一种新型柔性电池结构的制作方法

文档序号:14476471阅读:614来源:国知局

本实用新型涉及新型电池技术领域,尤其涉及一种新型柔性电池结构。



背景技术:

柔性电池是电池领域新兴的研究方向,如何获得柔性可弯折的电极材料是关键,当前主要通过制备柔性集流体取代传统铜箔和铝箔,并将活性材料与集流体进行一体化设计,来获得柔性电池。

2010年崔毅在ACS Nano上发表“Thin,Flexible Secondary Li-Ion Paper Batteries”,采用碳纳米管薄膜作为柔性集流体,将钛酸锂制成浆料,直接涂布在碳纳米管薄膜上作为负极,用同样方法制备出钴酸锂柔性正极,采用硅胶封装成柔性全电池。

2012年美国南加州大学Chongwu Zhou在NANO LETTERS上发表了“Hierarchical Three-Dimensional ZnCo2O4Nanowire Arrays/Carbon Cloth Anodes for a Novel Class of High-Performance Flexible Lithium-Ion Batteries”,采用在碳布原位生长的ZnCo2O4作为柔性负极材料,但正极还是用铝箔组装的软包全电池。

可见,柔性电池主要解决的问题在于处理集流体的柔性化上,但在实际应用中,我们又希望尽可能的提高电池的能量密度,这就要求正负极的活性物质的载量必须增加,然而依靠传统涂覆或者原位生长方式,在载量增加后,折叠或者拉伸都很容易导致活性材料的破裂甚至脱落。



技术实现要素:

本实用新型所要解决的技术问题是针对现有柔性电池在正负极的活性物质的载量增加后、折叠或者拉伸都容易导致活性材料破裂甚至脱落的缺陷,提供一种新型柔性电池结构。

本实用新型解决上述技术问题的技术方案如下:一种新型柔性电池结构,包括正极、隔膜和负极,所述隔膜设置在所述正极与所述负极之间,所述正极与所述负极正对设置;在所述正极的正极材料内和所述负极的负极材料内均掺设有纤维体,所述纤维体与所述正极材料或者所述负极材料均匀混合;在所述正极的外侧面贴覆设有正极导电膜,在所述负极的外侧面贴覆设有负极导电膜。

本实用新型的有益效果是:制备工艺简单,无需特殊设备,正极和负极就可一步成型为软性电极片,加工成本低,电池柔性化程度高;通过在正极材料和负极材料内掺设纤维体,在不影响电池导电性的同时,既能够适当增加正极和负极的厚度,提高活性物质的载量,从而提高电池的能量密度,还能提高正极和负极的耐弯曲和抗拉伸性能,提高电池的柔性化程度。

在上述技术方案的基础上,本实用新型还可以做如下改进。

进一步:所述纤维体为PP短纤维。

上述进一步方案的有益效果是:PP短纤维具有结构稳定和耐酸碱的特性,通过将PP短纤维加入正极材料和负极材料中,可以有效防止正极材料和负极材料开裂,增强正极材料和负极材料的耐弯曲和抗拉伸性能,从而提高电池的柔性化程度。

进一步:所述隔膜为单层隔膜或者多层复合隔膜。

上述进一步方案的有益效果是:提升电池的性能。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图;

附图中,各标号所代表的部件名称如下:

1、正极,11、正极导电膜,12、正极材料,2、纤维体,3、隔膜,4、负极,41、负极导电膜,42、负极材料。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的原理和特征进行描述,所举实例只用于解释本实用新型,并非用于限定本实用新型的范围。

如图1所示,一种新型柔性电池结构,其包括正极1、隔膜3和负极4,所述隔膜3设置在所述正极1与所述负极4之间,所述正极1与所述负极4 正对设置;在所述正极1的正极材料12内和所述负极4的负极材料42内均掺设有纤维体2,所述纤维体2与所述正极材料12或者所述负极材料42均匀混合;在所述正极1的外侧面贴覆设有正极导电膜11,在所述负极4的外侧面贴覆设有负极导电膜41。

所述纤维体2为PP短纤维。

PP短纤维具有结构稳定和耐酸碱的特性,通过将PP短纤维加入正极材料12和负极材料42中,可以有效防止正极材料12和负极材料42开裂,增强正极材料12和负极材料42的耐弯曲和抗拉伸性能,从而提高电池的柔性化程度。

所述纤维体2与所述正极材料12的混合质量比范围为1:2至1:8,通过控制纤维体2与正极材料12的混合质量比,在增强正极材料12的耐弯曲和抗拉伸性能的同时,确保正极材料12活性物料的载量不会影响电池的正常工作。

所述纤维体2与所述负极材料42的混合质量比范围为1:2至1:8,通过控制纤维体2与负极材料42的混合质量比,在增强负极材料42的耐弯曲和抗拉伸性能的同时,确保负极材料42活性物料的载量不会影响电池的正常工作。

实施例一,所述纤维体2与所述正极材料12的混合质量比为1:2,所述纤维体2与所述负极材料42的混合质量比为1:2,正极材料12、负极材料42的耐弯曲和抗拉伸性能最差,正极材料12、负极材料42的活性物料的载量较多,但电池性能一般。

实施例二,所述纤维体2与所述正极材料12的混合质量比为1:6,所述纤维体2与所述负极材料42的混合质量比为1:6,此时纤维体2与正极材料12、负极材料42的混合质量比最佳,正极材料12、负极材料42的耐弯曲和抗拉伸性能较好,正极材料12、负极材料42的活性物料的载量最好,电池性能最好。

所述正极材料12采用多孔碳和硫复合而成,硫均匀分布在多孔碳中,多孔碳与硫的质量比为1:1;多孔碳的内部核结构是孔径范围在1nm至22nm 内的介孔碳结构,外部壳结构是孔径小于0.5nm的微孔碳结构。

所述隔膜3为单层隔膜或者多层复合隔膜。

所述隔膜3为单层PP隔膜、单层PE隔膜、PP+陶瓷涂覆复合隔膜、PE+ 陶瓷涂覆复合隔膜、双层PP/PE复合隔膜、双层PP/PP隔膜、三层PP/PE/PP 复合隔膜或者覆碳复合隔膜。

在本实施例中,所述隔膜3优选为覆碳复合隔膜。

所述覆碳复合隔膜为单层PE隔膜-碳膜-单层PE隔膜三层复合结构,大幅度减小了电池中碳膜的厚度,提高了电池的电化学性能,而且随着循环的进行容量保持较好,降低了电池的制作成本。

所述碳膜为比表面积较大的、较为疏松的碳膜,可以吸附多硫化物,抑制穿梭效应,从而在碳膜中储存大量的电解液,提高了电解液与硫的比例,改善了硫的溶出,有利于硫和多硫化物的溶解,利于正极反应的发生,并缓解溶解带来的电解液粘度升高。

所述正极导电膜11为柔性导电膜,其采用导电胶涂刷或者印刷的方式涂覆在所述正极1的外侧表面,结构稳定,导电性能好,同时还能进一步提高柔性电池的耐歪曲和抗拉伸性能。

所述负极导电膜41为柔性导电膜,其采用导电胶涂刷或者印刷的方式涂覆在所述负极4的外侧表面,结构稳定,导电性能好,同时还能进一步提高柔性电池的耐歪曲和抗拉伸性能。

采用导电胶涂刷或者印刷的方式制作正极导电膜11和负极导电膜41,原料和技术、制作工艺均较为成熟,有利于柔性电池的工业化批量生产。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例,并不用以限制本实用新型,凡在本实用新型的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本实用新型的保护范围之内。

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