柔性电池的一体化集成方法、柔性电池及可穿戴设备

本发明涉及锂电池，特别涉及一种柔性电池的一体化集成方法、柔性电池及可穿戴设备。

背景技术：

1、锂电池因其能量密度高、循环寿命长、记忆效应弱等优点，已成为目前应用最为广泛的电化学储能技术。近年来，随着可穿戴智能设备的快速发展和应用，对锂电池等储能器件进一步提出了通过柔性化适应可穿戴场景的应用需求，发展轻质量、高能量密度、可定制化以及多方向变形的柔性锂离子电池是必然趋势。

2、然而对于柔性电池，电极或封装材料在反复的弯曲、折叠、拉伸中，难免会造成不可逆形变，最终导致电池失效。

技术实现思路

1、为解决现有技术中制作柔性电池时，电极或封装材料在反复的弯曲、折叠、拉伸可能造成的不可逆形变的问题，本发明提供了一种柔性电池的一体化集成方法、柔性电池及可穿戴设备。

2、本发明解决技术问题的方案是提供一种柔性电池的一体化集成方法，包括以下步骤：

3、提供正极浆料、负极浆料，使用所述正极浆料、所述负极浆料通过预制图案印刷模板分别进行丝网印刷，获得图案化正极和图案化负极；

4、提供凝胶聚合物电解质，使用所述预制图案印刷模板进行紫外光照射，获得图案化凝胶聚合物电解质；

5、提供llzto浆料，并分别涂覆至所述图案化正极和所述图案化负极上，使所述图案化正极和所述图案化负极上均形成界面缓冲层；

6、将所述图案化凝胶聚合物电解质和已形成所述界面缓冲层的所述图案化正极、所述图案化负极进行图案对位，以热压合形成柔性电池。

7、优选地，正极浆料包括质量比为9:0.5:0.5的正极活性物质、导电剂和粘结剂；所述负极浆料包括质量比为9:0.5:0.5的负极活性物质、导电剂和第一粘结剂；所述正极活性物质为钴酸锂；所述负极活性物质为石墨；所述导电剂为导电碳sp；所述第一粘结剂为聚偏氟乙烯。

8、优选地，使用所述正极浆料、所述负极浆料通过预制图案印刷模板分别进行丝网印刷，获得图案化正极和图案化负极，具体包括以下步骤：

9、提供预制正极pcb基板和预制负极pcb基板；所述预制正极pcb基板上形成有已图案化的正极集流体，所述预制负极pcb基板上形成有已图案化的负极集流体；

10、固定所述预制图案印刷模板，将所述正极集流体上的图案与所述预制图案印刷模板上的图案的相对；

11、将所述正极浆料以丝网印刷的方式印刷在所述正极集流体，以在所述正极集流体形成所述图案化正极；和

12、将所述负极集流体上的图案与所述预制图案印刷模板上的图案的相对；

13、将所述负极浆料以丝网印刷的方式印刷在所述负极集流体，以在所述负极集流体形成所述图案化负极。

14、优选地，所述图案化凝胶聚合物电解质包括弹性体、交联剂、引发剂、增塑剂以及第一锂盐；所述弹性体、所述交联剂、所述引发剂和所述增塑剂的质量比为1：（0.01-0.15）：（0.01-0.05）：（0.5-2），所述第一锂盐占所述弹性体、所述交联剂、所述引发剂和所述增塑剂的总质量的30wt%。

15、优选地，所述弹性体包括sbs、sis、sebs、epdm、tpo、ppe、tpu中的至少一种；所述交联剂包括二乙烯基苯、聚乙二醇二丙烯酸酯、二甲氧基二乙烯基硅烷中的至少一种；所述引发剂包括二苯甲酮、苯基甲酮、二异丙基苯基甲酮、2,2-二甲氧基-苯基苯乙酮中的至少一种；所述增塑剂为丁二腈、己二腈、聚乙二醇200中的一种；所述第一锂盐为双三氟甲烷磺酰亚胺锂、六氟磷酸锂、二草酸硼酸锂中的一种。

16、优选地，所述凝胶聚合物电解质通过以下步骤获得：

17、将弹性体、交联剂和引发剂以质量比为1：0.1：0.02溶于无水二甲基甲酰胺中，以搅拌直至生成均匀粘稠状的待纺丝液体，并将所述待纺丝液体进行静电纺丝以及真空干燥，获得静电纺丝骨架；

18、将聚氧化乙烯与所述第一锂盐、增塑剂以质量比为3：1：2混合，在80℃下搅拌得到均相溶液；

19、将所述均相溶液灌注进所述静电纺丝骨架中，以冷却得到所述凝胶聚合物电解质。

20、优选地，所述llzto浆料由纳米级llzto粉体、分散剂、粘结剂和第二锂盐以质量比4：3：1：4均匀混合形成。

21、优选地，所述图案对位为将所述图案化正极上所述界面缓冲层与所述图案化负极上所述界面缓冲层相对，并将所述图案化凝胶聚合物电解质置于所述图案化正极上所述界面缓冲层和所述图案化负极上的所述界面缓冲层之间，并使所述图案化正极上的图案、所述图案化凝胶聚合物电解质上的图案和所述图案化负极的图案相互进行对位。

