的2倍，所述的正极片以所述的弯折结构形态设置于中间，所述的负极片以所述的弯折结构形态分别设置于正极片的对应两侧，负极片和正极片之间通过隔膜分隔。
进一步设置是所述的负极片上的负极材料区在负极集流片的两个面上均设置，所述的正极片的正极材料区设置于其中一个面上，且正极片的数量为负极片的2倍，所述的负极片以所述的弯折结构形态设置于中间，所述的正极片以所述的弯折结构形态分别设置于负极片的对应两侧，负极片和正极片之间通过隔膜分隔。
进一步设置是所述的多个正极材料区为相同尺寸规格的矩形形状，所述的多个正极空箔区也为相同尺寸规格的矩形形状；
进一步设置是所述的多个负极材料区为相同尺寸规格的矩形形状，所述的多个负极空箔区也为相同尺寸规格的矩形形状。
一种柔性电池的电极芯体的制备方法，包括以下步骤：
(1)制作正极片以及负极片：将正极浆料、负极浆料以间隔条纹形式分别涂布于集流片上以分别形成正极片以及负极片，正极片上的涂布区域构成正极材料区，正极材料区之间的间隔区域构成正极空箔区，负极片上的涂布区域构成负极材料区，负极材料区之间的间隔区域构成负极空箔区；
(2)加工成弯折结构的正极片以及负极片：将正极片以正极空箔区任一位置为折弯处弯折形成由多段V型构段依次连接而成的弯折结构；
将负极片以负极空箔区任一位置为折弯处弯折形成由多段V型构段依次连接而成的弯折结构；
(3)电极芯体制作，正极片和负极片在其弯折形态下设有正极材料区和负极材料区的一面相向设置且其上的正极材料区和负极材料区两两正对配合，正极片与负极片二者之间由所述隔膜分隔。
本发明公开还提供一种带有所述的电极芯体的柔性电池，该柔性电池包括有柔性的封装体、设置于封装体内的所述电极芯体和电解液，以及分别与电极芯体形成电连接并引出到封装体外的正极端子和负极端子。
本发明通过将极片以一定角度斜放于电池内部，在弯折电池的过程中，通过极片层与层之间的滑动及极片的弯曲，共同达到电池弯折的效果，极大增加了电池的弯折寿命。
本发明的优点是：
1、一般柔性电池极片平铺于电池内部，直接通过对电极片进行弯折来达到电池弯折的效果，但是电极片在弯折过程中容易掉粉及断裂。本发明通过将电极芯体以一定角度斜放于电池内部，在弯折电池的过程中，通过电极片层与层之间的滑动及电极片的弯曲，共同达到电池弯折的效果，极大增加了电池的弯折寿命。
2、本发明的柔性电池，在厚度上可以做到远超一般柔性电池，在使用范围上更胜于一般的柔性电池。
3、由于电池是通过电极片层与层之间的滑动与电极片的弯折共同达到使卷芯弯曲的效果。因此，电极片由弯曲引起的性能及使用寿命的降低会减少。
为柔性电池在厚度上的限制，本发明采用了柔性电池结构，释放了厚度对电池的限制，提高了电池的耐弯曲寿命，减小了弯曲对电池的影响。
附图说明
为了更清楚地说明本发明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发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，根据这些附图获得其他的附图仍属于本发明的范畴。
图1本发明实施例1的正负极片的涂布示意图；
图2本发明实施例1的电极芯体的结构布置图；
图3本发明在应用于柔性电池的示意图；
图4本发明在应用于柔性电池的受力状态图；
图5本发明应用于柔性电池的受力分解示意图；
图6本发明实施例2的电极芯体的结构布置图；
图7本发明实施例2的电池首次充放电曲线图；
图8本发明实施例2的电池弯折10000次后充放电曲线图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述。
实施例1
