一种柔性电池电极及其制作工艺制造技术

本发明专利技术属于柔性电池领域，涉及一种柔性电池电极及其制作工艺。该电极的第一电极表面具有不规则的凸起结构，第二电极表面具有一层固态电解质；第一电极上的凸起结构与第二电极上的固态电解质互相嵌入，两者紧固结合。本发明专利技术使得纤维状柔性电池的两极能够紧密连接，确保柔性器件在弯折过程中两者始终保持紧密粘接，通过该方法制备出来的柔性电池具有更加优异的柔性及电化学性能。的柔性及电化学性能。的柔性及电化学性能。

【技术实现步骤摘要】
一种柔性电池电极及其制作工艺


[0001]本专利技术属于化学电池领域，尤其涉及一种稳定、高效的柔性电池。

技术介绍

[0002]随着能源需求的加剧，全球对可再生能源愈加重视，随之带来了储能电池的再兴起，柔性电池作为储能电池中的一类，拥有着极高的能量密度，且质轻，极强的使用感，而受到人们的关注。但是在目前柔性纤维状电池其在折叠、拉伸等操作过程中，存在着脱落、接触不良、断路等情况，严重影响其使用，因而寻求一种使得两者之间紧密接触，能够保证其长时间、任意折叠、拉伸操作下都能正常工作的方法显得尤为迫切。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的在于针对柔性纤维状电池在长期使用过程，带来了两电极之间连接不牢固而出现的问题，提供了一种柔性电池电极及其制作工艺，以保证长时间使用，任意折叠、拉伸情况下都能保持良好的循环稳定性。
[0004]为实现上述目的，本专利技术采取的技术方案为：一种柔性电池电极，包括第一电极（1），第二电极（2）；所述柔性电池的第一电极（1）表面具有不规则的凸起结构（100）；所述柔性电池的第二电极（2）表面具有一层固态电解质（3），将第一电极（1）上的凸起结构（100）与第二电极（2）上的固态电解质（3）互相嵌入，使两者紧固结合。
[0005]较佳的，将第一电极（1）与第二电极（2）上分别刷上一层聚氨酯溶液后，将第一电极（1）上的凸起结构（100）与第二电极（2）上的固态电解质（3）互相嵌入。
[0006]较佳的，所述的凸起结构（100）包括三棱锥状、圆锥状、球形、柱形等三维结构。
[0007]较佳的，所述的凸起结构（100）以刻蚀、激光烧结或喷涂方式得到。
[0008]较佳的，第一电极（1）通过如下步骤制备：步骤1，将活性材料、导电剂、粘结剂按照一定的配比挤出、干燥成型，制得第一电极（1）；步骤2，在第一电极（1）表面用酸溶液或碱溶液刻蚀制备不规则凸起结构（100）；步骤3，蒸馏水淋洗多次，用电解质液淋洗进行增性处理，干燥。
[0009]较佳的，第一电极（1）通过如下步骤制备：步骤1，将活性材料、导电剂、粘结剂按照一定的配比挤出、干燥成型，制得第一电极（1）；步骤2，用电解质液淋洗；步骤3，激光进行随机烧结打孔，同时喷淋电解质液进行过热保护，激光打孔深度控制在0.01mm~10mm，干燥。
[0010]较佳的，第一电极（1）通过如下步骤制备：步骤1，将活性材料、导电剂、粘结剂按照一定的配方制成后挤出干燥成型，制得第
一电极（1）；步骤2，用5~30mg/ml的粘结剂溶液进行淋洗；步骤3，利用喷枪加0.1μm~1mm活性材料微粒，干燥。
[0011]具体的，活性材料为金属、金属化合物、非金属或者非金属化合物中任意一种，优选锂、钠、钾、铁、锌、钙、镁、铝、铅等金属单质或其金属盐或其金属氧化物，导电剂为乙炔黑、石墨、碳纳米管、石墨烯中的一种或多种；粘结剂为聚偏氟乙烯、聚丙烯酸、聚乙烯醇、聚乙烯亚胺、羧甲基纤维状素、明胶等粘结材料中的一种或多种。
[0012]具体的，将活性材料、导电剂、粘结剂按照一定的配比挤出，其中，活性材料重量为10％~40％，导电剂重量为0％~20％，粘结剂重量为40％~90％。
[0013]具体的，酸溶液由以下物质按重量百分比组成：硫酸20％~30％，硝酸5％~10％，金属盐40％~60％，双氧水1％~5％，余量为水或有机溶剂，其中，金属盐根据第一电极（1）与第二电极（2）的活性材料、主要反应离子进行选择，可以选自硫酸锰、硫酸锌、硫酸钠、硫酸铅、六氟磷酸钠、六氟磷酸锂等中任意一种；有机溶剂包括N
‑
甲基吡喏烷酮，乙二醇等。
[0014]具体的，碱溶液由以下物质按重量百分比组成：氢氧化钠20％~30％，氢氧化钾5％~10％，金属盐40％~60％，氢氧化铝0.1％~5％，余量为水或有机溶剂，金属盐根据第一电极（1）与第二电极（2）的活性材料、主要反应离子进行选择，可以选自硫酸锰、硫酸锌、硫酸钠、硫酸铅、六氟磷酸钠、六氟磷酸锂等中任意一种；有机溶剂包括N
