CN113314757A

CN113314757A - 结构一体化电池单元及其制备方法、结构一体化电池组及电子设备

Info

Publication number: CN113314757A
Application number: CN202110541550.4A
Authority: CN
Inventors: 王欣全; 杜萍; 彭晓丽; 伍芳; 张晓琨
Original assignee: University of Electronic Science and Technology of China
Current assignee: University of Electronic Science and Technology of China
Priority date: 2021-05-18
Filing date: 2021-05-18
Publication date: 2021-08-27

Abstract

本发明涉及电池技术领域，具体涉及一种结构一体化电池单元，其包括由外向内依次设置的第一电极体、电解质体、第二电极体，第一电极体中的第一集流体与第二电极体中的第二集流体中任一个或两个为结构一体化电池单元的结构支撑件。由于每个结构一体化电池单元均为具有储能及结构支撑功能，因此，可以节省材料使用，无需额外设置安装电池的腔体，可减少设备体积；由于将每个结构一体化单元可为分离式设置，则可基于需求将储能器件与结构件“合二为一”进而使两者高效融合，减轻设备重量。此外，本发明还提供结构一体化电池组以及具有该电池组的电子设备，其也具有上述的技术效果。基于本发明的制备方法可提高制备良率，以实现大规模生产。

Description

结构一体化电池单元及其制备方法、结构一体化电池组及电子设备

【技术领域】

本发明涉及储能技术领域，尤其涉及一种结构一体化电池单元及其制备方法、结构一体化电池组及电子设备。

【背景技术】

对于传统的电子数码产品、电动汽车或者无人机，一般做法是将电池集中安置在机身中，电池组体积重量较大。在现有的电池安装中，由于电池组安装较为集中，往往还需要额外为电池组提供安装收容空间，因此，导致带电池的设备整体体积和重量都较大，因此，亟待提供一种新型的电池结构，以解决电池组体积大且需要额外设置容置电池的空间的问题，来实现锂电池和具有锂电池电子设备续航能力的提升。因此，如何最大程度地节省系统的重量和体积，成为研究的热点。

【发明内容】

为克服现有技术中存在电池组以及安装有电池的设备体积、重量大的技术问题，本发明提供一种结构一体化电池单元、结构一体化电池及带电池的设备。

本发明为了解决上述技术问题，提供以下技术方案：一种结构一体化电池单元，其包括由外向内依次设置的第一电极体、电解质体、第二电极体，其中，所述第一电极体包括电连接的第一集流体及第一电极，所述第二电极体包括电连接的第二集流体及第二电极，所述第一集流体与所述第二集流体中任一个或两个为结构一体化电池单元的结构支撑件。

优选地，第一集流体包括正极集流体，第一电极包括正极，第二电极包括负极以及第二集流体包括负极集流体；或第一集流体包括负极集流体，第一电极包括负极，第二电极包括正极以及第二集流体包括正极集流体。

优选地，所述正极集流体包括金属材质、碳材料、导电半导体中任一种或几种的混合；和/或所述负极集流体包括不锈钢、铜、镍、金、铬、铂、钛中任一种或几种的组合。

优选地，所述第一集流体与所述第二集流体的形状相同，所述第一集流体与所述第二集流体之间的距离L相同。

优选地，所述结构一体化电池单元还包括与外设装置电连接的第一导电板和第二导电板，其中，所述第一导电板与第一集流体电连接，所述第二导电板与所述第二集流体电连接。

优选地，所述第一集流体围合形成的结构支撑件的形状包括多边形、圆形、椭圆形中任一种。

优选地，所述第一集流体和/或所述第二集流体为多孔结构，其孔隙率为10％-90％。

本发明为了解决上述技术问题，还提供以下技术方案：一种结构一体化电池组，其包括多个如上所述结构一体化电池单元，其中，多个所述结构一体化电池单元之间为规则分布或者不规则分布。

本发明为了解决上述技术问题，还提供以下技术方案：一种电子设备，其包括如上所述结构一体化电池组，所述结构一体化电池组集中或分散设置，所述结构一体化电池组作为电子设备的壳体或内置结构件。

