本發(fā)明屬于電池技術(shù)領(lǐng)域，具體的是涉及一種柔性電極和柔性電芯。

背景技術(shù)：

隨著科技的進(jìn)步，在電子產(chǎn)品極大豐富的同時(shí)各類電子產(chǎn)品小型化趨勢(shì)日益明顯。特別是在可穿戴設(shè)備、醫(yī)療器械、精密儀器儀表等領(lǐng)域，對(duì)電子產(chǎn)品中的關(guān)鍵部件如電路板、電池等提出了更高的要求。

例如隨著智能穿戴設(shè)備的流行，越來(lái)越多人選擇智能穿戴設(shè)備，但是智能穿戴設(shè)備存在結(jié)構(gòu)上的缺陷，穿戴設(shè)備在弧形位置不能安裝電池，導(dǎo)致智能穿戴設(shè)備整體電池的能量較低?，F(xiàn)有的智能穿戴設(shè)備由于多數(shù)是貼合人體設(shè)計(jì)，需要反正的彎折，但是現(xiàn)有的鋰離子二次電池不反復(fù)彎折，從而由于電池的局限性嚴(yán)重制約了柔性電子產(chǎn)品特別是智能穿戴設(shè)備的發(fā)展。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的上述不足，提供一種柔性電極和含有所述柔性電極的柔性電芯，以及解決現(xiàn)有鋰離子二次電池不反復(fù)彎折的不足。

為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明的一方面，提供了一種柔性電極。所述柔性電極包括集流體和涂設(shè)在所述集流體表面的電極材料層，所述電極材料層是由若干段電極材料層組成，相鄰兩段電極材料層之間具有間隔。

本發(fā)明的另一方面，提供了一種柔性電芯。所述柔性電芯包括正極和負(fù)極以及層疊于所述正極和負(fù)極之間的隔膜，所述正極為本發(fā)明柔性電極，且本發(fā)明柔性電極所含的集流體為正極集流體，電極材料層為正極材料層；所述負(fù)極為本發(fā)明柔性電極，且本發(fā)明柔性電極所含的集流體為負(fù)極集流體，電極材料層為負(fù)極材料層；且所述正極所含的若干段正極材料層與所述負(fù)極所含的若干段負(fù)極材料層一一對(duì)應(yīng)設(shè)置。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明柔性電極將所含的電極材料層分段涂設(shè)在集流體上，且相鄰兩段電極材料層之間具有間隔。這樣，當(dāng)將正極本發(fā)明柔性電極與負(fù)極本發(fā)明柔性電極按照各段正極電極材料層與各段負(fù)極電極材料層一一對(duì)應(yīng)設(shè)置組裝成電池后，并將正負(fù)極所含的間隔區(qū)間與隔膜以及殼體形成密封區(qū)間，正極所含的若干段正極材料層與所述負(fù)極所含的若干段負(fù)極材料層以及殼體形成電池單體，被封裝形成的電池則是由所述密封區(qū)間串聯(lián)的電池單體構(gòu)成，由于密封區(qū)間沒有電極材料，因此，封裝形成的電池可以在密封區(qū)間處折疊，賦予電池柔性。

本發(fā)明柔性電芯由于是由包括正極本發(fā)明柔性電極和負(fù)極本發(fā)明柔性電極構(gòu)成，這樣，將本發(fā)明柔性電芯按照要求封裝電池后，封裝形成的電池具有可以折疊的密封區(qū)間，從而賦予電池柔性。

附圖說明

圖1是本發(fā)明實(shí)施例柔性電極的前視圖；

圖2是本發(fā)明實(shí)施例柔性電極一結(jié)構(gòu)的主視圖；

圖3是本發(fā)明實(shí)施例柔性電極另一結(jié)構(gòu)的主視圖；

圖4是本發(fā)明實(shí)施例柔性電芯的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

為了使本發(fā)明要解決的技術(shù)問題、技術(shù)方案及有益效果更加清楚明白，以下結(jié)合實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

一方面，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種柔性電極。所述柔性電極結(jié)構(gòu)如圖1至3所示，柔性電極01包括集流體1和涂設(shè)在集流體1表面的電極材料層2。

其中，上述柔性電極01所含的集流體1可以是電池領(lǐng)域中常規(guī)的集流體，如鋰離子電池常用的集流體，具體可以是正極集流體或者負(fù)極集流體。

上述柔性電極01所含的電極材料層2是由若干段電極材料層2n(n≥2)，如圖1至3中所示的電極材料層21、電極材料層22、電極材料層23、、、電極材料層2n組成，相鄰兩段電極材料層之間具有間隔，如圖1至3中所示的間隔11、間隔12、間隔13、、、間隔1n組成。這樣，若干段電極材料層2n將集流體1分成若干區(qū)間，具體的是涂設(shè)有若干段電極材料層2n的電極材料層區(qū)間1n’，如電極材料層區(qū)間11’、電極材料層區(qū)間12’、電極材料層區(qū)間13’、、、電極材料層區(qū)間1n’，和相鄰電極材料層區(qū)間的間隔區(qū)間1n，如間隔區(qū)間11、間隔區(qū)間12、間隔區(qū)間13、、、間隔區(qū)間1n。

