一种柔性器件及其制备方法技术

本发明专利技术属于柔性器件技术领域，特别涉及一种柔性器件：其电极集流体中，至少有一层为多孔集流体，多孔集流体包括孔结构区和非孔区，孔结构区和非孔区的体积分别为V1、V2，且V1/(V1+V2)≥10％；包含多孔集流体的电极还包括活性物质，活性物质分布于多孔集流体的孔结构区中或；非孔区的表面，分布于多孔集流体的孔结构中的活性物质的质量为W1，分布于非孔区的表面的活性物质的质量为W2，且W1/(W1+W2)≥10％。本发明专利技术采用多孔集流体，使得活性物质完全或部分嵌入多孔集流体的孔结构中，确保柔性器件在弯折过程中界面紧密粘接；因此制备出来的柔性器件具有更加优异的柔性及电化学性能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于柔性器件
，特别涉及一种柔性器件及其制备方法。
技术介绍
1991年，日本索尼公司创造性的采用炭材料作为锂离子电池阳极材料，为锂离子电池领域带来了革命性的变化；自此之后，锂离子电池技术迅猛发展，在移动电话、摄像机、笔记本电脑以及其他便携式电器上面大量运用。锂离子电池具有诸多优点，例如电压高、体积小、质量轻、比能力高、无记忆效应、无污染、自放电小、循环寿命长等，是二十一世纪理想的移动电器电源、电动汽车电源以及储电站用储电器。但随着电子器件朝着个性化方向发展，大量创造性电子产品迅速涌现而出：如智能手表、智能眼镜、智能手环等可穿戴设备在短短几年时间内相继出现并获得广大消费者的认可。与传统电子产品不同，这类电子产品具有外形非规则、柔性等特征，因此对这些电子产品的供电部件(即电池)提出了新的要求：非规则、柔性等。对于柔性器件，在来回的弯折过程中，器件内部界面将受到严峻的挑战；而电化学器件，界面反应是影响其性能的决定性因素之一；因此要保证柔性器件具有优良的电化学性能，必须确保该器件具有优良的界面粘接力。于2013年7月4公布的美国专利申请公开号2013/0171490A1公开了一种柔性电池组，通过上、下叠层将一系列电池排列，并通过电池之间的粘附剂将上下粘附层粘合而使电池隔离，从而制备柔性电池组。但是这种设计的柔性电池组在弯折时，由于顶部层及底部层硬性较强，受应力影响，柔性电池组的弯折程度及抗疲劳强度受到很大的限制，影响柔性电池组性能的发挥；粘结剂在一定的弯曲角度和弯曲次数后，粘接强度会下降，导致其牢靠性变差，而且在与粘结剂相近的非粘结区域由于作用力不一致容易产生疲劳，对柔性电池组的安全性能有风险。并且该方法需要控制粘附剂的粘接强度和每个区域使用量的均一，量产的难度很大。有鉴于此，确有必要提供一种新的柔性器件，使得其具有优异的界面粘接力，即使经过多次弯折后仍然紧密粘接，从而制备出性能优良的柔性器件。
技术实现思路
本专利技术的目的在于：针对现有技术的不足，而提供的一种柔性器件：包括A类电极、B类对电极和隔离膜，A类电极的层数位m，B类对电极的层数为n，且3≤m+n，∣m-n∣≤1；A类电极中第i层电极包括集流体Aci和活性物质Afi，其中，1≤i≤m，B类对电极中第j层电极包括集流体Bcj和活性物质Bfj，其中，1≤j≤n；所述集流体Aci和集流体Bcj中，至少有一层为多孔集流体，所述多孔集流体包括孔结构区和非孔区，所述孔结构区和所述非孔区的体积分别为V1、V2，且V1/(V1+V2)≥10％；包含所述多孔集流体的电极还包括活性物质，所述活性物质分布于所述多孔集流体的所述孔结构区中或；所述非孔区的表面，分布于所述多孔集流体的所述孔结构中的活性物质的质量为W1，分布于所述非孔区的表面的活性物质的质量为W2，且W1/(W1+W2)≥10％。