本发明为了解决上述技术问题，还提供以下技术方案：一种结构一体化电池单元的制备方法，其特征在于：其包括如下步骤：制备至少一具有立体构型的集流体；在集流体的一主表面或在集流体之内形成与集流体对应的电极，以形成电极件；及基于电极件与电解质体进行组合，以获得结构一体化电池单元；其中，集流体作为结构一体化电池单元的结构支撑件。

与现有技术相比，本发明所提出的一种结构一体化电池单元、结构一体化电池及带电池的设备具有如下优点：

本发明所提供的一种结构一体化电池单元，其通过设置包括由外向内依次设置的第一电极体、电解质体、第二电极体，其中，所述第一电极体包括第一集流体及第一电极，所述第二电极体包括第二集流体及第二电极，其中，所述第一集流体与所述第二集流体中任一个或两个为结构一体化电池单元的结构支撑件，基于上述结构的限定，可使所述结构一体化电池单元在满足储能功能的同时，还可使其具有一定结构强度，不仅还可以节省材料使用，无需额外设置安装电池的腔体，进而减少设备体积；进一步地，由于将每个结构一体化单元可为分离式设置，因此，可基于需求将储能器件与结构件“合二为一”进而使两者高效融合，有利于减轻设备重量。

在发明中，可将设置为正极集流体包覆正极、电解质体、负极以及负极集流体；或设置为负极集流体包覆负极、电解质体、正极及正极集流体。不同的设置方式，可以提高所述结构一体化电池单元的适用性，可基于实际需要调整对应的结构一体化电池单元结构，从而达到最优的储能及结构性能。

对于所述正极集流体与所述负极集流体材料的限定，可以使所述结构一体化电池单元在满足具备较优储能效果的同时，还可基于特定材料的选择，提高所述结构一体化电池单元的力学性能。

在发明中，当所述结构一体化电池单元中所述第一集流体与所述第二集流体的形状相同时，此时所述第一集流体与所述第二集流体之间的距离L相同，因此基于此制备获得的结构一体化电池单元的电池储能性能更稳定，而且由于所述第一集流体与所述第二集流体之间所限定的距离相等，因此，在上述两者之间所界定的容纳空间也是相同，可使所述结构一体化电池单元具有更优的力学性能。

在本发明中，为了使所述结构一体化电池单元可以更好地与外设装置电连接，在所述结构一体化电池单元中还包括与外设装置电连接的第一导电板和第二导电板，其中，所述第一导电板与第一集流体电连接，所述第二导电板与所述第二集流体电连接。

在本发明中，对应所述第一集流体围合形成的结构支撑件的形状包括多边形、圆形、椭圆形中任一种，基于不同形状的选择，可以获得不同的储能性能和力学性能的结构一体化电池单元，从而可满足不同的应用场景中。当所述所述第一集流体与所述第二集流体的形状不同时，则结构一体化电池单元的储能性能和力学性能也不相同。

进一步地，在本发明中，所述第一集流体和/或所述第二集流体的形状为孔隙率为多孔结构，将所述第一集流体、第二集流体设置为多孔结构，可提高所述结构一体化电池单元的电池储能性能。此外，还可使所述结构一体化电池单元的结构支撑件为多孔结构，可以提高结构支撑件的韧性和可挠度，以满足不同产品对于结构一体化电池单元的力学性能要求。

在本发明中还提供本发明一种结构一体化电池组，其包括多个如上所述结构一体化电池单元，其中，多个所述结构一体化电池单元之间为规则分布或者不规则分布。则采用上述所获得的结构一体化电池单元可便于将电池组可以分布式的方式嵌入到待安装电池组的设备结构中，从而可将能源器件与结构件高效融合，有利于减轻设备重量，减小设备体积，增加设备有效载荷，增加设备使用时间。

进一步地，在本发明所提供的电子设备中，其内包含结构一体化电池组可存储电能及进行承载充当结构材料，作为电子设备的壳体或内置结构件。基于上述配置能有效减轻电子设备的整体质量、缩小电子设备的体积、简化设计，提高系统的效能。利用分布式布局能源、结构与信息一体集成，能量与信息耦合操作，实现可编程、自适应的分布式能源支撑。