如图1至图5所示，为本发明实施例1中，该电极芯体包括正极片1、负极片2和隔膜3，所述的正极片1包括有正极集流片11、以及间隔条纹形式涂覆在正极集流片11上的多个正极材料区12，正极集流片对应相邻正极材料区之间的间隔区域构成正极空箔区13；所述的负极片2包括有负极集流片21、以及间隔条纹形式涂覆在负极集流片21上的多个负极材料区22，负极集流片对应相邻负极材料区之间的间隔区域构成负极空箔区23；本实施例所述的正极材料区12所用正极浆料以及负极材料区22所用的负极浆料均为常规的锂电池正极浆料或负极浆料，其为本领域的常规技术，本实施例不再详细赘述。
本实施例1所述的正极片1以其正极空箔区13的中心为折弯处弯折形成由多段V型构段依次连接而成的弯折结构；所述的负极片2以其负极空箔区23的中心为折弯处弯折形成由多段V型构段依次连接而成的弯折结构；正极片1和负极片2在其弯折形态下设有正极材料区12和负极材料区22的一面相向设置且其上的正极材料区12和负极材料区22两两正对配合，正极片与负极片二者之间由所述隔膜3分隔。
本实施例所述的多个正极材料区12为相同尺寸规格的矩形形状，所述的多个正极空箔区13也为相同尺寸规格的矩形形状；所述的多个负极材料区22为相同尺寸规格的矩形形状，所述的多个负极空箔区23也为相同尺寸规格的矩形形状。
本实施例通过以下方法制备上述柔性电池的电极芯体，包括以下步骤：
(1)制作正极片1以及负极片2：将正极浆料、负极浆料以间隔条纹形式分别涂布于集流片上以分别形成正极片以及负极片，正极片1上的涂布区域构成正极材料区12，正极材料区12之间的间隔区域构成正极空箔区13，负极片2上的涂布区域构成负极材料区22，负极材料区22之间的间隔区域构成负极空箔区23；
(2)加工成弯折结构的正极片以及负极片：将正极片以正极空箔区任一位置为折弯处弯折形成由多段V型构段依次连接而成的弯折结构；将负极片以负极空箔区任一位置为折弯处弯折形成由多段V型构段依次连接而成的弯折结构；
(3)电极芯体制作，正极片和负极片在其弯折形态下设有正极材料区和负极材料区的一面相向设置且其上的正极材料区和负极材料区两两正对配合，正极片与负极片二者之间由所述隔膜分隔。
另外，如图3所示，该柔性电池包括有柔性的封装体4、设置于封装体内的所述电极芯体和电解液，以及分别与电极芯体形成电连接并引出到封装体外的正极端子和负极端子，所述的电极芯体以0°＜a＜180°倾斜角度置于封装体。该柔性电池的整体厚度可由斜角a及1/2个V字型的长度决定。
柔性电池受力F弯折时，极片受力如图4所示。如图5所示，对单层极片进行受力分解，F可分解为使极片层与层之间滑动的力F1，使极片弯折的力F2。在F1及F2力的作用下，通过极片层与层之间的滑动及极片层的弯曲完成整个电极芯弯折的动作。极片层与层之间的滑动及极片层的弯曲程度，受a角、整体电极芯极片层数、层与层之间滑动的难易程度、封装体等因素影响。
实施例2
如图6所示本实施例2与实施例1的不同之处在于：以正极片双面涂覆正极材料区为例：
所述的正极片1上的正极材料区12在正极集流片11的两个面上均设置，所述的负极片2的负极材料区22设置于其中一个面上，且负极片2和隔膜的数量为正极片1的2倍，所述的正极片1以所述的弯折结构形态设置于中间，所述的负极片2以所述的弯折结构形态分别设置于正极片的对应两侧，负极片2和正极片1之间通过隔膜3分隔。
图6中，按如上结构进行制作电池，设计方案如下：
正极材料：三元、PVDF、SP，质量比94：3：3；
负极材料：石墨、CMC、SBR、SP，质量比96：1.7：1.3：1；
其余材料采用传统的铝塑膜、隔膜等，电芯设计尺寸为厚度8mm，宽度35mm，长度35mm，卷芯以90°立于外包装内(即a＝90°)。
