一种鳞状叠片式可弯曲柔性电池及其制造方法技术

本发明专利技术属于电池技术领域，具体为一种鳞状叠片式可弯曲柔性电池及其制造方法。本发明专利技术柔性电池包括外壳、外壳内电芯主体以及电解液；电芯主体由单根电芯条带周期性折叠并卷绕形成，呈鳞状叠片形式，该电芯主体包括至少两个卷绕且部分重叠的亚电芯及相邻亚电芯之间的连接部件；亚电芯由单根电芯条带经折叠后卷绕形成，连接部件的两端分别连接相邻部分重叠的亚电芯的终止端和起始端；单根电芯条带包括顺序叠放的正极条带、柔性隔膜带和负极条带。本发明专利技术设计的柔性电池整体柔韧性能优异，能够反复弯折，能量密度高，且通用性强，可适用于多数柔性电子产品；该柔性电池可通过改装半自动卷绕机或自动卷绕机实现规模化生产，工艺简单，生产成本低。生产成本低。生产成本低。

【技术实现步骤摘要】
一种鳞状叠片式可弯曲柔性电池及其制造方法


[0001]本专利技术属于电池
，具体涉及一种鳞状叠片式可弯曲柔性电池及其制造方法。

技术介绍

[0002]柔性显示屏、柔性传感器、智能手表和眼镜等柔性可穿戴设备是便携式电子产品的新兴发展趋势。此类电子设备对其电池部件的柔性性能提出了更高的使用要求。
[0003]目前，常规的叠片和卷绕软包电池由于其层数较多，电池接近刚性，反复弯折极易导致电芯损坏和电池故障，已不能满足在柔性电子产品的应用需求。此外，已有的柔性电池虽然可承受一定程度的柔性，但其能量密度普遍较低。因此亟需设计一种可适用于柔性电子产品的高能量密度和高弯曲性能的柔性电池。
[0004]中国专利申请“一种柔性电池的制备方法”（申请号：202010085412.5，公开号：CN111180785A，公开日2020.5.19），公开了一种脊椎状可弯曲柔性电池，电池电芯采用正极片，负极片和隔膜卷绕成型，在主干部区域形成多个由分支部卷绕形成的刚性节以及连接任意两个相邻刚性节的柔性部；将每一柔性部的隔膜切出凹槽，使隔膜粘结成整体包覆刚性节的一侧从而得到柔性电池的电芯，再通过铝塑膜封装得到柔性电池。其主要缺点：脊椎状可弯曲柔性电池需对电极片及隔膜进行“梳齿状”复杂平面形状的高精度裁剪加工，卷绕过程中极片和隔膜间容易产生偏差，制造复杂度高，难以使用已有的卷绕设备进行生产。
[0005]中国专利申请“可弯曲柔性电池及其制备方法”（申请号：201510805898.4，公开号：CN105304929A，公开日：2016.2.3）公开了一种折叠亚电芯可弯曲柔性电池，包括均呈弯折状的至少两个亚电芯及连接在相邻亚电芯之间的连接部，每个亚电芯均由单根电池片带折叠形成并包括多个U形段，每个U形段包括两个片带臂及连接两个片带臂的连接臂。其主要缺点：该电池在制造方法上需引入多个施力件同时对电芯条带施力形成折叠式亚电芯，亦难以使用目前已有的卷绕设备实现自动化生产。亚电芯中的存在曲率较大的对折处，容易导致电极中的活性物质颗粒剥离、脱落问题，进而产生电池容量发挥不良和循环稳定性问题。此外，市面上多数可弯曲柔性电池仍无法达到柔性和高能量密度的均衡设计，限制了这些柔性电池在柔性电子产品中的应用。
[0006]Chen A, et al. Human joint
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inspired structural design for a bendable/ foldable/ stretchable/ twistable battery: achieving multiple deformabilities. Energy & Environmental Science (发表于2021年5月1日)，公开了一种竹节状构型的电池电芯，其柔性弯曲的效果不够理想。