本发明还提供一种结构一体化电池单元的制备方法，其具体步骤中先制备至少一具有立体构型的集流体；在集流体的一主表面形成与其对应的电极，以形成电极件；及基于电极件与电解质体进行组合，以获得结构一体化电池单元；其中，集流体作为结构一体化电池单元的结构支撑件。基于上述步骤，可以使结构一体化电池单元的制备过程简化，而且可以提高制备获得的结构一体化电池单元的电池储能性能的稳定性。由于将作为结构支撑件的正极集流体、负极集流体独立制备，因此，也可提高制备获得的结构一体化电池单元的力学构架的可控性，进而提高结构一体化电池单元制备良率，以实现大规模生产。

【附图说明】

图1是本发明第一实施例提供的结构一体化电池单元的结构示意图。

图2是图1中沿A-A方向的剖面示意图。

图3是图1中所示结构一体化电池单元具有第一导电板、第二导电板的结构示意图。

图4是图3中所示结构一体化电池单元的分离状态结构示意图。

图5是集流体为多孔结构的示意图之一。

图6是集流体为多孔结构的示意图之二。

图7为图6中所示孔筋围合形成孔洞的结构示意图。

图8是本发明第二实施例提供的结构一体化电池组的结构示意图。

图9是结构一体化电池组中结构一体化电池单元为阵列分布的示意图。

图10是多个所述结构一体化电池单元之间共用第一电连接板、第二电连接板实现电连接的结构示意图。

图11是本发明第三实施例提供的电子设备的结构示意图。

图12是本发明第四实施例提供的飞行装置的结构示意图。

图13是图12中B处放大示意图。

图14是本发明第五实施例提供的一种结构一体化电池单元的制备方法的步骤流程示意图。

图15是本发明所提供的结构一体化电池单元的制备方法的变形例的步骤流程示意图。

附图标识说明：

10、结构一体化电池单元；1、第一电极体；2、第二电极体；11、第一集流体；12、第一电极；13、电解质体；14、第二电极；15、第二集流体；101、正极集流体；102、正极；103、负极集流体；104、负极；105、电解质体；108、容纳空间；106、第一导电板；107、第二导电板；109、多孔结构；110、结构支撑件；

30、结构一体化电池组；301、第一电连接板；302、第二电连接板；309、传感控制单元；

40、电子设备；50、飞行装置；51、机翼。

【具体实施方式】

为了使本发明的目的，技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施实例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本说明书中提到的“一个实施例”、“优选实施例”、“实施例”或“多个实施例”是指结合实施例所描述的特定特征、结构、特性或功能包括在本发明的至少一个实施例中并可以在超过一个实施例中。在本说明书中的各位置出现短语“在一个实施例中”、“在实施例中”或“在多个实施例中”不一定都是指同一个实施例或相同多个实施例。

在说明书中各处使用特定术语用于例示，不应理解为限制性的。服务、功能或资源不限于单一服务、功能或资源；使用这些术语可以指分组的相关服务、功能或资源，它们可以是分布式或聚集式的。

请参阅图1，本发明的第一实施例提供一种结构一体化电池单元10，其包括由外向内依次设置的第一电极体1、电解质体13、第二电极体2，其中，所述第一电极体1围合形成容纳空间108，电解质体13、第二电极体2设置在容纳空间108内。

具体地，所述第一电极体1包括电连接的第一集流体11及第一电极12，所述第二电极体2包括电连接的第二电极14及第二集流体15。所述第一集流体11与所述第二集流体15相向设置的表面可分别形成所述第一电极12、第二电极14；在另一些实施例中，所述第一电极12也可全部或部分嵌入所述第一集流体11之内和/或所述第二电极14可全部或部分嵌入所述第二集流体15之内。

在本实施例中，所述第一集流体11与所述第二集流体15中任一个或两个为结构一体化电池单元10的结构支撑件。

为了满足所述第一集流体11和/或第二集流体15作为结构一体化电池单元10的结构支撑件使用的需求，所述第一集流体11和/或所述第二集流体15的力学性能需要达到一定要求，具体所述第一集流体11、所述第二集流体15的力学性能的要求可基于所述结构一体化电池单元10的具体材料及其具体应用场景的选择做对应调整。

所述第一集流体11围合形成的结构支撑件110的形状包括多边形、圆形、椭圆形中任一种；所述第一集流体11与所述第二集流体15围合形成的结构支撑件110的形状可相同或不同。