本专利技术采用多孔集流体，使得活性物质完全或部分嵌入多孔集流体的孔结构中，从而增加集流体与活性物质之间的粘接力，确保柔性器件在弯折过程中界面紧密粘接；因此制备出来的柔性器件具有更加优异的柔性及电化学性能。为了达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种柔性器件，包括A类电极、B类对电极和隔离膜，A类电极的层数位m，B类对电极的层数为n，且3≤m+n，∣m-n∣≤1；A类电极中第i层电极包括集流体Aci和活性物质Afi，其中，1≤i≤m，B类对电极中第j层电极包括集流体Bcj和活性物质Bfj，其中，1≤j≤n；所述集流体Aci和集流体Bcj中，至少有一层为多孔集流体，所述多孔集流体包括孔结构区和非孔区，所述孔结构区和所述非孔区的体积分别为V1、V2，且V1/(V1+V2)≥10％，此时集流体中含有足够的孔洞，提供了存储活性物质的空间；包含所述多孔集流体的电极还包括活性物质，所述活性物质分布于所述多孔集流体的所述孔结构区中或所述非孔区的表面，分布于所述多孔集流体的所述孔结构中的活性物质的质量为W1，分布于所述非孔区的表面的活性物质的质量为W2，且W1/(W1+W2)≥10％，此时活性物质部分或全部的填入所述多孔集流体的孔洞中。作为本专利技术柔性器件的一种改进，所述A类电极为正电极或负电极，所述B类对电极为负电极或正电极；所述正电极包括正极集流体和正极活性物质，所述负电极包括负极集流体和负极活性物质；所述正极集流体和所述负极集流体的厚度为a，且1μm≤a≤1000μm；所述正极集流体和所述负极集流体为金属单质、金属与金属形成的合金、金属与非金属形成的合金和导电聚合物中的至少一种，或者为金属单质、合金、导电聚合物与其他材料形成的复合材料。作为本专利技术柔性器件的一种改进，所述多孔集流体的孔等效直径为d(等效孔直径是指将孔面积换算成一个圆面积时，所述圆的直径)，且0.1μm≤d≤2cm，等效直径过小，无法填充足够的活性物质，等效直径过大，无法充分的展现孔结构对活性物质的固定作用，且会影响电极的电子电导；所述多孔结构层的孔壁厚度为b，且0.01μm≤b≤1cm；所述多孔结构层的孔长度为L，且L≤4a，孔长度过大时，必定增加填充在孔结构中活性物质的离子传输路径，从而影响电池的倍率性能。作为本专利技术柔性器件的一种改进，所述柔性器件的第1层电极的集流体与第n+m层电极的集流体为无孔结构或含有非贯穿孔；含有所述非贯穿孔的集流体的孔洞与所述集流体的一个表面连通，且该表面负载有活性物质；所述非贯穿孔与所述集流体的未连通的一个表面的距离为h，且1μm≤h，此时集流体还得充当封装材料，防止水气侵入，厚度过小无法起到防水作用。作为本专利技术柔性器件的一种改进，10μm≤h≤50μm，5μm≤a≤500μm，0.6μm≤d≤1cm，0.05μm≤b≤10mm，L≤2a；第2、3……m+n-1层电极的集流体为多孔集流体时，所述多孔集流体的孔洞贯穿集流体的两个表面；所述多孔集流体的孔的形状为圆形、椭圆形、多边形、非规则形状(如线段与弧线构成的孔洞等)中的至少一种。作为本专利技术柔性器件的一种改进，3≤m+n≤11；V1/(V1+V2)≥50％；W1/(W1+W2)≥50％。