[发明专利]一种柔性锂离子电池

说明书

技术领域

本发明属于锂离子电池技术领域，尤其涉及一种生产成本低、阴极材料的利用率较高的柔性锂离子电池。

背景技术

穿戴式电子设备以其时尚性、新奇感吸引着用户的眼球，如智能眼镜，智能戒指、智能腕带和智能腕表等商品逐渐成为人们关注的焦点之一。这些电子产品的形状各异，它们对锂离子电池的形状也提出了不同的要求，但它们对锂离子电池的共同要求是体积小且需要一定量的形变。在此背景下，具有柔性的线性电池以其柔韧性及可根据产品要求对形状进行组合的特性，成为穿戴式电子设备的首选。

LG公司前不久报道了一款cable-type电池（见Advanced Materials），其先将铜线以螺旋的方式缠绕在圆形柱上，去除圆柱后，形成空心螺旋型阳极集流体，然后在铜线上溅镀Ni-Sn合金作为阳极活性物质，再在其表面包裹隔离膜，然后在隔离膜外缠绕金属铝线作为阴极集电体，再在阴极集流体上刷上一层阴极材料，接着将其封装在热塑管中，灌注电解液后，激活成为柔性线状电池。

该制作工艺所制得的电池具有柔韧性，可用于穿戴式电子设备，但该工艺也存在着美中不足的地方：

一是Ni-Sn合金是通过溅镀的方法设置在铜线上，而溅镀工艺相对较为复杂，且需要专门的价格昂贵的设备，因此生产成本较高；

二是金属铝线作为阴极集流体，螺旋状缠绕的铜线和铝线之间存在空隙，部分在铝线上涂覆的阴极材料无阳极活性物质与之对应，从而造成阴极材料的浪费，导致阴极材料的利用率较低。

发明内容

本发明的目的在于：针对现有技术的不足，而提供一种能够大大提高阴极材料使用效率且具有较好的柔韧性的柔性锂离子电池。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：一种柔性锂离子电池，包括由宽度为2-20mm的阳极带、宽度为1-19mm的阴极带、设置于所述阳极带和所述阴极带之间的隔膜组成的电极组件、包装袋、电解液和电芯支柱，所述电极组件螺旋地缠绕在所述电芯支柱上，并且所述电芯支柱和所述电极组件均设置于所述包装袋内，所述阳极带上焊接有阳极极耳，所述阴极带上焊接有阴极极耳，所述电芯支柱设置为表面绝缘且可弯曲的柱体。

作为本发明柔性锂离子电池的一种改进，所述电芯支柱的直径为0.5-50mm，其可弯曲弧度为0-180°，使得整个电池的柔韧性得到保障。

作为本发明柔性锂离子电池的一种改进，所述电芯支柱设置为多孔聚合物柱体或经过绝缘处理的金属柱体。

作为本发明柔性锂离子电池的一种改进，所述金属柱体的材质为铜箔或铝箔，铜箔和铝箔的柔韧性较好。

作为本发明柔性锂离子电池的一种改进，所述绝缘处理为在金属柱体表面涂覆绝缘胶或者包覆有聚合物薄膜。制作时，可以将厚度为30-100μm的金属箔（铜箔或铝箔）围成空心金属管，然后在空心金属管的外表面涂覆绝缘胶或者包覆有聚合物薄膜。涂覆绝缘胶或者包覆聚合物薄膜是为了防短路，空心金属管不仅具有支撑作用，而且本身具有柔韧性。所述聚合物薄膜设置为聚乙烯薄膜、聚丙烯薄膜或者聚碳酸酯薄膜。聚合物薄膜可以使用常用的隔离膜，绝缘胶为环氧胶、聚氨酯胶或聚酰亚胺胶等。

作为本发明柔性锂离子电池的一种改进，所述实心多孔聚合物柱体的材质为孔隙率为30-80%的聚乙烯、聚丙烯、聚碳酸酯或聚氯乙烯，这种聚合物柱体不仅具有支撑效果，而且由于其多孔结构，还具有较好的吸液和储液性能，有利于提高电池的循环性能，而且还能为整个电池提供缓冲，减少电池在外力撞击时的形变。

作为本发明柔性锂离子电池的一种改进，所述阳极带包括阳极集流体和涂布在所述阳极集流体的单面或双面的阳极活性物质层；所述阴极带包括阴极集流体和涂布在所述阴极集流体的单面或双面的阴极活性物质层，并且所述阳极活性物质层的宽度比所述阴极活性物质层的宽度大0.5-1mm，所述阳极活性物质层的长度比所述阴极活性物质层的长度大0.5-1mm。以防止锂枝晶的析出导致的短路问题的发生。

其中，所述阳极集流体设置为铜箔，所述阳极集流体的厚度为8-30μm，所述阴极集流体设置为铝箔，所述阴极集流体的厚度为10-40μm。铜箔和铝箔均具有较好的柔韧性，铜箔和铝箔的厚度太大，则柔韧性不够好，铜箔和铝箔的厚度太小，其所起到的支撑作用又不够。

作为本发明柔性锂离子电池的一种改进，当阴极集流体的单面涂布阴极活性物质层，且阳极集流体的单面涂布阳极活性物质层时，所述阴极活性物质层与所述阳极活性物质层相对设置，以实现正常的充放电。

作为本发明柔性锂离子电池的一种改进，其制备包括以下步骤：