一种柔性贮备电池的制作方法

本实用新型涉及电池技术领域，具体而言，涉及一种柔性贮备电池。

背景技术：

在随着物联网、可穿戴设备以及智能皮肤的发展，柔性薄膜电池吸引了越来越多的工业与学术上的兴趣。常用电池结构中，电池电解液与电池电极长时间接触，由于在电极和电解液界面上伴随着副反应的发生，会导致电池整体性能下降，这使得电池电极在使用前的保质期有限。

为了降低副反应的速率，通常在电极中添加缓蚀剂或者在电解液中添加表面活性剂。但是，这种方法不能从根本上禁止副反应的发生，而且还会降低电池初始性能，如容量降低，总电阻增大；对于不同应用场景，对电池的存放寿命要求不同，因此抑制剂的调整往往增加额外的品控和研发成本。此外，为了使连接牢固，薄膜电池往往同导电胶粘结或者焊接的方法连接在用电器上，电池此时就与用电器实现电连接，因此对要严格控制电池连接的时间已保证电池在相应的工作时间里供电。

贮备式电池能够从根本上解决上述问题，其通过将电极和电解液保存在不同的容器中，使电解液在使用之前不会与电池电极接触，在大规模电池中已被设计和使用。然而，在这种电池中，电解液释放装置相对复杂，操作繁琐。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种柔性贮备电池，旨在将电池的电解液和电极活性材料彻底隔离，从而断绝了副反应和电池正常放电，大幅度提升了电池的存放寿命。

本实用新型是这样实现的：

本实用新型提供一种柔性贮备电池，柔性贮备电池的内腔内设置有分隔层，以将柔性贮备电池的内腔分为用于填装电池活性材料的第一腔体和用于存放电解液的第二腔体。

进一步地，在本实用新型较佳的实施例中，柔性贮备电池的厚度为0.1-10mm，分隔层具有结构弱点，以使结构弱点破坏后连通第一腔体和第二腔体。

进一步地，在本实用新型较佳的实施例中，第一腔体内还设置有用于包覆或者夹层在电池活性材料的隔膜，在隔膜和第一腔体的内壁之间形成供电解液渗入隔膜内的渗透通道。

进一步地，在本实用新型较佳的实施例中，所述第一腔体与第二腔体结构为同一平面或者在上下结构重合；第一腔体内填装有共面电池的正极活性材料和负极活性材料，结构弱点正对共面电池正负极之间的沟道。

进一步地，在本实用新型较佳的实施例中，在第一腔体内填装有电池活性材料，第二腔体内存放有电解液，第二腔体位于第一腔体的上方，以在电解液释放至第一腔体后，第二腔体用于储存反应生成气体。

进一步地，在本实用新型较佳的实施例中，第二腔体中储存的电解液的量大于第一腔体所需的电解液的量。

进一步地，在本实用新型较佳的实施例中，分隔层上的结构弱点处的厚度为0.1-5mm；

分隔层上的结构弱点为多个，多个结构弱点在分隔层上间隔分布。

进一步地，在本实用新型较佳的实施例中，电池含有一个或多个贮液池结构；柔性贮备电池通过分电池内部或者外部连接,以形成串联或者并联的电池组。

进一步地，在本实用新型较佳的实施例中，柔性贮备电池的内腔内还设置有通道层，通道层上设置有用于在结构弱点破坏后连通第一腔体和第二腔体的连通通道；在连通通道进口和对应的结构弱点处之间设置有过渡腔。

进一步地，在本实用新型较佳的实施例中，第二腔体的密封包装为复合金属箔的柔性基底，第二腔体远离用电器电磁波发射或接收单元。

实用新型的有益效果是：本实用新型通过上述设计得到的柔性贮备电池，其通过将电池活性材料填装于第一腔体，将电解液存放于第二腔体，在使用时通过挤压等简单的作用方式使分隔层破坏，使电解液进入第一腔体中。本申请创造性地将电解液与电极活性材料彻底隔离，从而断绝了副反应以及电池正常放电，不仅能够在最大程度上提高电池存放寿命，而且通过电解液的隔离和释放起到电池简易开关的作用，操作十分便捷，适合于推广应用。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施方式的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1是本实用新型实施例提供的柔性贮备电池的结构示意图；

