[发明专利]一种聚酰亚胺基柔性电极及其制备和应用

说明书

本发明属于柔性电池领域，具体公开了一种聚酰亚胺基柔性电极，包括经刻蚀后复合导电层的聚酰亚胺基底、氧化物活性物质薄膜和上包覆导电膜。本发明还涉及聚酰亚胺基柔性电极的制备方法，对聚酰亚胺进行图案刻蚀，接着进行表面活化，随后复合导电层，然后通过对喷雾热解生长氧化物活性物质薄膜的热解温度、前驱体溶液配比进行调控，最后选择性的在活性物质表面上包覆导电膜。本发明制备的聚酰亚胺基柔性电极，复合导电层的聚酰亚胺基底相较于铜箔、铝箔等常规集流体质量更轻、厚度更薄、可反复弯折，具有一定阻燃效果；喷雾热解所制备的活性物质膜与集流体结合紧密，形貌、厚度可控、电化学性能优异。

技术领域

本发明属于柔性储能技术领域，具体涉及一种柔性锂二次电池的柔性电极。

背景技术

锂二次电池具有比能量高、循环性能好、无记忆效应和绿色环保等优点，是目前最具发展前景的高效二次电池和发展最快的化学储能电源。锂二次电池由正负极极片、隔膜、电解液和正负极壳构成，其中极片一般由集流体、活性物质、导电剂、粘结剂通过涂布手段制备得到。锂二次电池反应机理可分为三类，即嵌入/脱出、合金化/去合金化、氧化还原。锂二次电池从柔性角度可分为柔性电池和非柔性的常规电池。随着科学技术的发展，柔性电池在可穿戴电子设备以及其他便携式设备中存在广泛应用，得到越来越多的关注。非柔性的常规电池电极制造工艺多采用在集流体上进行涂布，随后将其置于干燥箱内，设定一定温度和干燥时间使得浆料中的溶剂进行挥发。涂布手段制备的电极其活性物质与集流体的粘结程度较低，其电池不适合在反复弯曲变化条件中工作。一般来说，柔性电池要求其电极整体或集流体在本征上具备柔韧性。在关于柔性电池的报道中，其集流体多采用碳基柔性材料作为集流体，这就使得集流体可选择的材料范围有限；其电极活性物质制备工艺多采用纺丝技术、化学/物理气相沉积、化学电镀等手段，制备工艺流程复杂或需要精密仪器。

发明内容

针对现有柔性电池存在的不足，本发明第一目的在于提供一种聚酰亚胺基柔性电极，旨在改善柔性电池的倍率性能、循环性能、能量密度以及稳定性。

本发明第二目的在于，提供所述的聚酰亚胺基柔性电极的制备方法，旨在改善制得的柔性电池的性能。

本发明第三目的在于，提供所述的聚酰亚胺基柔性电极在柔性锂二次电池中的应用。

本发明第四目的在于，提供装备有所述的聚酰亚胺基柔性电极的柔性锂二次电池。

一种聚酰亚胺基柔性电极，包括依次复合的聚酰亚胺基底、活性物质膜层；

所述的聚酰亚胺基底包括聚酰亚胺膜，聚酰亚胺膜的A面设置有刻蚀图案，聚酰亚胺膜的A面复合有导电膜层A，导电膜层A和活性物质膜层接触；聚酰亚胺膜的B面设置有导电膜层B。

本发明创新地在聚酰亚胺基底表面形成刻蚀图案，并进一步复合活性物质膜层和导电膜，研究发现，该全新结构的柔性电池具有良好的机械稳定性，有助于改善组装的柔性电池的倍率性能、循环性能、能量密度的性能。

本发明中，所述的聚酰胺膜可以直接购买商业化产品或自己制作，其厚度规格没有要求，满足柔性电极使用需求即可，例如厚度可以是8～125μm。

本发明中，聚酰亚胺膜的A、B面指聚酰亚胺膜的正、反表面。

本发明中，所述的聚酰亚胺膜的B面优选也设置有刻蚀图案。本发明中，优选在聚酰亚胺的两个表面均设置有刻蚀图案。

优选地，A、B面的刻蚀图案位置相对应或者不对应；

优选地，A、B面的刻蚀图案在厚度方向相互贯通或者不贯通。例如，刻蚀深度为1～125μm。

优选地，所述的刻蚀图案为由刻蚀线构成的网格图案、由刻蚀孔构成的点阵图案中的至少一种；

优选地，所述的刻蚀孔的平面形状呈三角形、圆、五角星中的至少一种。所述的平面形状指刻蚀孔预留在聚酰亚胺表面的图形。