[发明专利]柔性锂离子电池及其制备方法

说明书

本发明提供了一种柔性锂离子电池及其制备方法。该电池由下至上依次包括外层正极集流体、外层正极、外层电解质层、中间功能层、外层负极以及外层负极集流体；外层正极集流体的材料为第一柔性电路板，且外层正极与第一柔性电路板中的金属箔接触设置；外层负极集流体的材料为第二柔性电路板，且外层负极与第二柔性电路板中的金属箔接触设置；中间功能层包括n个由下至上依次叠加设置的重复单元，n为1～5的整数；各重复单元由下至上依次包括中间负极、中间负极集流体、阻挡层、中间正极集流体、中间正极及中间电解质层，且各重复单元中的中间负极集流体与中间正极集流体相连通。该电池具有轻薄、高比能量、长寿命、可在一定曲率下弯折等特点。

技术领域

本发明涉及锂离子电池技术领域，具体而言，涉及一种柔性锂离子电池及其制备方法。

背景技术

当前，在便携式设备等小型或微型应用场景中，锂离子电池是使用最广泛、适应性最强的电池技术，具有容量高、循环寿命长、与产品融合度高等特点。随着这些电子器件的日益微型化和轻薄化，特别是柔性的电子器件的出现，对储能电池提出了更高的要求。但是，目前市场上的锂离子电池并不满足轻、薄、柔的要求，在进行一定曲率的弯折后，电池内部电极脱落，电池容量下降，还可能会引发安全事故。此外，锂离子电池单体电芯的工作电压通常为3.2～3.8V之间，为电压较高的用电设备供电则需要使用升压器件或者进行电池串并联来实现。这类解决方案结构较为复杂，效率低，较多的器件占用空间大。在部分用电设备中，需要对电池进行串并联后才可以使用。成组的电芯在工作过程中互相影响，单只电芯出现问题后会加剧电池组性能的下降，甚至带来安全隐患。简化电池的组串连接将会大大降低这种可能性，延长使用寿命。简化电池组串的方法主要有提高单体电池的容量以降低并联电池数；提高电池的电压以降低串联电池数。其中，串联中的电池，出现故障后对整体的影响往往更大。

为实现单体电芯的高电压，一些现有技术中采用镀膜工艺制备电极层，同时使用激光切割再连接、或叠层结构来实现单体电芯的高电压。中国专利CN107464913A，采用真空镀膜的方式，在硅、PI、云母等基片上，逐层沉积正极集流体、正极、电解质层、负极、负极集流体等，再重复沉积多次，形成内部串联的高电压电池，电压为6～100V。专利CN203503745U，采用物理气相沉积(简称PVD)的方式在衬底上逐层制备电池的功能层，实现内部串联和内部并联。美国专利US2014/0227609A1在沉积电池功能层后，通过激光刻蚀、再连接等方式，在薄膜电池上实现电池单体的串联和并联。这些方法制备出的电池，寿命长、电压大小可以设计，同时在一定的层数下具有轻薄可折叠的特性。但是，PVD过程对设备要求较高，初始投资较大；电极制备过程速度较慢，生产效率低，电池单位成本很高，限制了此类电池大规模的普及。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种柔性锂离子电池及其制备方法，以解决现有技术中柔性锂离子电池的单体电池电压低、比能量低，或在轻质、柔性方面表现不足的问题。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种柔性锂离子电池，其由下至上依次包括外层正极集流体、外层正极、外层电解质层、中间功能层、外层负极以及外层负极集流体；其中，外层正极集流体的材料为第一柔性电路板，且外层正极与第一柔性电路板中的金属箔接触设置；外层负极集流体的材料为第二柔性电路板，且外层负极与第二柔性电路板中的金属箔接触设置；中间功能层包括n个由下至上依次叠加设置的重复单元，n为1～5的整数；各重复单元由下至上依次包括中间负极、中间负极集流体、阻挡层、中间正极集流体、中间正极及中间电解质层，且各重复单元中的中间负极集流体与中间正极集流体相连通。

进一步地，第一柔性电路板为聚合物和铝箔复合的柔性电路板，第二柔性电路板为聚合物和铜箔复合的柔性电路板；优选地，第一柔性电路板为聚酰亚胺或聚酯薄膜复合铝箔的柔性电路板，第二柔性电路板为聚酰亚胺或聚酯薄膜复合铜箔的柔性电路板；外层电解质层和中间电解质层各自独立地包括固态骨架和位于固态骨架中的电解质复合物，电解质复合物包括锂盐和电解质用聚合物。