‑
甲基吡喏烷酮，乙二醇等。
[0015]具体的，刻蚀时间为10秒~120秒。
[0016]具体的，电解质液由以下物质按重量百分比组成：金属盐40％~60％，氢氧化铝0.1％~1％，导电剂1％~5％，余量为水或有机溶剂，金属盐根据第一电极（1）与第二电极（2）的活性材料、主要反应离子进行选择，可以选自硫酸锰、硫酸锌、硫酸钠、硫酸铅、六氟磷酸钠、六氟磷酸锂等中任意一种；有机溶剂包括N
‑
甲基吡喏烷酮，乙二醇等。
[0017]较佳的，在第二电极（2）上形成一层固态电解质（3），具体包括以下步骤：a，将活性材料、导电剂、粘结剂按照一定的配比挤出、干燥成型，制得第二电极（2）；b，于凝胶电解质溶液中浸泡10s~1200s；c，在30℃~150℃下干燥2~5h；d，重复步骤b、步骤c 2~5次；e，在30℃~150℃下干燥24h。
[0018]较佳的，步骤4中，在第二电极（2）上形成一层固态电解质（3），具体包括以下步骤：a，将活性材料、导电剂、粘结剂按照一定的配比挤出、干燥成型，制得第二电极（2）；b，于凝胶电解质溶液中浸泡10s~1200s；c，于有机挥发溶剂中浸泡、干燥2~5h；d，重复步骤b、步骤c 2~5次；e，在30℃~150℃下干燥24h。
[0019]具体的，凝胶电解质溶液由10％~90重量比％凝胶和其余重量比的金属离子溶液构成，其中，金属离子溶液的初始浓度为0.1~10mol/L；凝胶选自树脂、硅胶、明胶、黄原胶、纤维素钠、海藻酸钠等中任意一种或几种；金属离子溶液中的阳离子为钠、钾、锌、锂、钙、
铝、铁、铅、钴、钒等中任意一种或几种，阴离子为硫酸根、硝酸根、氯离子、草酸根等中任意一种或几种。
[0020]具体的，活性材料选自石墨、活性炭、硅以及锂、钠、钾、铁、锌、钙、镁、铝、铅等金属单质或其金属盐或其金属氧化物等中任意一种，第一电极（1）的活性材料和第二电极（2）的活性材料可以一样，也可以不同。
[0021]具体的，有机挥发溶剂包括甲醇、乙醇、丙酮，浸泡时间为1s~600s，主要是为了让其凝固，便于后期取出干燥。
[0022]与现有技术相比，本专利技术的专利技术点为：首先创造性地设计了一种柔性电池的电极结构，使得第一电极上的不规则凸起结构与第二电极上的固态电解质互相嵌入，能够有效紧密结合；其次专利技术了多种工艺来实现该电极的制作，并设计了该工艺中电解液、酸碱溶液、凝胶电解质的配方；另外，本专利技术通过该结构设计能够实现长时间稳定充放电，并且使得该柔性电极在随意拉伸、折叠过程中都能保证其优异的电化学性能；同时设计的几种工艺及其配方，通过该工艺及配方能够有效地实验该电极的制备。
附图说明
[0023]图1为本专利技术表面具有不规则的三棱锥状凸起结构的正极结构示意图。
[0024]图2为本专利技术表面具有一层固态电解质的负极结构示意图。
[002本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种柔性电池电极，包括第一电极（1）和第二电极（2），其特征在于，所述第一电极（1）表面具有不规则的凸起结构（100）；所述第二电极（2）表面具有一层固态电解质（3）；第一电极（1）上的凸起结构（100）与第二电极（2）上的固态电解质（3）互相嵌入，两者紧固结合。2.如权利要求1所述的柔性电池电极，其特征在于，所述的凸起结构（100）包括三棱锥状、圆锥状、球形、柱形结构中任意一种三维结构。3.如权利要求1所述的柔性电池电极，其特征在于，所述的凸起结构（100）以刻蚀、激光烧结或喷涂方式得到。4.如权利要求1所述的柔性电池电极，其特征在于，将第一电极（1）与第二电极（2）上分别刷上一层聚氨酯溶液后，将第一电极（1）上的凸起结构（100）与第二电极（2）上的固态电解质（3）互相嵌入。5.如权利要求1所述的柔性电池电极，其特征在于，第一电极（1）上的凸起结构（100）与第二电极（2）上的固态电解质（3）互相嵌入，两者紧固结合，并呈螺旋状缠绕。6.如权利要求3所述的柔性电池电极，其特征在于，所述的凸起结构（100）以酸刻蚀方式得到，其中，酸溶液由以下物质按重量百分比组成：硫酸20％~30％，硝酸5％~10％，金属盐40％~60％，双氧水1％~5％，余量为水或有机溶剂，金属盐选...

【专利技术属性】
技术研发人员：王赪胤，陈鹏，李家宝，杨剑，
申请(专利权)人：扬州大学，
类型：发明
国别省市：