[发明专利]一种柔性锂离子电池及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种柔性锂离子电池及其制备方法和应用。所述制备方法包括：依次层叠固定设置正极、隔膜和负极，形成电芯主体；然后沿电芯主体长边方向依次进行之字形折叠，得到柔性电极‑隔膜复合结构；然后将柔性电极‑隔膜复合结构放入封装膜中，注液，进行封装，得到所述柔性锂离子电池。通过将电芯主体进行固定然后进行之字形折叠，使得电芯结构不仅能够弯折、扭曲，还可以实现沿折叠方向的大尺寸拉伸。本发明所提供的制备方法与现有锂离子电池电芯生产线兼容，可在传统锂离子电池电芯生产线基础上进行升级改造。工艺简单，可大规模生产，具有很高的实用性，在可穿戴设备等柔性电子装置中具有巨大的潜在应用价值。

技术领域

本发明属于柔性锂离子电池的技术领域，涉及一种柔性锂离子电池及其制备方法和应用。

背景技术

随着现代电子科技的快速发展，包括可穿戴设备在内的各种柔性电子设备引起了人们的广泛兴趣。一方面，各种智能化的可穿戴装备大量涌现，如智能手环、智能手表、智能腕带、智能跑鞋等。另一方面，可弯折显示屏、电子皮肤等柔性电子技术进步神速。以上两个因素极大推动了柔性电子设备的开发与繁荣。然而所有的柔性电子设备的运行都有赖于以锂离子二次电池为主的储能设备来提供能源，所以柔性的锂离子二次电池对柔性电子设备的发展至关重要。目前锂电池的形态还是以圆柱、扣式、方形为主，这些形态决定了其不能弯折，这极大限制了柔性电子设备的开发。比如，近来的可折叠手机，其屏幕只能在铰链处弯折，铰链两边各配备一块刚性锂离子电池，而不能做到如纸般的全柔性。此外，随着可穿戴设备的小型化，这些刚性的锂电池形态无可规避的会增加可穿戴设备内部的空间占用而增加小型化难度。这些缺点直接限制了可穿戴设备的进一步发展。

柔性锂离子电池作为锂离子二次电池的一种，由于其本身具有一定的柔性，可适用于各种形状和形变，因此有望成为可穿戴设备及其他柔性电子设备的理想电源。

现有的柔性锂离子电池工艺主要分为两类：一是通过电池构件如正负极集流体、封装材料等的柔性化来提高锂离子电池的柔性；二是通过特殊电池结构构造来实现锂离子电池的柔性。对于前一类工艺，某个或某几个电池构件的柔性化并不能保证锂离子电池整体的柔性化，电池最终柔性受限于其非柔性构件。对于后一类工艺，如通过交叉间歇涂布在正负极片上制备间隔分布的膜片微单元等，虽能较好的实现薄电池的柔性，但当电池尺寸增厚，其柔性将显著降低以至消失。

CN112242500A公开了一种柔性锂离子电池极片的制备方法，采用处理后箔材作为集流体，采用原子层沉积(ALD)包覆导电性极佳的氮化铌(NbN)以及包覆导电聚合物聚苯胺，再涂布活性物质，导电聚合物的包覆使得电极材料具有良好的柔韧性及电导率，氮化铌层提高了电极材料的结构稳定性和导电能力，使得电极能够实现良好的容量、倍率性能及循环稳定性，可根据集流体的尺寸大小进行定制制备，满足多样的市场需求。该文献中只是使得电池构件的柔性增强，但是并不能保证锂离子电池整体的柔性化，电池最终柔性受限于其非柔性构件。

CN203225307U公开了一种柔性锂离子电池，其包括包装膜、封装于包装膜中的电芯和填充于包装膜中的电解液，电芯包括正极片、负极片、间隔于正极片和负极片之间的隔离膜，正极片上设有正极极耳，负极片上设有负极极耳，其中，正极片和负极片为柔性极片。本实用新型柔性锂离子电池通过交叉间歇涂布在集流体的长度方向和宽度方向间隔分布膜片微单元，该文献中对于电池的厚度有着很大的局限性，当电池厚度增加时，其柔性将显著降低以至消失，应用较为单一。

因此如何使得柔性锂离子电池的柔性尽量不受电池的厚度的影响，同时还可以在保持柔性的基础上使得电池的性能不受影响，是亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种柔性锂离子电池及其制备方法和应用。通过将电芯主体进行固定然后进行之字形折叠，使得电芯结构不仅能够弯折、扭曲，还可以实现沿折叠方向的大尺寸拉伸。本发明所提供的制备方法与现有锂离子电池电芯生产线兼容，可在传统锂离子电池电芯生产线基础上进行升级改造。工艺简单，可大规模生产，具有很高的实用性，在可穿戴设备等柔性电子装置中具有巨大的潜在应用价值。