为了更好地对所述结构一体化电池单元10进行说明，结合图2中所示，则可进一步做如下定义：第一集流体11包括正极集流体101，第一电极12包括正极102，第二电极14包括负极104以及第二集流体15包括负极集流体103。

或在其他的实施例中，第一集流体11包括负极集流体103，第一电极12包括负极104，第二电极14包括正极102以及第二集流体15包括正极集流体101。

其中，如图2中所示，所述正极集流体101、所述正极102、所述电解质体105、所述负极104以及所述负极集流体103依次套设。所述正极集流体101与所述负极集流体103中任一个或两个，可为所述结构一体化电池单元10的结构支撑件110。

结合图1及图2中所示，在一些实施方式中，所述正极集流体101作为结构一体化电池的结构支撑件110时，所述结构支撑件110内可形成容纳空间108，所述正极102、所述负极104、所述电解质体105以及所述负极集流体103均设置在所述容纳空间108内。

请继续参阅图2，设定所述正极集流体101与所述负极集流体102之间的间距为距离L，为了提高所述结构一体化电池单元10的电池性能，则所述正极集流体101与所述负极集流体102所围合形成的形状相同，因此，在同一结构一体化电池单元10内，所述正极集流体101与所述负极集流体103之间的距离L均相等。

具体地，所述正极集流体101、所述正极102、所述负极集流体103、所述负极104以及所述电解质体105的厚度可基于实际需求做调整。

如图2中所示，在本实施例另外的实施方式中，所述正极集流体101设于最外层，所述负极集流体103设于由所述正极集流体101所围合形成的空间内。

进一步地，为了同时满足对所述结构一体化电池单元10的结构强度以及储能功能的需求，则需要对所述正极集流体101、正极102、负极集流体103、负极104以及电解质体105的材质做进一步的限定。

具体地，所述正极集流体101包括金属材质、碳纤维、导电半导体等。

所述正极102包括钴酸锂、磷酸铁锂、镍钴锰三元材料、镍钴铝、磷酸钒锂、锰酸锂、镍酸锂等中任一种或几种的组合。

所述负极集流体103可包括但不受限于不锈钢、铜、镍、金、铬、铂、钛等材质中任一种或几种的组合。

所述负极104可包括金属锂、石墨、钛酸锂、硅负极合金等。

进一步地，所述电解质体105的材料可包括如Li₃N、硫化物、无定形硼酸盐(Li₂O-B₂O₃–SiO₂)、硅酸盐(Li₂O-V₂O₅-SiO₂)、LiPON、Li3_xLa_2/3-xTiO₃(LLTO)，LiNbO₃、LiTaO、Li₁₊ _xMxTi_2-x(PO₄)₃(LATP)、Li₃OCl、Li₇La₃Zr₂O₁₂(LLZO)中任一种等。

在本实施例的一些实施方式，所述正极102可以3D打印、表面沉积、镀覆、喷涂、注入成型等方式形成在所述正极集流体101朝向所述负极集流体103的一面，或在成型过程中部分所述正极102可嵌入所述正极集流体101之内。

同样地，所述负极104也可以3D打印、表面沉积、镀覆、喷涂、注入成型等方式形成在所述负极集流体103朝向所述正极集流体101的一面，或其中部分所述负极104嵌入所述负极集流体103之内。

由于在所述正极102与所述负极104之间形成有容置空间，因此在本实施例一些具体实施方式中，通过在所述容纳空间108内灌注固态电解质浆料，从而可在所述正极102与所述负极104之间形成所述电解质体105。可以理解，在其他的实施方式中，所述电解质体105也可以基于如3D打印、表面沉积、镀覆、喷涂成型等方式形成在所述正极102与所述负极104之间。

在本实施例的一些变形实施方式中，也可先在所述正极集流体101与所述负极集流体103之间形成所述电解质体105，再通过3D打印、表面沉积、镀覆、喷涂、注入成型等方式在所述电解质体105相对两个主表面对应所述正极集流体101、所述负极集流体103形成正极层102、负极层104。

