[发明专利]柔性器件及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于柔性器件技术领域，特别涉及一种柔性器件及其制备方法。

背景技术

1991年，日本索尼公司创造性的采用炭材料作为锂离子电池阳极材料，为锂离子电池领域带来了革命性的变化；自此之后，锂离子电池技术迅猛发展，在移动电话、摄像机、笔记本电脑以及其他便携式电器上面大量运用。锂离子电池具有诸多优点，例如电压高、体积小、质量轻、比能力高、无记忆效应、无污染、自放电小、循环寿命长等，是二十一世纪理想的移动电器电源、电动汽车电源以及储电站用储电器。

但随着电子器件朝着个性化方向发展，大量创造性电子产品迅速涌现而出：如智能手表、智能眼镜、智能手环等可穿戴设备在短短几年时间内相继出现并获得广大消费者的认可。与传统电子产品不同，这类电子产品具有外形非规则、柔性等特征，因此对这些电子产品的供电部件(即电池)提出了新的要求：非规则、柔性等。

对于柔性器件，在来回的弯折过程中，器件内部界面将受到严峻的挑战；而电化学器件，界面反应是影响其性能的决定性因素之一；因此要保证柔性器件具有优良的电化学性能，必须确保该器件具有优良的界面粘接力。

于2013年7月4公布的美国专利申请公开号2013/0171490A1公开了一种柔性电池组，通过上、下叠层将一系列电池排列，并通过电池之间的粘附剂将上下粘附层粘合而使电池隔离，从而制备柔性电池组。但是这种设计的柔性电池组在弯折时，由于顶部层及底部层硬性较强，受应力影响，柔性电池组的弯折程度及抗疲劳强度受到很大的限制，影响柔性电池组性能的发挥；粘结剂在一定的弯曲角度和弯曲次数后，粘接强度会下降，导致其牢靠性变差，而且在与粘结剂相近的非粘结区域由于作用力不一致容易产生疲劳，对柔性电池组的安全性能有风险。并且该方法需要控制粘附剂的粘接强度和每个区域使用量的均一，量产的难度很大。

有鉴于此，确有必要提供一种新的柔性器件，使得其具有优异的界面粘接力，即使经过多次弯折后仍然紧密粘接，从而制备出性能优良的柔性器件。

发明内容

本发明的目的在于：针对现有技术的不足，而提供的一种柔性器件，包括一片正极片、一片负极片和隔离膜，所述负极片由负极活性物质和负极集流体组成，所述负极集流体分为A表面和B表面；所述负极集流体具有多孔结构，包括孔结构区和非孔区，所述孔结构区和所述非孔区的体积分别为V1、V2，且V1/(V1+V2)≥10％；所述孔结构区的孔洞与所述负极集流体的A表面或B表面连通。本发明采用多孔集流体，使得负极活性物质完全或部分嵌入多孔集流体的孔结构中，从而增加集流体与活性物质之间的粘接力，确保柔性器件在弯折过程中界面紧密粘接；因此制备出来的柔性器件具有更加优异的柔性及电化学性能。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种柔性器件，包括一片正极片、一片负极片和隔离膜，所述负极片由负极活性物质和负极集流体组成，所述负极集流体分为A表面和B表面；所述负极集流体具有多孔结构，包括孔结构区和非孔区，所述孔结构区和所述非孔区的体积分别为V1、V2，且V1/(V1+V2)≥10％，此时集流体中含有足够的孔洞，提供了存储活性物质的空间；所述孔结构区的孔洞与所述负极集流体的A表面或B表面连通，此时便与将活性物质填入孔洞中，同时充放电时作为离子通道。

作为本发明柔性器件的一种改进，所述孔结构区的所有孔洞与所述负极集流体的A表面连通但与所述负极集流体的B表面不连通；或所述孔结构区的所有孔洞与所述负极集流体的A表面不连通但与所述负极集流体的B表面连通；并且所述孔洞到不连通的一个表面的距离为h，且h≥1μm，非连通一侧的集流体充当封装材料，用于阻隔水气，因此当h值过小时，不能起到有效的阻隔水气作用。

作为本发明柔性器件的一种改进，所述负极集流体的厚度为a，且2μm≤a≤1000μm，多孔结构层厚度过大时，会增加离子扩散路径，使得电池的倍率性能变差；所述多孔结构集流体的孔等效直径为d(等效孔直径是指将孔面积换算成一个圆面积时，所述圆的直径)，且0.1μm≤d≤2cm，等效直径过小，无法填充足够的活性物质，等效直径过大，无法充分的展现孔结构对活性物质的固定作用，且会影响电极的电子电导；所述多孔结构集流体的孔间距为b，且0.05μm≤b≤1cm；所述负极集流体的孔长度为L，且L≤4a，孔深度过大时，必定增加填充在孔结构中活性物质的离子传输路径，从而影响电池的倍率性能；所述负极集流体为金属单质、金属与金属形成的合金、金属与非金属形成的合金中的至少一种，或者为金属单质或合金与其他材料形成的复合材料。