另外，圖1至3所述的電極材料層2僅僅上述柔性電極01的一種結(jié)構(gòu)而已，該電極材料層2優(yōu)選的是在集流體1相對(duì)的兩個(gè)表面上均涂設(shè)電極材料層2構(gòu)成上述柔性電極01。

在上述各實(shí)施例中，作為本發(fā)明的一實(shí)施例，所述相鄰兩段電極材料層之間的所述間隔寬度為2-6mm。該間隔寬度能夠賦予含有該上述柔性電極的電池可以在該間隔處彎折，賦予電池良好的柔性。當(dāng)然，該間隔寬度也可以大于0小于2，這樣的間隔由于較小，組裝成柔性電芯和電池后，由于無(wú)電極材料的區(qū)間較小，會(huì)使得電池可以彎折的弧度相對(duì)較小。當(dāng)然，該間隔寬度也可以大于6，這樣的間隔由于較大，當(dāng)集流體長(zhǎng)度一定的情況下，組裝成柔性電芯和電池后，由于無(wú)電極材料的區(qū)間較大，雖然可以使得電池可以彎折的弧度相對(duì)較大，但是會(huì)由于組裝的含有電極材料層的電池單體數(shù)量較小，使得電池能量密度較小。因此，可以根據(jù)實(shí)際的電池應(yīng)用需要，進(jìn)行調(diào)整相鄰兩段電極材料層之間的所述間隔寬度，使得組裝的電芯和電池既有合理的彎折幅度又有高的能量密度。

在另一實(shí)施例中，所述若干段電極材料層中對(duì)每一段電極材料層的寬度為8-12mm，所述電極材料層的厚度可以根據(jù)電池實(shí)際應(yīng)用的容量和厚度要求進(jìn)行調(diào)整，如電極材料層可以是55-140μm。通過對(duì)每一段電極材料層的寬度和厚度進(jìn)行控制，賦予電池良好的電化學(xué)性能，如高能量密度。

在上述各實(shí)施例的基礎(chǔ)上，上述柔性電極01可以是正極柔性電極也可以是負(fù)極柔性電極。

在一實(shí)施例中，上述柔性電極01為如圖4中的正極柔性電極02時(shí)，柔性電極01所含的集流體1為正極集流體021，如可以是鋁箔，如為厚度為12-14μm的鋁箔，當(dāng)然也可以是其他常用的正極集流體材料。柔性電極01所含的電極材料層2為正極材料層022。其中，在一實(shí)施例中，正極集流體單面的該正極材料層022的厚度可以為55-120μm。另外，正極材料層022也是由若干段正極材料層組成，相鄰兩段正極材料層之間具有間隔。在具體實(shí)施例中，所述正極材料層022包括正極活性材料、導(dǎo)電劑、正極粘結(jié)劑。該正極活性材料、導(dǎo)電劑、正極粘結(jié)劑含量的比例可以是常規(guī)鋰離子電池正極活性層中的比例。其中，所述正極活性材料可以但不僅僅為鈷酸鋰(如lc800d)、三元正極材料(如pc10)、磷酸鐵鋰(如xc-116)、錳酸鋰(如lmo-hb,)中的至少一種，所述正極粘結(jié)劑可以但不僅僅為pvdf(如hsv-900)、丙烯酸酯(如la133)中的至少一種，所述導(dǎo)電劑可以但不僅僅為碳納米管(cnt-s)、導(dǎo)電碳黑(super-p)中的至少一種。

上述正極柔性電極制備方法可以是按照如下方法制備：

將上述正極材料層022所含的組分配制成正極漿料，將所述正極漿料分段涂設(shè)在正極集流體021上，經(jīng)過后續(xù)的對(duì)輥后碾壓至工藝厚度、制片等工藝處理。其中，涂設(shè)的方法可以是噴涂法或是轉(zhuǎn)移涂布法等。

在一實(shí)施例中，上述柔性電極01為負(fù)極柔性電極03時(shí)，柔性電極01所含的集流體1為負(fù)極集流體031，如可以是銅箔，如為厚度為8-10μm的銅箔，當(dāng)然也可以是其他常用的負(fù)極集流體材料。柔性電極01所含的電極材料層2為負(fù)極材料層032。其中，在一實(shí)施例中，負(fù)極集流體單面的該負(fù)極材料層032的厚度可以為60-140μm。另外，負(fù)極材料層032也是由若干段負(fù)極材料層組成，相鄰兩段負(fù)極材料層之間具有間隔。在具體實(shí)施例中，所述負(fù)極材料層032包括負(fù)極活性材料、導(dǎo)電劑、負(fù)極粘結(jié)劑。該負(fù)極活性材料、導(dǎo)電劑、負(fù)極粘結(jié)劑含量的比例可以是常規(guī)鋰離子電池負(fù)極活性層中的比例。其中，所述負(fù)極活性材料可以但不僅僅為人造石墨(hsg)，天然石墨(如amu-1)、鈦酸鋰(如yl-t104)中的至少一種，所述負(fù)極粘結(jié)劑但不僅僅為丁苯乳膠(如sd-6156)、丙烯酸酯(如la133)、羧甲基纖維素鈉(如crt3000pa)中的至少一種，所述導(dǎo)電劑但不僅僅為碳納米管(cnt-s)、導(dǎo)電碳黑(super-p)中的至少一種。