图2是本实用新型实施例提供的柔性贮备电池的结构示意图；

图3是本实用新型实施例提供的柔性贮备电池的结构示意图；

图4是本实用新型实施例提供的柔性贮备电池的结构示意图；

图5是本实用新型实施例提供的柔性贮备电池的结构示意图；

图6是本实用新型实施例提供的柔性贮备电池的结构示意图；

图7是本实用新型实施例提供的柔性贮备电池的结构示意图；

图8是本实用新型实施例提供的柔性贮备电池的结构示意图；

图9是本实用新型实施例提供的柔性贮备电池的结构示意图；

图10是本实用新型实施例提供的柔性贮备电池的结构示意图；

图11是本实用新型实施例提供的柔性贮备电池的结构示意图；

图12是本实用新型实施例提供的柔性贮备电池的成品结构示意图；

图13是图12中成品结构的爆炸图；

图14是将电解液从贮液池释放到干电池活性区域过程中，对电池进行的开路电压测量结果；

图15是从电解液释放点(t0)到电解液释放后600分钟(t600)的电池nyquist图；

图16是图15在高频区的放大视图；

图17是仅显示t40-t600的测试结果图；

图18是图17在高频区的放大视图；

图19是电池从t0到t600的bold图；

图20是t600时电池在0.5ma时的恒流放电曲线。

图标：10-柔性贮备电池；001-电池活性材料；002-电池极耳；003-隔膜；004-渗透通道；005-顶层基底层；110-壳体；111-第一腔体；112-第二腔体；120-分隔层；121-结构弱点；130-通道层；131-连通通道；132-过渡腔。

具体实施方式

为使本实用新型实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施方式中的附图，对本实用新型实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本实用新型一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本实用新型中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本实用新型保护的范围。因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施方式。基于本实用新型中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

请参照图1，本实用新型实施例提供一种柔性贮备电池10，柔性贮备电池10的内腔内设置有分隔层120，以将柔性贮备电池10的壳体110的内腔分为用于填装电池活性材料001的第一腔体111和用于存放电解液的第二腔体112。利用分隔层120一方面将电解液与电极活性材料彻底隔离，另一方面可以以更为简单的方式释放电解液。

需要补充的是，在第一腔体111内除填装有电池活性材料001外还填装有隔膜、导电材料等。

在本实用新型较佳的实施例中，请结合图2-4柔性贮备电池的厚度为0.1-10mm，分隔层120上具有结构弱点121，以使结构弱点121破坏后连通第一腔体111和第二腔体112。结构弱点121的形状不限，截面可以为三角形，也可以为半圆形，分隔层120上的结构弱点121处的厚度为0.1-5mm为宜。

在本实用新型较佳的实施例中，分隔层120上的结构弱点121为多个，多个结构弱点121在分隔层120上间隔分布，可以为如图4中所示的自左至右间隔排布的多个结构弱点121。在使用时，不需要额外的电解液释放装置，可以采用施压的方式，还可以通过热、超声波等刺激可以达到类似的效果，使结构弱点破坏后电解液释放到第一腔体111中，电池被激活。结构弱点121可以位于分隔层120的中心，但不限于中心。

在本实用新型较佳的实施例中，请结合图5，分隔层120为自上而下设置的多个，每个分隔层120上均设置有至少一个结构弱点121。通过设置两个结构弱点，既保证了在压力作用下电解液能够有效冲破，又可以避免长时间放置导致的弱点位置老化。

请结合图6和图7，柔性贮备电池10的内腔内还设置有通道层130，通道层130上设置有用于在结构弱点破坏后连通第一腔体111和第二腔体112的连通通道131；在连通通道131进口和对应的结构弱点处之间设置有过渡腔132。过渡腔132起到电解液的暂时存放的作用，是狭长的连通通道131的过渡阶段。

进一步地，连通通道131的长度不限，宽度可以设计为0.1-5mm。通过进一步控制连通通道131的尺寸增加了释放过程操作的稳定性。通过设计加长的连通通道131，可以避免生产和运输过程中的电池弯折造成的电解液提前泄露。对于第一腔体111不需要苛刻的限制电解液溶剂挥发的情况，可以只在封装层复合金属箔来密封电解池，这种结构设计可以满足需要排除电磁屏蔽的场景下的电池的使用。

具体地，整个柔性贮备电池的内腔是胶框形成，可以通过层压复合或者印刷的方式得到，其材质不限，电池外层封装层可以为常规的金属箔或者聚合物薄膜。分隔层120上的结构弱点处的厚度为0.1-5mm，以达到更好地稳定性，防止使用前破裂。第二腔体112的密封包装为复合金属箔的柔性基底，第二腔体112远离用电器电磁波发射或接收单元。第二腔体112中储存的电解液的量大于第一腔体111所需的电解液的量；优选地，第二腔体112中含有部分固态电解液溶质，固态电解液溶质为吸水材料。

进一步地，柔性贮备电池10还包括与电池活性材料001相连的电池极耳002，电池活性材料001与第一腔体111的一侧内壁接触，且电池极耳002从该侧内壁伸出。电池极耳002为现有结构，其工作原理的连接关系在此不做过多赘述。