在本实施例中，如图3中所示，为了使所述结构一体化电池单元10电能源的引出至外设装置，以实现充放电功能，所述结构一体化电池单元10可进一步包括第一导电板106和第二导电板107。其中，结合图4中所示，所述第一导电板106可与所述正极集流体101电连接，所述第二导电板107与所述负极集流体103电连接。为了使所述结构一体化电池单元10更多样化，所述第一导电板106与所述正极集流体101之间、所述第二导电板107与所述负极集流体103之间可为一体成型或者拼接而实现电连接。

在其他的实施方式中，所述第一导电板106也可与所述负极集流体103电连接，而对应的，则所述第二导电板107则与所述正极集流体101电连接。

请参阅图5-图6，在本发明一些具体实施方式中，所述正极集流体101和/或所述负极集流体103也可包括多孔结构109。在这些具体实施方式中，当所述正极集流体1011和/或所述负极集流体103为多孔结构109时，所述正极集流体1011和/或所述负极集流体103围合形成的容纳空间108也可理解为除了包含由正极集流体101和/或所述负极集流体103围合形成的空间外，还包含多孔结构内所形成空间，此时，对应的正极102可部分或者全部嵌入在具有多孔结构的正极集流体101内。

具体地，如图5-图6中所示，所述正极集流体101和/或所述负极集流体103的所述多孔结构109可包括孔筋1091以及由孔筋1091围合而形成的孔洞1092。所述多孔结构109的孔隙率满足10％-90％，其中，具体地，所述孔隙率可进一步为10％-30％、20％-40％、30％-60％、60％-70％、75％-85％或80％-90％。

可以理解，所述孔洞1092的横截面形状包括但不受限于六边形、菱形、四边形、三角形、圆形、椭圆形或其他任意形状中的任一种或其组合。其中，如图5中所示，所述孔洞1092的横截面形状为六边形；如图6中所示，所述孔洞1092的横截面形状为菱形。

可以理解，所述孔洞1092的最大横截面尺寸小于1cm，具体地，所述孔洞1092的最大横截面尺寸还可小于500μm。

为了使所述多孔结构109可具有足够的力学强度，如图7中所示，所述孔筋1091的最大横截面尺寸r的范围需要大于10μm，进一步地，所述孔筋1091的最大横截面尺寸r还可为大于100μm等。所述孔筋1091的最大横截面尺寸r的选择与包含所述正极集流体101和/或所述负极集流体103作为结构支撑件的结构一体化电池单元10的结构特点相关联，在此仅作为示例，不作为本申请的限定。

可以理解，为了满足多个锂电池的使用需求，在本实施例中，对应孔洞1092的分布可为规则分布，也可为不规则分布。其中，规则分布的孔洞1092可以理解为具有同一横截面形状的孔洞1092为阵列分布，或者具有至少一种或多种横截面形状的孔洞1092呈周期性分布。而其中，不规则分布则可理解为孔洞1092的横截面形状为不规则图形，或孔洞1092呈现乱序分布。在本实施例中，具体的孔洞1092的分布可基于实际需求做调整。

基于上述有关孔筋1091与所述孔洞1092的相关限定，其可为所述正极集流体101和/或所述负极集流体103提供具有力学特性的导电多孔结构，其可为所述结构一体化单元10提供支撑骨架。

可以理解，当所述所述正极集流体101与所述负极集流体103均具有多孔结构时，则所述结构一体化单元10可获得更优的力学性能。

可以理解，当所述正极集流体101为多孔结构式，其材质包括但不受限于金属材质、碳纤维、导电半导体等。当所述负极集流体103为多孔结构时，其材质可包括但不受限于不锈钢、铜、镍、金、铬、铂、钛等材质中任一种或几种的组合。

请参阅图8，本发明的第二实施例提供一种结构一体化电池组30，其包括多个如第一实施例中所述结构一体化电池单元10。具体地，以第一实施例中所述结构一体化电池单元10为例进行说明，如图9中所示，多个所述结构一体化电池单元10的正极集流体101、负极集流体103共用第一电连接板301、第二电连接板302。可以理解，在所述结构一体化电池组30中，多个结构一体化电池单元10可为规则分布或者不规则分布。

其中，多个结构一体化电池单元10的规则分布可如图9中所示，多个所述结构一体化电池单元10可呈列式分布。进一步地，如图10中所示，所述结构一体化电池单元10可呈阵列分布。

