一种柔性锂离子电池组制造技术

本发明专利技术公开一种柔性锂离子电池组，属于柔性电子器件领域；锂离子电池组包括长条状的高强度纤维物和多个锂离子电池，锂离子电池套设在高强度纤维物上，且沿着长度方向均匀分布；所述锂离子电池由外到里依次包括：正负极基材、正负极集流体、正负极活性材料、凝胶电解质；其中，正极和负极基材选用聚丙烯膜；正极集流体采用石墨烯薄膜包覆铝箔，负极集流体使用铜箔；正极活性材料采用镍钴锰酸锂

【技术实现步骤摘要】
一种柔性锂离子电池组


[0001]本专利技术属于柔性电子器件领域，具体涉及一种柔性锂离子电池组。

技术介绍

[0002]随着电子科技的快速发展，智能设备在生活中随处可见；智能设备其中最重要的部件之一就是电池，锂离子电池现在应用的最多，锂离子电池是一种二次电池(充电电池)，它主要依靠锂离子在正极和负极之间移动来工作；在充放电过程中，Li
+
在两个电极之间往返嵌入和脱嵌：充电时，Li
+
从正极脱嵌，经过电解质嵌入负极，负极处于富锂状态；放电时则相反；大部分锂离子电池都是刚性电池，不能反复弯折，否则会导致内部短路，发生燃烧或者爆炸，这是十分危险的；随着柔性电子设备的不断发展，电池成为制约其发展的一个重大因素；比如可穿戴电子设备，智能手环、智能跑鞋、可弯折显示屏、电子皮肤等，当手环设备需要戴在手腕上，设备会被反反复复来回弯折，刚性电池绝对不能这样弯折，危险性极大；所以柔性锂离子电池的研究成为现代研究的热点之一；此外，随着可穿戴设备的小型化，这些刚性的锂电池形态无可规避的会增加可穿戴设备内部的空间占用而增加小型化难度；这些缺点直接限制了可穿戴设备的进一步发展。
[0003]目前柔性锂离子电池的设计工艺主要包括两种，一种是电池内部集流体和活性物质的基本组件进行柔性设计；二是通过结合几何拓扑原理来设计电化学电池结构；
[0004]CN112242500A公开了一种柔性锂离子电池极片的制备方法，采用处理后箔材作为集流体，采用原子层沉积(ALD)包覆导电性极佳的氮化铌(NbN)以及包覆导电聚合物聚苯胺，再涂布活性物质，导电聚合物的包覆使得电极材料具有良好的柔韧性及电导率，氮化铌层提高了电极材料的结构稳定性和导电能力，使得电极能够实现良好的容量、倍率性能及循环稳定性，可根据集流体的尺寸大小进行定制制备，满足多样的市场需求；该文献中只是使得电池构件的柔性增强，但是并不能保证锂离子电池整体的柔性化，电池最终柔性受限于其非柔性构件。
[0005]CN203225307U公开了一种柔性锂离子电池，其包括包装膜、封装于包装膜中的电芯和填充于包装膜中的电解液，电芯包括正极片、负极片、间隔于正极片和负极片之间的隔离膜，正极片上设有正极极耳，负极片上设有负极极耳，其中，正极片和负极片为柔性极片；本技术中，柔性锂离子电池通过交叉间歇涂布在集流体的长度方向和宽度方向间隔分布膜片微单元，该文献中对于电池的厚度有着很大的局限性，当电池厚度增加时，其柔性将显著降低以至消失，应用较为单一；
[0006]虽然现有的柔性电池能够实现柔性，但在考虑集成柔性电子器件和储能器件的双重功能下，会面临如何兼顾力学性能和电化学性能的问题，这也对柔性电池的设计提出了更高的要求。