在本实用新型较佳的实施例中，第一腔体111内还设置有用于包覆或者夹层在电池活性材料001的隔膜003(其中，包覆适用于共面电池结构，夹层适用于三明治电池结构)，在隔膜003和第一腔体111的内壁之间形成供电解液渗入隔膜003内的渗透通道004。

在其他实施例中，也可以不设置隔膜003，如图8中针对共面电池的结构。结构弱点的开口方向在第一腔体111长边，对于与共面电池(电池活性材料001中，左侧为正极活性材料，右侧为负极活性材料)，开口方向在朝向正负极之间沟道。

需要补充的是，第一腔体111和第二腔体112的位置关系不限，如图9，灵活的位置关系能很好地满足客户的多样化定制。在一些实施例中，第二腔体112在第一腔体111上方，使得电解液由于重力限制在第一腔体111中，而排出电解液的贮液池可以储存由于激活又长时间搁置而生成气体。

在本实用新型较佳的实施例中，电池活性材料的材质为亲水材料，优选为亲水聚合物,如：聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮、羧甲基纤维素、聚氧化乙烯等的电池活性物质浆料；优选地，隔膜的材质为亲水材料，优选为纤维素等。本申请通过材质的优化进一步使电池的性能提升，使电池可以在更短的时间内达到电压稳定值，提升了电池的综合性能。电解液也可以为吸水材料，如氯化锌等。

需要补充的是，实际使用中，可以设计电池内包含足量的电池活性材料，不同时间挤入不足量的电解液来激活电池，延长电池的工作寿命。或者第二腔体112中加入过量的电解液，防止电池包中的电解液挥发变干。

在一些实施例中，请结合图10和图11电池含有多个贮液池结构，每个贮液池可以含有足量或者不足量电解液，通过分次释放保证电池在其中一个贮液池损坏下不影响使用，或者在时间间隔较长情况下的电池多次使用。柔性贮备电池通过分电池外部连接电极连接或者内部集成分电池的导电部件，以形成串联或者并联的电池组。

在一些实施例中，柔性贮备电池的第一腔体和第二腔体为同一平面或者在上下结构重合，以避免因设计贮液结构而增加电池额外面积，如图12所示，其爆炸图如图13所示，其是通过三层基底复合形成，在图中底层基底和中间基底之间设置电池活性层(即电池活性材料001)，中间基底和图中顶层基底层005之间设置电解液贮液池密封层，各层通过胶框和密封结构进行粘接。

实施例1

本实施例提供一种贮备电池，其结构如图1所示，电解液为氯化锌水溶液，电池正负极活性材料材质分别为含二氧化锰和锌的亲水浆料，隔膜材质为纤维素隔膜，电池活性面积为6cm²，电池厚度为0.7mm，电池基底为含热塑封材料的铝塑膜，密封框宽度为2mm，电池可以通过热塑封或者压敏胶封装，贮液池电解液含量为120ul，分隔层的宽度从弱点处到密封框逐渐增加,作为演示电池上表面密封基底为透明pet。

试验例1

(1)测试实施例1中提供的贮备电池在激活期间开路电压变化，结果见图14。

如图14所示：从电解液释放点开始，开路电压需要大约15秒的时间才能达到1.57v左右的稳定值，即从这一刻起，电池随时可以使用。

(2)测试实施例1中电池在100khz到0.01hz的频率范围内进行电阻抗谱，测量电压设置在电池开路电压，交流电压振幅为10mv，结果如图15-图18。

从图中可以看出，当电解液从t0(电解液释放的时刻)到t600(释放后10小时)时，电解液浸湿电极表面的较大面积并渗透电极层孔隙，表现为电池的总电阻缓慢降低。在t600(时间等于600分钟)，观察到与电荷转移相关的高频区半圆直径增大，这可能是由于与氯化物基电解液的副反应导致锌电极表面钝化所致。

(3)测试实施例1中电池的从t0到t600的bold图，结果见图19，bode图显示了随着时间的推移总电阻随频率的降低，在t120达到最低值，然后在t600再次增加。

(4)测试实施例1中电池在t600时、0.5ma条件下的恒流放电曲线，如图20所示。含有100ul电解液的电池在t600下放电，电池的面积容量约为1.5mah/cm²。

综上所述，本实用新型提供了一种柔性贮备电池，其通过将电池活性材料填装于第一腔体，将电解液存放于第二腔体，在使用时通过挤压等简单的作用方式使分隔层破坏，使电解液进入第一腔体中。本申请创造性地将电解液与电极活性材料彻底隔离，从而断绝了副反应以及电池正常放电，不仅能够在最大程度上提高电池存放寿命，而且通过电解液的隔离和释放起到电池简易开关的作用，操作十分便捷，适合于推广应用。

以上所述仅为本实用新型的优选实施方式而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。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。