一种多功能柔性电池及其制备方法

技术领域

本发明涉及柔性电池生产设备技术领域，具体涉及一种多功能柔性电池及其制备方法。

背景技术

锂离子电池是当前社会应用最广，综合储能效果最好的电池，其应用的产品包含手机、平板电脑、智能手表、蓝牙耳机、移动电源、应急电源、电动工具、航模无人机、通信基站、户外储能、健康监测、功能服饰等。其便携的特性极大方便了人们生产和生活中对耗电设备的需求。

锂离子电池的主流应用方向主要有两类，一种是大容量储能/动力型产品，另一种是3C数码消费类产品。3C消费类电子产品所采用的锂电池主要有两种外形结构，一种是圆柱类锂离子电池，另一种是软包类锂离子电池。软包类锂离子电池由于多元化的设计和多空间结构适应性目前在消费类电池中占据主体地位。

软包装锂离子电池是锂离子电池最常见的形态之一，其基本组成单元为外包装铝塑膜以及内部由正极组件、负极组件、隔离膜组件经过组装工艺制备的内电芯组成，由注入其中的锂离子传导性能的电解液构建内部的离子通道，从而形成可进行反复充放电使用的化学类便携电池。

软包装锂电池的外形结构比较固定，多为长方体结构，根据用电设备空间的而不同设计不同的长、宽和厚度。一般手机、平板电脑登产品均属于此类范畴。该类电芯由于采用了较轻的铝塑复合膜进行封装，并且有效的控制了电解液的添加量，对空间实现了极高的利用率。能量密度是铅酸类蓄电池的三倍以上。

软包装类锂离子电池在制程上由于需要正负极的紧密贴合来缩短锂离子的迁移距离，一般内部会呈负压状态，电池体感较硬。生产上对硬度的要求是锂电池的一项关键控制指标。因此一般意义上的锂电池是不能够进行弯曲、扭曲以及拉伸等操作。

可穿戴智能电子设备近些年市场火热，产品种类以智能手表、智能手环、蓝牙耳机等为主，其采用的电池系统多为软包装锂电池。产品的精巧化设计以及多功能要求对电池的容量及能量密度提出了更高的要求。但在锂电池能量密度达到材料性能天花板的大前提下很难再通过材料性能的提升来较大的提升电子产品的电池容量。

与此同时，柔性电子产业的发展国内已经具备了雏形，柔性屏幕、柔性电路等科技产品为可穿戴智能电子的发展指明了新的方向。未来的智能穿戴、智能服饰等产业将会更贴合人体的穿戴舒适需求和更符合人体的工学设计。作为智能穿戴电子设备能源的电池也需要进行一场科技的创新。

申请号为201580062212.5的专利公开了供一种柔性电池。根据本发明的示例性实施例的柔性电池包括电极组装体、以及将所述电极组装体和电解液一起进行封装的外包装构件，其中，所述外包装构件的至少一个面上包括用于在弯曲时收缩和舒张的第一图案部及第二图案部，所述第一图案部和第二图案部具有互相不同的图案。

然而在现有技术方案中，有以下技术问题：1、电池体积收到能量密度限制，宽度大；2、电池吸收扭曲力的能力弱。

发明内容

针对以上问题，本发明提供了一种多功能柔性电池，通过设置主储能部、连接部，且连接部设置为可收缩，解决了现有技术中电池体积收到能量密度限制，宽度大，电池吸收扭曲力的能力弱的技术问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种多功能柔性电池，包括正极片以及负极片，其特征在于，所述正极片和负极片叠合后卷绕形成具有主储能部、连接部以及极柱的柔性电池，所述主储能部设置有若干个，相邻的所述主储能部之间通过连接部连接，所述连接部可收缩设置。

根据权利要求所述的一种多功能柔性电池，其特征在于，所述正极片和负极片经过模切形成多条平行条带、中间保留一定宽度连接区的鱼骨形。

根据权利要求所述的一种多功能柔性电池，其特征在于，所述正极片和负极片的平行条带卷绕制备成主储能部，相邻的平行条带中的连接区制备成连接部。

本发明还提供了一种多功能柔性电池的制备方法，通过极片制备、极片叠合、隔膜裁切、卷绕工序、电芯定型以及波纹处理，使电池加工成具有主储能部、连接部以及极柱的结构，且连接部可伸缩和扭曲设置，适应柔性应用场合。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种多功能柔性电池的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一，极片制备，正极片经过模切形成平行的条带结构A、相邻的条带结构A中间的连接区域A以及正极耳预留区；负极片经过模切形成平行的条带结构B、相邻的条带结构B中间的连接区域B以及负极耳预留区；

