可弯曲锂离子电池及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种室温离子电导率高、易于生产的可弯曲锂离子电池及其制备方法，所述可弯曲锂离子电池包括封装壳体、正极层、电解质层和负极层；所述正极层是在集流体上喷涂弹性正极材料而成；所述负极层是在集流体上喷涂弹性负极材料而成；所述集流体是在多孔网格薄膜上涂覆导电银层而成；所述电解质层为水凝胶复合电解质层；所述水凝胶复合电解质层由锂盐溶液与水凝胶电解质复合而成。

Bendable lithium ion battery and its preparation

【技术实现步骤摘要】
可弯曲锂离子电池及其制备方法
本专利技术属于锂离子电池
，具体地说，是涉及一种可弯曲锂离子电池及其制备方法。
技术介绍
近年来，可伸缩电子设备发展迅速，可穿戴设备、皮肤传感器、可弯折智能卡和曲面显示屏等电子器件层出不穷，这些设备无一例外都需要一个与器件本身具有类似机械性质（可弯曲和可伸缩性）的内置电源。而受限于材料以及生产工艺等限制，当前消费电子领域常用的锂离子电池通常都是刚性的。为了跟上电子器件的发展速度，可伸缩变形弯曲的电源研究必须加快步伐。为此需要将锂离子电池的几乎所有组分都替换为可自由变形部件，包括正极、负极、隔膜、电解液、集流体以及封装材料，同时还需保证电池的电化学性能。这方面已有一些研究，例如在电极制备方面，可以将刚性的电极材料灌入多孔骨架结构中。但灌注工艺太过复杂，成本高昂，难以实现规模化制备，且通常会用到PDMS等基底材料导致电池过于笨重。电解质方面，聚合物凝胶电解质包括PVDF、PEG、PEO和聚离子液体等材料是常用的电解质材料，但这些电解质室温离子电导率通常较低。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种室温离子电导率高、易于生产的可弯曲锂离子电池及其制备方法。为实现上述专利技术目的，本专利技术提供的可弯曲锂离子电池采用下述技术方案予以实现：一种可弯曲锂离子电池，包括封装壳体、正极层、电解质层和负极层；所述正极层是在集流体上喷涂弹性正极材料而成；所述负极层是在集流体上喷涂弹性负极材料而成；所述集流体是在多孔网格薄膜上涂覆导电银层而成；所述电解质层为水凝胶复合电解质层；所述水凝胶复合电解质层由锂盐溶液与水凝胶电解质复合而成。优选的，所述锂盐为LiTFSI、LiClO4、LiPF6、LiAsF6、LiBF4中的一种或多种。优选的，所述水凝胶电解质为PNIPAm水凝胶电解质。优选的，所述多孔网格薄膜为蒙脱石薄膜、碳纳米管薄膜、石墨薄膜中的任意一种。如上所述的可弯曲锂离子电池，所述弹性正极材料是在弹性导电基底上涂敷包括有正极活性物质、导电剂、聚合物、锂离子导体及溶剂的正极浆料而成；所述弹性负极材料是在弹性导电基底上涂敷包括有负极活性物质、导电剂、聚合物、锂离子导体及溶剂的负极浆料而成。为实现前述专利技术目的，本专利技术提供的制备可弯曲锂离子电池的方法采用下述技术方案予以实现：一种制备可弯曲锂离子电池的方法，包括：制备集流体：在多孔网格薄膜上涂覆导电银层，获得集流体；制备正极层和负极层：在所述集流体上喷涂弹性正极材料，获得正极层；在所述集流体上喷涂弹性负极材料，获得负极层；制备水凝胶复合电解质层：将锂盐溶液与水凝胶电解质复合，获得水凝胶复合电解质层；组装锂离子电池：将所述正极层、所述电解质层、所述负极层顺序叠加在一起，在设定压力和第一设定温度下热压第一设定时间，然后静置冷却第二设定时间，形成电池芯；然后，在所述电池芯两侧加上封装壳体进行封装，并引出正极、负极，获得可弯曲锂离子电池。如上所述的制备可弯曲锂离子电池的方法，所述制备水凝胶复合电解质层，具体包括：将水凝胶电解质沉浸在盛水的容器中，加入浓度和体积已知的锂盐溶液，并搅拌；将盛有所述水凝胶电解质和所述锂盐溶液的容器置于加热设备上，在第二设定温度下加热第三设定时间；从所述容器中取出水凝胶电解质，获得水凝胶复合电解质层。优选的，所述锂盐为LiTFSI、LiClO4、LiPF6、LiAsF6、LiBF4中的一种或多种；所述水凝胶电解质为PNIPAm水凝胶电解质。优选的，所述多孔网格薄膜为蒙脱石薄膜、碳纳米管薄膜、石墨薄膜中任意一种。如上所述的制备可弯曲锂离子电池的方法，所述弹性正极材料通过在弹性导电基底上涂敷包括有正极活性物质、导电剂、聚合物、锂离子导体及溶剂的正极浆料制备而成；所述弹性负极材料通过在弹性导电基底上涂敷包括有负极活性物质、导电剂、聚合物、锂离子导体及溶剂的负极浆料制备而成。与现有技术相比，本专利技术的优点和积极效果是：采用本专利技术提供的方法制备而成可弯曲锂离子电池，一方面，通过在多孔网格薄膜上涂覆导电银层形成集流体，则弹性正极材料和弹性负极材料能够以喷涂的方式喷涂在集流体上，形成正极层和负极层，不仅在集流体与正极/负极材料之间构建了稳固的界面，在电池反复拉伸、弯曲时保证界面处快速的离子和电子稳定传输，且与现有将刚性电极材料灌入多孔骨架结构相比，喷涂工艺简单，易操作，便于实现可弯曲锂离子电池的规模化制备；另一方面，电解质层采用锂盐溶液与水凝胶电解质复合而成的水凝胶复合电解质层，不仅具有高弹性，还具有较宽的工作电位窗口和较高的室温离子电导率。因此，本专利技术的可弯曲锂离子电池具有良好的机械性能和稳定的电化学性能，制备工艺简单，具有良好的比容量，尤其适用于可穿戴设备等电子器件。阅读本专利技术的具体实施方式后，本专利技术的其他特点和优点将变得更加清楚。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下将结合实施例，对本专利技术作进一步详细说明。在本专利技术的一个可弯曲锂离子电池的实施例中，锂离子电池包括封装壳体、正极层、电解质层和负极层，正极层、电解质层和负极层顺序叠放，由封装壳体进行封装，形成锂离子电池。其中，正极层是在集流体上喷涂弹性正极材料而成，负极层是在集流体上喷涂弹性负极材料而成；集流体是在多孔网格薄膜上涂覆导电银层而成。而对于电解质层，为水凝胶复合电解质层，具体而言是由锂盐溶液与水凝胶电解质复合而成的电解质层。该实施例中的可弯曲锂离子电池，通过在多孔网格薄膜上涂覆导电银层形成集流体，则弹性正极材料和弹性负极材料能够以喷涂的方式喷涂在集流体上，形成正极层和负极层。所形成的正极层和负极层具有弹性，能够弯曲、折叠；而且，正极材料和负极材料喷涂在涂覆导电银层的多孔网格薄膜上，在集流体与正极/负极材料之间构建了稳固的界面，在电池反复拉伸、弯曲时，能够保证界面处快速的离子和电子的稳定传输，使得电池能够正常充放电，而电容量不发生明显变化，提高电池的机械性能和电化学性能。而且，与现有将刚性电极材料灌入多孔骨架结构相比，喷涂工艺简单，易操作，便于实现可弯曲锂离子电池的规模化制备。该实施例中，采用锂盐溶液与水凝胶电解质复合而成的水凝胶复合电解质层作为电池中的电解质，使得电解质不仅具有高弹性，还具有较宽的工作电位窗口和较高的室温离子电导率，进一步提高了可弯曲锂离子电池的机械性能和电化学性能。作为优选实施方式，对于弹性正极材料，优选为复合材料，具体来说是在弹性导电基底上涂覆包括有正极活性物质、导电剂、聚合物、锂离子导体及溶剂的正极浆料而成；对于弹性负极材料，也优选为复合材料，具体来说是在弹性导电基底上涂敷包括有负极活性物质、导电剂、聚合物、锂离子导体及溶剂的负极浆料而成。弹性正极材料和弹性负极材料中的弹性导电基底，优选为网孔导电碳布、石墨烯薄膜或碳纳米管薄膜中的任意一种。正极活性物质为LiFePO4、LiCoO2、LiMn2O4、LiNi本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种可弯曲锂离子电池，包括封装壳体、正极层、电解质层和负极层，其特征在于，/n所述正极层是在集流体上喷涂弹性正极材料而成；/n所述负极层是在集流体上喷涂弹性负极材料而成；/n所述集流体是在多孔网格薄膜上涂覆导电银层而成；/n所述电解质层为水凝胶复合电解质层；所述水凝胶复合电解质层由锂盐溶液与水凝胶电解质复合而成。/n