多个结构一体化电池单元10的不规则分布可为分散化分布。

在本实施例中，所述结构一体化电池单元10的不同分布方式可基于所述结构一体化电池组30的具体应用场景而做对应调整。

继续结合图8及图9中所示，相邻设置的所述结构一体化电池单元10之间的距离R可基于所述结构一体化电池单元10的使用场景、所选用的材质不同而不同。所述距离R的设置可使所述结构一体化电池组30之间具有一定间距，从而可便于使所述结构一体化电池组30可作为不同电子设备的不同结构件使用。

在本实施例中，为了使拼接的多个所述结构一体化电池单元10之间形成一个电池整体，则每个所述结构一体化电池单元10之间的正极集流体101、负极集流体103分别电性连通。

如图10中所示，多个所述结构一体化电池单元10之间共用第一电连接板301、第二电连接板302实现电连接。在另外的一些实施例中，多个所述所述结构一体化电池单元10也可直接通过导线实现电连接。其中，多个结构一体化电池单元10之间的电性连接关系为串联连接。

进一步地，如图10中所示，所述结构一体化电池组30还包括传感控制单元309，所述传感控制单元309可与结构一体化电池单元10实现电连接并对结构一体化电池单元10的运行状态进行监测，从而可实现对结构一体化单元内部的温度、压力、电流、电势、内阻等进行实时检测，以提高所述结构一体化电池组30的可控性、稳定性和安全性。

可以理解，在实际使用过程中，所述结构一体化电池组30还可由多种不同尺寸和/或不同形状的结构一体化电池单元10组成，以满足不同的结构强度需求，所述结构一体化电池组30可包括大小两种不同尺寸的结构一体化电池单元10组成。

有关所述结构一体化电池单元10的具体限定如第一实施例中所述一致，在此不再赘述。

为了更好的地对所述结构一体化电池组30的应用进行说明，如图11中所示，在本发明的第三实施例进一步提供一种电子设备40，所述电子设备40包括但不限于如汽车、飞行装置等需要同时满足轻量化电池装置以及结构强度需求的具有电池组的产品。

其中，所述结构一体化电池组30可作为电子设备40的壳体或内置结构件。所述结构一体化电池组30由于其特殊的结构，可用来做汽车、飞行装置的外壳或者主要结构件，以作为储能功能与结构功能“二合一”的锂电池使用，进而可以满足未来多样化产品设计的需求。

在本实施例中所提供的所述电子设备40中设置结构一体化电池组30，可以大大简化储能器件的设计，方便维修和更换，所述结构一体化电池组30本身可兼具储能和结构的功能，无需额外设置机械器件，从而可使所述电子设备40的体积进一步缩小，进而可大大提高所述电子设备40的体积利用效率，充分利用所述电子设备40的空间，还可以减少所述电子设备40的重量。

具体地，如图12中所示，本发明的第四实施例还提供一种飞行装置50，对应的所述飞行装置50可为运载飞机、无人机等飞行器。随着飞行装置50在航拍、农业植保、远距离送货、运动拍摄等众多领域的应用越来越广泛。飞行器的飞行时间、载荷能力成为评价飞行器性能优劣的重要指标，而这些性能主要受电池性能和整机重量的影响。

具体地，所述飞行装置50其包括如第二实施例中所提供的结构一体化电池组30，所述结构一体化电池组30可作为飞行装置50的机翼、机身以及其他结构件使用，也可用于飞行装置50的底盘，以充分利用飞行装置50的有限空间，在该空间内设置结构功能一体融合的锂电池，从而可使所述飞行装置50在满足飞行强度需求的同时，还可以进一步减轻所述飞行装置50的重量，以提高所述飞行装置50的有效飞行的时间。

在本实施例中，为了满足不同飞行装置50的需求，在所述飞行装置50的不同位置，可设置不同力学强度、规格、尺寸和整体形状的结构一体化电池组30。如图12及图13中所示，在所述飞行装置50的机翼51，多个所述结构一体化电池组30由多个六边形结构的结构一体化电池单元10组成，而在所述飞行装置50的机身底部，多个所述结构一体化电池组30可由其他形状的结构一体化电池单元10组成。