技术实现思路

[0007]针对现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种柔性锂离子电池，极大地提高
了电池的柔韧性。
[0008]本专利技术的目的可以通过以下技术方案实现：
[0009]一种柔性锂离子电池组，包括长条状的高强度纤维物和多个锂离子电池，锂离子电池套设在高强度纤维物上，且多个锂离子电池沿着高强度纤维物长度方向均匀分布；
[0010]所述锂离子电池由外到里依次包括：正负极基材、正负极集流体、正负极活性材料、凝胶电解质；
[0011]其中，正极和负极基材选用聚丙烯膜；
[0012]正极集流体采用石墨烯薄膜包覆铝箔，负极集流体使用铜箔；
[0013]正极活性材料采用镍钴锰酸锂
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纤维素
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碳纳米管，负极活性材料采用柔性Mn3O4
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rGO材料；
[0014]凝胶电解质包括：高分子物质、电解液溶剂和锂盐，其中，高分子物质为聚偏二氟乙烯、聚丙烯腈和聚甲基丙烯酸甲酯中的一种或几种。
[0015]进一步地，所述高强度纤维物为凯夫拉纤维、超密度聚乙烯、碳纤维中的任意一种。
[0016]进一步地，所述正极集流体的制备步骤包括：
[0017]S1，将石墨烯分散在溶剂中，向其中加入分散剂，经过超声分散后，得到一次分散液，静置片刻，取上层分散液；
[0018]S2，向得到的分散液中加入粘接剂高速剪切分散，并调节粘度，得到均匀的复合导电石墨烯涂层液；
[0019]S3，将Al箔进行表面粗糙化后，将石墨烯涂层液涂在Al箔上，然后进行真空干燥得到石墨烯膜包覆Al箔形成的正极集流体。
[0020]进一步地，所述正极活性材料的制备步骤包括：
[0021]S1,将100g碳纳米管加入到溶有150g细菌纤维素的水溶液中，在溶液温度为0℃的条件下以1000W的功率超声处理5min，获得碳纳米管和细菌纤维素的混合溶液；
[0022]S2,将所述碳纳米管和细菌纤维素的混合溶液先放入深冷冰箱中进行冷冻处理12h，再放入冷冻干燥机中进行冷冻干燥处理48h，获得多孔纤维素
‑
碳纳米管前驱体250g；
[0023]S2,将20g多孔纤维素
‑
碳纳米管前驱体加入到镍钴锰酸锂中，在溶液温度为0℃的条件下以1000W的功率超声处理5min，再进行抽滤，最后以40℃的温度干燥处理12h。
[0024]进一步地，所述负极活性材料的制备步骤包括：
[0025]S1，将配制好的锰盐、氧化剂和酸的混合溶液移入水热反应釜中，在200℃温度下，水热反应48h，将水热得到的二氧化锰纳米线利用超纯水和无水乙醇反复冲洗3次以上，然后在70℃的温度下进行真空干燥6h；
[0026]S2，将S1制备得到的二氧化锰纳米线分散到去离子水中，加入氧化石墨烯溶液，超声分散7h，得到混合均匀的MnO2
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GO悬浊液；再将制备得到的MnO2
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GO混合悬浊液移入水热反应釜中，在170℃温度下，水热反应48h，得到Mn3O4
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rGO；
[0027]S3，将制备得到的Mn3O4
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rGO分散于去离子水和无水乙醇中，利用真空抽滤获得柔性Mn3O4
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rGO薄膜，然后置于70℃的真空干燥箱内干燥。
[0028]进一步地，所述S1中的氧化剂是过硫酸铵。
[0029]进一步地，所述S1中的酸是有机酸磺酸。
[0030]进一步地，所述S1中的锰盐是醋酸锰。
[0031]进一步地，所述电解质溶剂为碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸二乙酯、碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯中的一种或几种；所述锂盐LiPF6、LiClO4、LiTFSI中的任意一种。
[0032]一种组装柔性锂离子电池的方法，包括以下步骤：
[0033]S1，将正极基材取出，采用PVD技术在正极基材上沉积一层致密的石墨烯薄膜包覆铝箔层，然后将正极浆料均匀涂在正极集流体表面，真空干燥7h；
[0034]S2，将负极基材取出，采用PVD技术在负极基材上沉积一层致密的铜层，然后将负极浆料均匀涂在负极集流体表面，真空干燥7本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种柔性锂离子电池组，其特征在于，包括长条状的高强度纤维物和多个锂离子电池，锂离子电池套设在高强度纤维物上，且多个锂离子电池沿着高强度纤维物长度方向均匀分布；所述锂离子电池由外到里依次包括：正负极基材、正负极集流体、正负极活性材料、凝胶电解质；其中，正极和负极基材选用聚丙烯膜；正极集流体采用石墨烯薄膜包覆铝箔，负极集流体使用铜箔；正极活性材料采用镍钴锰酸锂
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纤维素
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碳纳米管，负极活性材料采用柔性Mn3O4
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rGO材料；凝胶电解质包括：高分子物质、电解液溶剂和锂盐，其中，高分子物质为聚偏二氟乙烯、聚丙烯腈和聚甲基丙烯酸甲酯中的一种或几种。2.根据权利要求1所述的一种柔性锂离子电池组，其特征在于，所述高强度纤维物为凯夫拉纤维、超密度聚乙烯、碳纤维中的任意一种。3.根据权利要求1所述的一种柔性锂离子电池组，其特征在于，所述正极集流体的制备步骤包括：S1，将石墨烯分散在溶剂中，向其中加入分散剂，经过超声分散后，得到一次分散液，静置片刻，取上层分散液；S2，向得到的分散液中加入粘接剂高速剪切分散，并调节粘度，得到均匀的复合导电石墨烯涂层液；S3，将Al箔进行表面粗糙化后，将石墨烯涂层液涂在Al箔上，然后进行真空干燥得到石墨烯膜包覆Al箔形成的正极集流体。4.根据权利要求1所述的一种柔性锂离子电池组，其特征在于，所述正极活性材料的制备步骤包括：S1,将100g碳纳米管加入到溶有150g细菌纤维素的水溶液中，在溶液温度为0℃的条件下以1000W的功率超声处理5min，获得碳纳米管和细菌纤维素的混合溶液；S2,将所述碳纳米管和细菌纤维素的混合溶液先放入深冷冰箱中进行冷冻处理12h，再放入冷冻干燥机中进行冷冻干燥处理48h，获得多孔纤维素
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碳纳米管前驱体250g；S2,将20g多孔纤维素
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碳纳米管前驱体加入到镍钴锰酸锂中，在溶液温度为0℃的条件下以1000W的功率超声处理5min，再进行抽滤，最后以40℃的温度干燥处理12h...

【专利技术属性】
技术研发人员：王静，张磊，曹斌全，陈啸，田宇，尚晨伟，李育飞，徐立新，
申请(专利权)人：平湖市浙江工业大学新材料研究院，
类型：发明
国别省市：