技术实现思路

[0007]本专利技术目的在于提供一种柔性弯曲性能优异、制备成本低、生产效率高的鳞状叠片式可弯曲柔性电池的制造方法。
[0008]本专利技术通过对电芯和柔性外壳的鳞状叠片式结构设计，提升可弯曲电池的柔度和
能量密度；可以利用已有的常规软包电池生产设备制造可弯曲柔性电池。
[0009]本专利技术解决了如下几个技术问题：（1）有效提升可弯曲柔性电池整体的柔性；（2）简化电池生产过程，大大提升电池生产效率并降低电池生产成本，对已有的电池电芯卷绕设备进行改造，实现规模化生产；（3）主要采用卷绕工艺，有效地减少了电极片的对折线区域（相较于公开专利号2），有利于降低电极片中的局部应力，改善产品一致性。
[0010]本专利技术提供的鳞状叠片式可弯曲柔性电池，包括柔性外壳、柔性外壳内的电芯主体以及电解液，电芯主体由单根电芯条带周期性折叠并卷绕形成，包括至少两个卷绕且部分重叠的亚电芯及相邻亚电芯之间的连接部件。所述亚电芯由单根电芯条带经折叠后卷绕形成鳞状叠片（单个亚电芯相当于一个鳞片），所述连接部件的两端分别连接相邻部分重叠的亚电芯的终止端和起始端。参见图1所示。
[0011]本专利技术中，所述单根电芯条带的宽度以1
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3厘米为宜；所述单个亚电芯的长度以2
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4厘米为宜，具体可根据实际应用场景进行调整。
[0012]优选地，所述单根电芯条带包括顺序叠放的正极条带、柔性隔膜带和负极条带。
[0013]优选地，所述正极条带附有一个正极耳，负极条带附有一个负极耳，正极耳与负极耳间隔分布在电芯条带的同一侧。
[0014]优选地，所述正极条带附有一个正极耳，负极条带附有一个负极耳，正极耳与负极耳分布在电芯条带的相背两侧，并间隔分布。
[0015]优选地，所述正极条带和负极条带为单面涂布（即正极材料或负极材料涂布在条带的一面）。
[0016]优选地，自该电芯条带的起始端到终止端，每个鳞片式亚电芯与相邻亚电芯的重叠部分小于亚电芯的长度。
[0017]优选地，所述可弯曲柔性电池，还包括与每个亚电芯对应的束紧件，每个束紧件缠绕在对应的亚电芯的最外层表面以固定住该亚电芯，以保证亚电芯内部紧密接触。
[0018]优选地，所述柔性电池外壳嵌入相邻亚电芯的重叠处，并贴合于亚电芯的下表面和连接部分的上表面及相邻亚电芯的上表面。所述柔性电池外壳与电芯主体均成鳞状叠片结构形式。参见图2所示。
[0019]本专利技术还提供上述鳞状叠片式可弯曲柔性电池的制造方法，具体步骤如下：（1）提供一根电芯条带，包括已涂布好的正极条带、柔性隔膜带、负极条带，并固定该电芯条带的始端；（2）在所述电芯条带上确定数个对折节点，节点个数根据电芯条带长度和亚电芯个数确定；（3）将所述电芯条带在最靠近电芯条带始端的预设对折节点处折叠并划分为折叠区和非折叠区，使用半自动卷绕机或自动卷绕机将所述折叠区卷绕成型以形成第一亚电芯及连接亚电芯的第一连接部件，使用绝缘胶带缠绕固定所述亚电芯；（4）将所述非折叠区在第二个预设对折节点处再次折叠形成第二折叠区和第二非折叠区，使用半自动卷绕机将所述第二折叠区卷绕成型形成第二亚电芯及连接亚电芯的第二连接部件，使用绝缘胶带缠绕固定所述第二亚电芯；
按照上述步骤形成包含至少两个亚电芯和一个连接部件的电芯主体；（5）将所述电芯主体置于鳞状叠片结构柔性电池外壳中，并添加电解液，密封，抽真空，得到鳞状叠片式可弯曲柔性电池。
[0020]本专利技术与现有技术相比所带来的有益效果是：本专利技术中的可弯曲电池采用单根电芯条带折叠并卷绕形成亚电芯和连接部件，制造工艺简单，可以通过改装半自动卷绕机或自动卷绕机实现规模化生产；亚电芯中电极的空间利用率高，具有高能量密度特点，其卷绕形成方式相较于折叠方式可减少极片对折线区域，有利于降低电极片中的局部应力，改善产品一致性；此外，各亚电芯被柔性外壳紧贴包覆，并成鳞状叠片排布形式，可在电池弯曲时产生相对转动，通过该转动可释放部分应力，亚电芯之间的连接部件较薄，弯曲刚度较低，从而提升了可弯曲柔性电池整体的柔性；由此，本专利技术提供的一种鳞状叠片式可弯曲柔性电池整本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种鳞状叠片式可弯曲柔性电池，其特征在于，包括柔性外壳、柔性外壳内的电芯主体以及电解液；其中，所述电芯主体由单根电芯条带周期性折叠并卷绕形成，呈鳞状叠片形式，该电芯主体包括至少两个卷绕且部分重叠的亚电芯及相邻亚电芯之间的连接部件；所述亚电芯由单根电芯条带经折叠后卷绕形成，所述连接部件的两端分别连接相邻部分重叠的亚电芯的终止端和起始端。2.根据权利要求1所述的鳞状叠片式可弯曲柔性电池，其特征在于，所述单根电芯条带的宽度为1
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3厘米；所述单个亚电芯的长度为2
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4厘米。3.根据权利要求2所述的鳞状叠片式可弯曲柔性电池，其特征在于，所述单根电芯条带包括顺序叠放的正极条带、柔性隔膜带和负极条带。4.根据权利要求3所述的鳞状叠片式可弯曲柔性电池，其特征在于，所述正极条带附有一个正极耳，负极条带附有一个负极耳；所述正极耳与负极耳间隔分布在电芯条带的同一侧。5.根据权利要求4所述的鳞状叠片式可弯曲柔性电池，其特征在于，所述正极条带附有一个正极耳，负极条带附有一个负极耳；所述正极耳与负极耳分布在电芯条带的相背两侧，并间隔分布。6.根据权利要求1
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5之一所述的鳞状叠片式可弯曲柔性电池，其特征在于，所述正极条带和负极条带为单面涂布。7.根据权利要求6所述的鳞状叠片式可弯曲柔性电池，其特征在于，所述电芯条带中，自起始端到终止端，每个鳞片式亚电芯与相邻亚电芯的重叠部分小于亚电芯的长度。8.根据权利要求7所...

【专利技术属性】
技术研发人员：鲍垠桦，刘冠中，方岱宁，
申请(专利权)人：上海大学，
类型：发明
国别省市：