测试电池初始容量为629mAh，如图7所示。本实施案例中，受限于封装体的材质及电池设计，电池可折弯成弧度160°，对电池折弯10000次后，测试电池充放电性能，如图8所示，电池容量为628mAh。表明本实施案例中，电池内部在弯折过程中并未发生断裂、掉粉等不良现象。
以上所揭露的仅为本发明较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。

Claims (6)

1.一种柔性电池的电极芯体，该电极芯体包括正极片、负极片和隔膜，其特征在于：
所述的正极片包括有正极集流片、以及间隔条纹形式涂覆在正极集流片上的多个正极材料区， 正极集流片对应相邻正极材料区之间的间隔区域构成正极空箔区，
所述的负极片包括有负极集流片、以及间隔条纹形式涂覆在负极集流片上的多个负极材料区，负极集流片对应相邻负极材料区之间的间隔区域构成负极空箔区，
所述的正极片以其正极空箔区的任一位置为折弯处弯折形成由多段V型构段依次连接而成的弯折结构；
所述的负极片以其负极空箔区的任一位置为折弯处弯折形成由多段V型构段依次连接而成的弯折结构；
正极片和负极片在其弯折形态下设有正极材料区和负极材料区的一面相向设置且其上的正极材料区和负极材料区两两正对配合，正极片与负极片二者之间由所述隔膜分隔；
所述的多个正极材料区为相同尺寸规格的矩形形状，所述的多个正极空箔区也为相同尺寸规格的矩形形状；
所述的多个负极材料区为相同尺寸规格的矩形形状，所述的多个负极空箔区也为相同尺寸规格的矩形形状；
所述电极芯体斜放于电池内部，通过极片层与层之间的滑动及极片的弯曲，共同达到电池弯折的效果。
2.根据权利要求1所述的一种柔性电池的电极芯体，其特征在于：所述的正极片上的正极材料区在正极集流片的两个面上均设置，所述的负极片的负极材料区设置于其中一个面上，且负极片的数量为正极片的2倍，所述的正极片以所述的弯折结构形态设置于中间，所述的负极片以所述的弯折结构形态分别设置于正极片的对应两侧，负极片和正极片之间通过隔膜分隔。
3.根据权利要求1所述的一种柔性电池的电极芯体，其特征在于：所述的负极片上的负极材料区在负极集流片的两个面上均设置，所述的正极片的正极材料区设置于其中一个面上，且正极片的数量为负极片的2倍，所述的负极片以所述的弯折结构形态设置于中间，所述的正极片以所述的弯折结构形态分别设置于负极片的对应两侧，负极片和正极片之间通过隔膜分隔。
4.一种柔性电池的电极芯体的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
（1）制作正极片以及负极片：将正极浆料、负极浆料以间隔条纹形式分别涂布于集流片上以分别形成正极片以及负极片，正极片上的涂布区域构成正极材料区，正极材料区之间的间隔区域构成正极空箔区，负极片上的涂布区域构成负极材料区，负极材料区之间的间隔区域构成负极空箔区；
（2）加工成弯折结构的正极片以及负极片：将正极片以正极空箔区任一位置为折弯处弯折形成由多段V型构段依次连接而成的弯折结构；
将负极片以负极空箔区任一位置为折弯处弯折形成由多段V型构段依次连接而成的弯折结构；
（3）电极芯体制作，正极片和负极片在其弯折形态下设有正极材料区和负极材料区的一面相向设置且其上的正极材料区和负极材料区两两正对配合，正极片与负极片二者之间由所述隔膜分隔。
5.一种带有权利要求1-3之一所述的电极芯体的柔性电池，其特征在于：该柔性电池包括有柔性的封装体、设置于封装体内的所述电极芯体和电解液，以及分别与电极芯体形成电连接并引出到封装体外的正极端子和负极端子。
6.根据权利要求5所述的电极芯体的柔性电池，其特征在于：所述的电极芯体以0°＜a＜180°倾斜角度置于封装体。
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