【技术特征摘要】
1.一种可弯曲锂离子电池，包括封装壳体、正极层、电解质层和负极层，其特征在于，
所述正极层是在集流体上喷涂弹性正极材料而成；
所述负极层是在集流体上喷涂弹性负极材料而成；
所述集流体是在多孔网格薄膜上涂覆导电银层而成；
所述电解质层为水凝胶复合电解质层；所述水凝胶复合电解质层由锂盐溶液与水凝胶电解质复合而成。


2.根据权利要求1所述的可弯曲锂离子电池，其特征在于，所述锂盐为LiTFSI、LiClO4、LiPF6、LiAsF6、LiBF4中的一种或多种。


3.根据权利要求1所述的可弯曲锂离子电池，其特征在于，所述水凝胶电解质为PNIPAm水凝胶电解质。


4.根据权利要求1所述的可弯曲锂离子电池，其特征在于，所述多孔网格薄膜为蒙脱石薄膜、碳纳米管薄膜、石墨薄膜中的任意一种。


5.根据权利要求1至4中任一项所述的可弯曲锂离子电池，其特征在于，
所述弹性正极材料是在弹性导电基底上涂敷包括有正极活性物质、导电剂、聚合物、锂离子导体及溶剂的正极浆料而成；
所述弹性负极材料是在弹性导电基底上涂敷包括有负极活性物质、导电剂、聚合物、锂离子导体及溶剂的负极浆料而成。


6.一种制备可弯曲锂离子电池的方法，其特征在于，所述方法包括：
制备集流体：在多孔网格薄膜上涂覆导电银层，获得集流体；
制备正极层和负极层：在所述集流体上喷涂弹性正极材料，获得正极层；在所述集流体上喷涂弹性负极材料，获得负极层；
制备水凝胶复合电解质层：...

【专利技术属性】
技术研发人员：顾圆春，刘光烨，
申请(专利权)人：青岛科技大学，
类型：发明
国别省市：山东;37