本发明所提供的可应用于飞行装置50内的结构一体化电池组30，其将占所述飞行装置50的整体重量30％和20％的储能器件(可为飞行装置50提供能源)和结构部件(可为飞行装置50提供结构支撑和保护)这两个独立的系统进行集成，并将其按需分散部署在飞行器的各处充当结构部件，可以极大地节省设备空间以及质量，甚至实现无体积、无质量的能量存储，这将在系统性能提升方面获得可观的收益。

进一步地，由于对应的所述结构一体化电池组30可由多个独立的结构一体化电池单元10，进而可按需将原本只能集中设置的储能器件分散设置，减少了储能器件集中设置带来的集中放热量较大的问题，进而可提高所述飞行装置50的稳定性。

请参阅图14，本发明的第五实施例提供一种结构一体化电池单元的制备方法S60，其包括如下步骤：

步骤P1，制备至少一具有立体构型的集流体；

步骤P2，在集流体的一主表面或在集流体之内形成与集流体对应的电极，以形成电极件；及

步骤P3，基于电极件与电解质体进行组合，以获得结构一体化电池单元。

其中，在上述步骤P1中，具有立体构型的集流体可作为结构一体化电池单元的结构支撑件，对应的集流体可为正极集流体、负极集流体。

进一步地，在上述步骤P2中，可在集流体的一主表面形成与集流体对应的电极，以形成电极件；也可以在所述集流体之内形成与集流体对应的电极。对应的电极对应也可以为正极或负极，如在正极集流体的主表面上可以形成正极，在负极集流体的主表面上可以形成负极，对应可获得正极件、负极件。

在上述步骤P3中，可对应正极件、负极件与电解质体进行组合，以获得结构一体化电池单元。

具体地，当所述具有立体构型的集流体围合形成一容纳空间时，所述正极件、所述负极件可以嵌设的方式进行组合，在组合之后，所述正极件的正极与所述负极件的负极相向设置。此时，所述电解质体可设置在正极与负极之间。

在本实施例一些具体的实施方式中，如图15所示，上述步骤P1-步骤P3还可进一步包括如下步骤：

步骤S1，制备正极集流体及负极集流体，其中正极集流体和/或负极集流体作为结构一体化电池单元的结构支撑件；

步骤S2，在正极集流体的一主表面上形成正极，以获得正极件，在负极集流体的一主表面上形成负极，以获得负极件；

步骤S3，将正极件与负极件进行组合，以使正极与负极相向设置；

步骤S4，在正极与负极之间形成电解质体；及

步骤S5，进行封装以获得结构一体化电池单元。

可以理解，在上述步骤S1中，对应具有立体结构的正极集流体和/或负极集流体可同时兼具力学结构的特性，因此，可以作为结构件使用。而在所述结构一体化电池单元中，对应的可使所述正极集流体、所述负极集流体中任一个或两个均作为设置的立体结构。具体地，如当所述正极集流体具备立体结构，则负极集流体可为层状结构或立体结构。

具体地，当所述正极集流体、所述负极集流体均具有立体结构时，所述正极集流体、所述负极集流体的立体结构可为相同或不同。其中，所述正极集流体、所述负极集流体的横截面形状可包括但不受限于六边形、菱形、四边形、三角形、圆形、椭圆形或其他任意形状中的任一种。

在上述步骤S2中，在正极集流体的一主表面上形成正极，以获得正极件，其中，所述正极件包括正极集流体及形成在正极集流体之上的正极。在负极集流体的一主表面上形成负极，以获得负极件，其中，所述负极件包括负极集流体及形成在负极集流体之上的负极。具体可采用3D打印、表面沉积、镀覆、喷涂、注入成型等方式以在所述正极集流体、所述负极集流体上对应形成正极或负极。

进一步地，在上述步骤S2中，对应正极和/或负极也可基于3D打印、表面沉积、镀覆、喷涂、注入成型等方式部分或者全部对应嵌入正极集流体、负极集流体之内。

可以理解，上述步骤S1与步骤S2可以基于实际制备需求进行互换。

在上述步骤S3中将正极件与负极件进行组合，以使正极与负极相向设置，进而可使所述正极件与所述负极件之间形成套设结构，进而可在步骤S4中，将固态电解质浆料通过3D打印、表面沉积、镀覆、喷涂、注入成型等方式形成在所述正极与所述负极之间。

