一种柔性电极及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种柔性电极，包括导电基底层和活性材料，所述的导电基底层上均布有凹陷结构，所述的凹陷结构的面积占导电基底层总面积的20～90％，凹陷结构的深度为1～500μm，单个凹陷结构的面积为1μm

Flexible electrode and preparation method thereof

The invention discloses a flexible electrode comprises a conductive substrate layer and an active material, a concave structure uniform conductive substrate layer, the hollow structure of the area accounted for 20 of the total area of the conductive layer to 90%, recessed depth of 1 ~ 500 m, single sunken structure area 1 m

【技术实现步骤摘要】
一种柔性电极及其制备方法
本专利技术涉及柔性储能
，尤其涉及一种柔性电极及其制备方法。
技术介绍
由于能量密度高、可靠性好以及环保性能优良，锂电池已经成为市场上最重要的储能装置之一，广泛应用于数码相机、手机和笔记本电脑等便携式电子产品。随着电子设备的不断小型化，近期可穿戴式设备获得了兴起和飞速发展，同时柔性薄膜电池成为关注的重点。利用传统的电池加工工艺，所制作的柔性薄膜电池弯曲效果有限，因此如何设计电池中的各部分结构来提高整体的抗弯曲能力成为本领域技术人员的研究课题。目前来说，增强电池柔性的方法有：(1)利用多只小电池串并联，再内部封装，达到柔性需求，这项技术以APPLE公司的表带式电池专利为代表，其缺点在于，小电池制造困难，生产成本高，难以产业化实现；多只电池串并联会产生电池容量及电压不均匀而导致要附加控制电路和产生安全隐患的问题；(2)采用柔性材料所制备的电极，但其缺点是柔性材料不易制备，成本高，且性能不一定能得到保障。例如，公开号为CN104078248A的中国专利文献公开了一种柔性电极的制备方法及其制备的柔性电极，该制备方法包括：a.将碳纳米管和氧化石墨烯制成均匀分散的混合分散液；b.去除混合分散液中的溶剂，制成具有三维导电网络的薄膜；c.在三维导电网络薄膜中原位聚合有机高分子导电材料，得到三元柔性复合膜；d.将三元柔性复合膜中的氧化石墨烯还原，即获得柔性电极。该柔性电极制备方法复杂，制备成本较高。
技术实现思路
本专利技术提供了一种柔性电极及其制备方法，该柔性电极主要包括具有微小凹陷结构的导电基底层和与其紧密结合的活性材料层，该柔性电极具有优异的机械卷绕性能。本专利技术公开了一种柔性电极，包括导电基底层和活性材料，所述的导电基底层上均布有凹陷结构，所述的凹陷结构的面积占导电基底层总面积的20～90％，凹陷结构的深度为1～500μm，单个凹陷结构的面积为1μm2～25mm2；所述的活性材料涂覆在导电基底层的具有凹陷结构表面上；所述的导电基底层为金属箔或塑料金属镀膜。本专利技术的柔性电极中，活性材料填充在导电基底层表面的凹陷结构内，相邻凹陷结构内的活性材料可以相互连接，连接处活性材料的厚度大于0且小于1mm；相邻凹陷结构内的活性材料也可以不连接。凹陷结构可以为圆形、椭圆形、方形、长条形、三角形或其他不规则形状。本专利技术的柔性电极将易于断裂的活性材料层分隔在微小的凹陷结构中，可大大提高柔性电极的柔韧弯折性能。凹陷结构的面积占导电基底层总面积的比例过大或过小都不能有效提高柔性电极的柔韧性，作为优选，所述的凹陷结构的面积占导电基底层总面积的70～85％。导电基底层为金属箔或塑料金属镀膜，为了保证导电基底层的机械强度，对导电基底层的厚度具有一定的要求，作为优选，导电基底层的厚度为1～100μm。该厚度的导电基底层具有较高的机械强度同时具有足够的柔韧性。进一步优选的，所述的导电基底层的厚度为1～50μm；进一步优选的，所述的导电基底层的厚度为3～8μm。所述的导电基底层为金属箔或塑料金属镀膜，在具有相同的机械强度和导电性能的前提下，塑料金属镀膜所需的厚度更薄，可以大大降低柔性电极的质量密度，从而提高其能量密度，作为优选，所述的导电基底层为塑料金属镀膜，所述的塑料金属镀膜包括依次紧密结合的柔性基底层、金属导电镀层和导电抗氧化层；所述的柔性基底层为聚氯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚二甲基硅氧烷和聚酰亚胺中的一种，所述的柔性基底层的厚度为1～20μm；所述的金属导电镀层为Cu、Al、Ni、Au和Ag中的一种，所述的金属导电镀层的厚度为0.1～5μm；所述的导电抗氧化层包括导电石墨、石墨烯、碳纳米管和碳纳米纤维中的至少一种，所述的导电抗氧化层的厚度大于0且小于1μm。该导电基底层采用三层结构，利用柔性基底层增强导电基底层的机械可加工性能；金属导电镀层在不影响其实用导电性的同时可大幅度降低导电基底层整体的质量密度，其质量密度仅为传统铜箔、铝箔的1/10～1/5，可大大减小电池的质量，提高电池的能量密度；导电抗氧化层能提高导电基底层的热稳定性和抗氧化能量，同时能减小其接触电阻，提高电池快速充放电的性能。作为优选，所述的柔性基底层为聚对苯二甲酸乙二醇酯；所述的金属导电镀层为Cu或Al。聚对苯二甲酸乙二醇酯与Cu或Al之间的结合力较大，以聚对苯二甲酸乙二醇酯为柔性基底层，以Cu或Al为金属导电镀层时，柔性集流体的机械性能较好。作为优选，所述的柔性基底层的厚度为1～5μm；所述的金属导电镀层的厚度为0.2～5μm。该厚度的柔性基底层在能保证柔性集流体的机械强度的同时，进一步降低了柔性集流体的重量。金属导电镀层的厚度为0.2～5μm时既能起到很好的集流效果，又能有效降低柔性集流体的重量。作为优选，所述的导电抗氧化层包括石墨烯或碳纳米管，所述的导电抗氧化层的厚度为80～100nm。导电抗氧化层为石墨烯或碳纳米管时，其抗氧化性能更好，在不影响其抗氧化性能的前提下，该导电抗氧化层的厚度可以更薄，进一步降低柔性集流体的重量。所述的柔性电极包括负极和正极，作为优选，所述的负极的柔性基底层为聚对苯二甲酸乙二醇酯，金属导电镀层为Cu，活性材料为石墨；所述的正极的柔性基底层为聚对苯二甲酸乙二醇酯，金属导电镀层为Al，活性材料为磷酸铁锂。本专利技术还提供了所述柔性电极的制备方法，包括以下步骤：(1)将导电基底层放置在带有凹槽的模具上，模具上的凹槽连接真空装置；(2)对模具抽真空，使导电基底层形成与凹槽相应的凹陷结构；(3)将活性材料的浆体刮涂在带有凹陷结构的导电基底层的表面上，并使导电基底层的表面平整；(4)将刮涂活性材料浆体后的导电基底层在60～150℃下干燥1～30min后，关闭真空装置，取下模具，得到柔性电极。该制备方法操作简单，产品的成品率较高。作为优选，步骤(2)中，对模具抽真空，真空度为1×10-6～1×10-3Pa；进一步优选的，真空度为1×10-5～1×10-4Pa。作为优选，步骤(4)中，将刮涂活性材料浆体后的导电基底层在80～120℃下干燥5～10min后，关闭真空装置，取下模具，得到柔性电极。与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：本专利技术的柔性电极将易于断裂的活性材料层分隔在微小的凹陷结构中，可大大提高柔性电极的柔韧弯折性能，其弯曲半径＞5mm。附图说明图1为实施例1制备的柔性电极的结构示意图；图2为图1中柔性电极的剖面图；图3为实施例2制备的柔性电极的结构示意图；图4为图2中柔性电极的沿凹陷结构宽度方向的剖面图；图5为图2中柔性电极的沿凹陷结构长度方向的剖面图。具体实施方式实施例1如图1和图2所示，柔性电极包括导电基底层2和活性材料。导电基底层2上均布有凹陷结构1，凹陷结构1为半球形，半径为200μm，深度为～50μm，活性材料3填覆于凹陷结构1内，导电基底层2为8μm厚的铜箔，活性材料为石墨。制备方法为：选取厚度为8μm的铜箔作为导电基底层，将其置于连接有真空抽气泵的具有圆形凹槽的模具上，打开抽气泵(220V)，使铜箔按照圆形凹槽的样子产生均匀的微小凹陷结构，圆形凹槽的半径为200μm，深度为～50μm；再将配置好的石墨碳负极活性浆料涂在带有微小凹陷结构的铜箔表面，使石墨碳负极活性浆料填覆与这些微小凹本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种柔性电极，包括导电基底层和活性材料，其特征在于，所述的导电基底层上均布有凹陷结构，所述的凹陷结构的面积占导电基底层总面积的20～90％，凹陷结构的深度为1～500μm，单个凹陷结构的面积为1μm