22、本发明为解决上述技术问题还提供一种柔性电池，采用如上任一项所述的柔性电池的一体化集成方法制作得到。

23、本发明为解决上述技术问题还提供一种可穿戴设备，包括如上任一项所述的柔性电池的一体化集成方法制作得到的柔性电池。

24、与现有技术相比，本发明提供的柔性电池的一体化集成方法、柔性电池及可穿戴设备具有以下优点：

25、1、本发明的一种柔性电池的一体化集成方法，包括以下步骤：提供正极浆料、负极浆料，使用正极浆料、负极浆料通过预制图案印刷模板分别进行丝网印刷，获得图案化正极和图案化负极；提供凝胶聚合物电解质，使用预制图案印刷模板进行紫外光照射，获得图案化凝胶聚合物电解质；提供llzto浆料，并分别涂覆至图案化正极和图案化负极上，使图案化正极和图案化负极上均形成界面缓冲层；将图案化凝胶聚合物电解质和已形成界面缓冲层的图案化正极、图案化负极进行图案对位，以热压合形成柔性电池。通过预制图案印刷模板能完成图案化正极、图案化负极以及图案化凝胶聚合物电解质制作，从而能创造出柔性电极结构，使电极能够更好地适应形变。因而在将已完成图案化的图案化正极、图案化负极以及图案化凝胶聚合物电解质进行图案对位以精准对位，并以热压合的方式精准对位组装成柔性电池，实现了柔性电池跨尺度多组件的高精度对位集成组装，并赋予柔性电池良好的重复变形能力，因而避免了在现有制作柔性电池时，电极或封装材料在反复的弯曲、折叠、拉伸可能造成的不可逆形变的问题。

26、2、本发明的一种使用所述正极浆料、所述负极浆料通过预制图案印刷模板分别进行丝网印刷，获得图案化正极和图案化负极，具体包括以下步骤：提供预制正极pcb基板和预制负极pcb基板；预制正极pcb基板上形成有已图案化的正极集流体，预制负极pcb基板上形成有已图案化的负极集流体；固定预制图案印刷模板，将正极集流体上的图案与所述预制图案印刷模板上的图案的相对；将正极浆料以丝网印刷的方式印刷在正极集流体，以在正极集流体形成所述图案化正极；和将负极集流体上的图案与预制图案印刷模板上的图案的相对；将负极浆料以丝网印刷的方式印刷在负极集流体，以在负极集流体形成图案化负极。通过预制图案印刷模板能使正极浆料和负极浆料分别在正极集流体和负极集流体分别形成图案化正极和图案化负极，从而完成了电极的图案化工艺，使创造出柔性电极结构，使电极能够更好地适应形变；同时避免电流集中，减少电极局部的过热和极化现象，提高电极的稳定性和循环寿命。

27、3、本发明的一种图案化凝胶聚合物电解质包括弹性体、交联剂、引发剂、增塑剂以及第一锂盐；弹性体、交联剂、引发剂和增塑剂的质量比为1：（0.01-0.15）：（0.01-0.05）：（0.5-2），第一锂盐占弹性体、交联剂、引发剂和增塑剂的总质量的30wt%。因而，采用上述质量比的凝胶聚合物电解质制备的凝胶聚合物电解质的力学特征与离子传导特性的耦合增强，与常规聚合物电解质相比具有更好的柔性和可拉伸性。

28、4、本发明的一种凝胶聚合物电解质通过以下步骤获得：将弹性体、交联剂和引发剂以质量比为1：0.1：0.02溶于无水二甲基甲酰胺中，以搅拌直至生成均匀粘稠状的待纺丝液体，并将所述待纺丝液体进行静电纺丝以及真空干燥，获得静电纺丝骨架；将聚氧化乙烯与第一锂盐、增塑剂以质量比为3：1：2混合，在80℃下搅拌得到均相溶液；将均相溶液灌注进静电纺丝骨架中，以冷却得到凝胶聚合物电解质的孔隙率更低，柔软性更高，将进一步提高最终的图案化固态电解质的柔软性以及机械强度。

29、5、本发明的一种llzto浆料由纳米级llzto粉体、分散剂、粘结剂和第二锂盐以质量比4：3：1：4均匀混合形成，因而能通过由llzto浆料在图案化正极以及图案化负极形成的界面缓冲层实现电极/电解质界面在大形变条件下稳定粘结不分离。

30、6、本发明的一种图案对位为将图案化正极上界面缓冲层与图案化负极上界面缓冲层相对，并将图案化凝胶聚合物电解质置于图案化正极上界面缓冲层和图案化负极上的界面缓冲层之间，并使图案化正极上的图案、图案化凝胶聚合物电解质上的图案和图案化负极的图案相互进行对位。通过图案定位能实现柔性电池跨尺度多组件的高精度对位组装，从而提高制作柔性电池中多组件的对位的精确性，更有利于压合的集成组装。

31、7、本发明还提供一种柔性电池，具有与上述柔性电池的一体化集成方法相同的有益效果，在此不做赘述。

32、8、本发明还提供一种可穿戴设备，具有与上述柔性电池的一体化集成方法相同的有益效果，在此不做赘述。