作为本专利技术柔性器件的一种改进，所述金属包括Mg、Ca、Sr、Ba、Ra、Al、Ga、In、Ge、Sn、Sc、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Y、Zr、Nb、Mo、Ru、Rh、Pd、Ag、Cd、La、W、Pt、Au、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、D本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种柔性器件，包括A类电极、B类对电极和隔离膜，A类电极的层数位m，B类对电极的层数为n，且3≤m+n，∣m‑n∣≤1；A类电极中第i层电极包括集流体Aci和活性物质Afi，其中，1≤i≤m，B类对电极中第j层电极包括集流体Bcj和活性物质Bfj，其中，1≤j≤n；其特征在于：所述集流体Aci和集流体Bcj中，至少有一层为多孔集流体，所述多孔集流体包括孔结构区和非孔区，所述孔结构区和所述非孔区的体积分别为V1、V2，且V1/(V1+V2)≥10％；包含所述多孔集流体的电极还包括活性物质，所述活性物质分布于所述多孔集流体的所述孔结构区中或所述非孔区的表面，分布于所述多孔集流体的所述孔结构中的活性物质的质量为W1，分布于所述非孔区的表面的活性物质的质量为W2，且W1/(W1+W2)≥10％。

【技术特征摘要】
1.一种柔性器件，包括A类电极、B类对电极和隔离膜，A类电极的层数
位m，B类对电极的层数为n，且3≤m+n，∣m-n∣≤1；A类电极中第i层电极
包括集流体Aci和活性物质Afi，其中，1≤i≤m，B类对电极中第j层电极包括集
流体Bcj和活性物质Bfj，其中，1≤j≤n；其特征在于：
所述集流体Aci和集流体Bcj中，至少有一层为多孔集流体，所述多孔集流
体包括孔结构区和非孔区，所述孔结构区和所述非孔区的体积分别为V1、V2，
且V1/(V1+V2)≥10％；
包含所述多孔集流体的电极还包括活性物质，所述活性物质分布于所述多
孔集流体的所述孔结构区中或所述非孔区的表面，分布于所述多孔集流体的所
述孔结构中的活性物质的质量为W1，分布于所述非孔区的表面的活性物质的质
量为W2，且W1/(W1+W2)≥10％。
2.一种权利要求1所述的柔性器件，其特征在于，所述A类电极为正电极或负
电极，所述B类对电极为负电极或正电极；所述正电极包括正极集流体和正极
活性物质，所述负电极包括负极集流体和负极活性物质；所述正极集流体和所
述负极集流体的厚度为a，且1μm≤a≤1000μm；所述正极集流体和所述负极集流体
为金属单质、金属与金属形成的合金、金属与非金属形成的合金和导电聚合物
中的至少一种，或者为金属单质、合金、导电聚合物与其他材料形成的复合材
料。
3.一种权利要求1所述的柔性器件，其特征在于，所述多孔集流体的孔等效直
径为d，且0.1μm≤d≤2cm；所述多孔结构层的孔壁厚度为b，且0.01μm≤b≤1cm；
所述多孔结构层的孔长度为L，且L≤4a。
4.一种权利要求1所述的柔性器件，其特征在于，所述柔性器件的第1层电极
的集流体与第n+m层电极的集流体为无孔结构或含有非贯穿孔；含有所述非贯

\t穿孔的集流体的孔洞与所述集流体的一个表面连通，且该表面负载有活性物质；
所述非贯穿孔与所述集流体的未连通的一个表面的距离为h，且1μm≤h。
5.一种权利要求3所述的柔性器件，其特征在于，10μm≤h≤50μm，5μm≤a≤500μm，
0.6μm≤d≤1cm，0.05μm≤b≤10mm，L≤2a；第2、3……m+n-1层电极的集流体为
多孔集流体时，所述多孔集流体的孔洞贯穿集流体的两个表面；所述多孔集流
体的孔的形状为圆形、椭圆形、多边形、非规则形状中的至少一种。
6.一种权利要求1～5任一项所述的柔性器件，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨玉洁，
申请(专利权)人：广东烛光新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44