具体地，由于上述步骤中所提及的所述正极集流体和/或所述负极集流体为多孔结构。以负极集流体为多孔结构为例，可在所述负极集流体的多孔结构中填充负极，并在负极的表面生长形成所述电解质体。

进一步地，在步骤S4与步骤S5之间，还可包括：

步骤S4A，分别形成与所述正极集流体、所述负极集流体电连接的第一导电板、第二导电板；

可以理解，多个所述结构一体化单元可进一步集合成结构一体化电池组。

上述的步骤中，有关负极集流体、负极、正极集流体、正极以及电解质体的具体材质的限定内容，可参考上述第一实施例中所述的内容，在此不再赘述。

可以理解，在本发明专利，在上述第一实施例-第五实施例中针对相同技术特征的描述说明可相互引用。实施例及实施方式中所列举仅作为示例，不作为本发明的限定。

与现有技术相比，本发明提出一种结构一体化电池单元、结构一体化电池及飞行装置，具有如下的有益效果：

本发明还提供一种结构一体化电池单元的制备方法，其具体步骤中先制备获得正极集流体、负极集流体后，再在正极集流体、负极集流体上分别形成正极、负极后，再形成固态电解质体。基于上述步骤，可以使结构一体化电池单元的制备过程简化，而且可以提高制备获得的结构一体化电池单元的电池储能性能的稳定性。由于将作为结构支撑件的正极集流体、负极集流体独立制备，因此，也可提高制备获得的结构一体化电池单元的力学构架的可控性，进而提高结构一体化电池单元制备良率，以实现大规模生产。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的原则之内所做的任何修改，等同替换和改进等均应包含本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种结构一体化电池单元，其特征在于：其包括由外向内依次设置的第一电极体、电解质体、第二电极体，其中，所述第一电极体包括电连接的第一集流体及第一电极，所述第二电极体包括电连接的第二集流体及第二电极，所述第一集流体与所述第二集流体中任一个或两个为结构一体化电池单元的结构支撑件。

2.如权利要求1中所述结构一体化电池单元，其特征在于：第一集流体包括正极集流体，第一电极包括正极，第二电极包括负极以及第二集流体包括负极集流体；或第一集流体包括负极集流体，第一电极包括负极，第二电极包括正极以及第二集流体包括正极集流体。

3.如权利要求2中所述结构一体化电池单元，其特征在于：所述正极集流体包括金属材质、碳材料、导电半导体中任一种或几种的混合；和/或所述负极集流体包括不锈钢、铜、镍、金、铬、铂、钛中任一种或几种的组合。

4.如权利要求1中所述结构一体化电池单元，其特征在于：所述第一集流体与所述第二集流体的形状相同，所述第一集流体与所述第二集流体之间的距离L相同。

5.如权利要求1中所述结构一体化电池单元，其特征在于：所述结构一体化电池单元还包括与外设装置电连接的第一导电板和第二导电板，其中，所述第一导电板与第一集流体电连接，所述第二导电板与所述第二集流体电连接。

6.如权利要求1中所述结构一体化电池单元，其特征在于：所述第一集流体围合形成的结构支撑件的形状包括多边形、圆形、椭圆形中任一种。

7.如权利要求1中所述结构一体化电池单元，其特征在于：所述第一集流体和/或所述第二集流体为多孔结构，其孔隙率为10％-90％。

8.一种结构一体化电池组，其特征在于：其包括多个如权利要求1-7中任一项所述结构一体化电池单元，其中，多个所述结构一体化电池单元之间为规则分布或者不规则分布。

9.一种电子设备，其特征在于：其包括如权利要求8所述结构一体化电池组，所述结构一体化电池组集中或分散设置，所述结构一体化电池组作为电子设备的壳体或内置结构件。

10.一种结构一体化电池单元的制备方法，其特征在于：其包括如下步骤：制备至少一具有立体构型的集流体；在集流体的一主表面或在集流体之内形成与集流体对应的电极，以形成电极件；及基于电极件与电解质体进行组合，以获得结构一体化电池单元；其中，集流体作为结构一体化电池单元的结构支撑件。