【技术特征摘要】
1.一种柔性电极，包括导电基底层和活性材料，其特征在于，所述的导电基底层上均布有凹陷结构，所述的凹陷结构的面积占导电基底层总面积的20～90％，凹陷结构的深度为1～500μm，单个凹陷结构的面积为1μm2～25mm2；所述的活性材料涂覆在导电基底层的具有凹陷结构表面上；所述的导电基底层为金属箔或塑料金属镀膜。2.根据权利要求1所述的柔性电极，其特征在于，所述的凹陷结构的面积占导电基底层总面积的70～85％。3.根据权利要求1所述的柔性电极，其特征在于，导电基底层的厚度为1～100μm。4.根据权利要求1所述的柔性电极，其特征在于，所述的导电基底层为塑料金属镀膜，所述的塑料金属镀膜包括依次紧密结合的柔性基底层、金属导电镀层和导电抗氧化层；所述的柔性基底层为聚氯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚二甲基硅氧烷和聚酰亚胺中的一种，所述的柔性基底层的厚度为1～20μm；所述的金属导电镀层为Cu、Al、Ni、Au和Ag中的一种，所述的金属导电镀层的厚度为0.1～5μm；所述的导电抗氧化层包括导电石墨、石墨烯、碳纳米管和碳纳米纤维...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴永志，汪小知，傅杰，聂赞相，沃华蕾，徐天白，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33