步骤二，极片叠合，将正极片和负极片按照条带结构A对应条带结构B的形式叠合，正极片和负极片之间设置隔膜；

步骤三，隔膜裁切，经过步骤二后，将多余的隔膜沿极片的外形裁切；

步骤四，卷绕工序，采用卷针夹持连接区域A和连接区域B进行卷绕，将条带结构A和条带结构B绕卷成卷芯；

步骤五，电芯定型，经过步骤四后，卷芯外部包覆密封膜进行焊接、封装、烘烤、注液、化成、抽气后对其定型；

步骤六，波纹处理，定型后的电池形成主储能部、连接部以及极柱，对连接部进行波纹处理形成可收缩状。

作为改进，所述卷针的宽度大于所述连接区域A的宽度。

作为改进，所述密封膜的封闭区域为非平直线结构，具体表现为连接部的宽度小于主储能部的宽度。

作为改进，所述连接部为各类形变效果吸收区，电芯经过抽气封口后，该连接部即可通过波纹治具进行波纹化。

作为改进，对所述主储能部上的密封膜的热封边进行折边。

作为改进，所述正极片包括集流体a以及涂覆层a，所述涂覆层a在所述集流体a的两侧各涂覆一层。

作为改进，所述负极片包括集流体b以及涂覆层b，所述涂覆层b在所述集流体b的一侧涂覆，两片所述负极片对应夹持一片所述正极片形成电芯。

本发明的有益效果在于：

(1)本发明通过设置集主储能部和连接部为一体的柔性电池，相比波纹状的柔性电池，不存在对能量密度无效的封边宽度浪费空间，进一步的提升了空间利用率，提升了能量密度；

(2)本发明通过设置卷绕形式的主储能部结构，其厚度上可以不受限制，有利于提高能量密度；

(3)本发明通过负极片采用单面设计，成品电池间隙位置厚度达到最小，极大的提升了波纹结构的形变稳定性，使电池可以在经过弯曲、扭曲、折叠和拉伸时保持最大的稳定；

(4)本发明通过设置形变过程发生在连接部置的次储能区，有利于保证形变过程中电性输出的稳定性；

(5)本发明通过设置柔性电池是单体电池，极片均为同一批料加工而成，并非多电芯串并联设计，没有一致性的缺陷；

(6)本发明通过设置电池采用分节式的设计，即使单独一个储能小结发生短路，热失控也会被控制在很小的区域，不会发生大面积的扩散，最大程度的保证了柔性储能产品的安全性。

综上所述，本发明具有提升能量密度、电性输出稳定、电性一致性好等优点，尤其适用于柔性电池生产设备技术领域。

附图说明

图1为本发明一种多功能柔性电池的正视结构示意图；

图2为本发明的电池伸缩状态示意图；

图3为本发明正极片的展开结构示意图；

图4为本发明正极片的截面示意图；

图5为本发明负极片的展开结构示意图；

图6为本发明负极片的截面示意图；

图7为本发明正负极片叠合的截面示意图；

图8为本发明工艺流程图；

图9为本发明正负极片叠合的正视面示意图；

图10为本发明卷绕工作的示意图；

图11为本发明卷绕完成的电池结构示意图；

图12为本发明波纹处理前的电池剖面示意图；

图13为本发明波纹处理后的电池剖面示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

实施例一

如图1、2所示，一种多功能柔性电池，包括正极片10以及负极片20，其特征在于，所述正极片10和负极片20叠合后卷绕形成具有主储能部1、连接部2以及极柱3的柔性电池，所述主储能部1设置有若干个，相邻的所述主储能部1之间通过连接部2连接，所述连接部2可收缩设置。

如图3、5所示，进一步地，所述正极片10和负极片20经过模切形成多条平行条带、中间保留一定宽度连接区的鱼骨形。

进一步地，所述正极片10和负极片20的平行条带卷绕制备成主储能部1，相邻的平行条带中的连接区制备成连接部2。

实施例二

如图1至9所示，一种多功能柔性电池的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一，极片制备，正极片10经过模切形成平行的条带结构A11、相邻的条带结构A11中间的连接区域A12以及正极耳预留区13；负极片20经过模切形成平行的条带结构B21、相邻的条带结构B21中间的连接区域B22以及负极耳预留区23；

步骤二，极片叠合，将正极片10和负极片20按照条带结构A11对应条带结构B21的形式叠合，正极片10和负极片20之间设置隔膜31；

步骤三，隔膜裁切，经过步骤二后，将多余的隔膜31沿极片的外形裁切；

步骤四，卷绕工序，采用卷针6夹持连接区域A12和连接区域B22进行卷绕，将条带结构A11和条带结构B21绕卷成卷芯；

步骤五，电芯定型，经过步骤四后，卷芯外部包覆密封膜4进行焊接、封装、烘烤、注液、化成、抽气后对其定型；

步骤六，波纹处理，定型后的电池形成主储能部1、连接部2以及极柱3，对连接部2进行波纹处理形成可收缩状。

如图10所示，进一步地，所述卷针6的宽度大于所述连接区域A12的宽度。

如图11所示，进一步地，所述密封膜4的封闭区域为非平直线结构，具体表现为连接部2的宽度小于主储能部1的宽度。

如图12、13所示，进一步地，所述连接部2为各类形变效果吸收区，电芯经过抽气封口后，该连接部2即可通过波纹治具进行波纹化。

进一步地，对所述主储能部1上的密封膜4的热封边进行折边。

进一步地，所述正极片10包括集流体a112以及涂覆层a111，所述涂覆层a111在所述集流体a112的两侧各涂覆一层。

进一步地，所述负极片20包括集流体b212以及涂覆层b211，所述涂覆层b211在所述集流体b212的一侧涂覆，两片所述负极片20对应夹持一片所述正极片10形成电芯。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。