上述負(fù)極柔性電極制備方法可以是按照如下方法制備：

將上述負(fù)極材料層032所含的組分配制成負(fù)極漿料，將所述負(fù)極漿料分段涂設(shè)在負(fù)極集流體031上，經(jīng)過后續(xù)的對(duì)輥后碾壓至工藝厚度、制片等工藝處理。其中，涂設(shè)的方法可以是噴涂法或是轉(zhuǎn)移涂布法等。

由上述可知，上述柔性電極01將所含的電極材料2層分段涂設(shè)在集流體1上，使得相鄰兩段電極材料層之間具有間隔。這樣，當(dāng)將正極柔性電極02與負(fù)極柔性電極03如圖4中所示按照各段正極電極材料層與各段負(fù)極電極材料層一一對(duì)應(yīng)設(shè)置成電芯后，在組裝電池的過程中將正負(fù)極所含的間隔區(qū)間與隔膜以及殼體形成密封區(qū)間，正極所含的若干段正極材料層與所述負(fù)極所含的若干段負(fù)極材料層以及殼體形成電池單體。最終被封裝形成的電池則是由所述密封區(qū)間串聯(lián)的電池單體構(gòu)成，由于密封區(qū)間沒有電極材料，因此，封裝形成的電池可以在密封區(qū)間處折疊，賦予電池柔性。

另一方面，在上文柔性電極01的基礎(chǔ)上，本發(fā)明實(shí)施例還提供了一種柔性電芯。所述柔性電芯的結(jié)構(gòu)如圖4所示，該柔性電芯05包括正極02和負(fù)極03以及層疊于所述正極和負(fù)極之間的隔膜04。

其中，正極02為上文所述的正極柔性電極02，因此，其結(jié)構(gòu)如上文柔性電極01，其包括正極集流體021和分段涂設(shè)在正極集流體021表面的若干段正極材料層022，且相鄰兩段正極材料層之間具有間隔。

同樣，負(fù)極03為上文所述的負(fù)極柔性電極03，因此，其結(jié)構(gòu)如上文柔性電極01，其包括負(fù)極集流體031和分段涂設(shè)在負(fù)極集流體031表面的若干段負(fù)極材料層032，且相鄰兩段負(fù)極材料層之間具有間隔。

其中，正極02和負(fù)極03層疊形成的柔性電芯05中，正極02所含的若干段正極材料層022與負(fù)極03所含的若干段負(fù)極材料層032一一對(duì)應(yīng)設(shè)置，此時(shí)，若干段正極材料層022相鄰兩段正極材料層之間的間隔區(qū)域與若干段負(fù)極材料層032相鄰兩段負(fù)極材料層之間的間隔區(qū)域也一一對(duì)應(yīng)設(shè)置，如圖4所示電芯中正極02和負(fù)極03層疊位置關(guān)系。

在一實(shí)施例中，上述各實(shí)施例中的柔性電芯05可以是如下結(jié)構(gòu)：

第一種，包括一片正極02和一片負(fù)極03，該正極02和負(fù)極03之間通過層疊結(jié)合的隔膜04隔開。且正極02所含的若干段正極材料層022與負(fù)極03所含的若干段負(fù)極材料層032一一對(duì)應(yīng)設(shè)置，此時(shí)，若干段正極材料層022相鄰兩段正極材料層之間的間隔區(qū)域與若干段負(fù)極材料層032相鄰兩段負(fù)極材料層之間的間隔區(qū)域也一一對(duì)應(yīng)設(shè)置。

第二種，包括至少一片正極02和至少兩片負(fù)極03，且正極02、負(fù)極03交替層疊，每相鄰正極02與負(fù)極03之間通過層疊結(jié)合的隔膜04隔開。且正極02所含的若干段正極材料層022與負(fù)極03所含的若干段負(fù)極材料層032一一對(duì)應(yīng)設(shè)置，此時(shí)，若干段正極材料層022相鄰兩段正極材料層之間的間隔區(qū)域與若干段負(fù)極材料層032相鄰兩段負(fù)極材料層之間的間隔區(qū)域也一一對(duì)應(yīng)設(shè)置。

第三種，包括至少兩片正極02和至少一片負(fù)極03，且正極02、負(fù)極03交替層疊，每相鄰正極02與負(fù)極03之間通過層疊結(jié)合的隔膜04隔開。且正極02所含的若干段正極材料層022與負(fù)極03所含的若干段負(fù)極材料層032一一對(duì)應(yīng)設(shè)置，此時(shí)，若干段正極材料層022相鄰兩段正極材料層之間的間隔區(qū)域與若干段負(fù)極材料層032相鄰兩段負(fù)極材料層之間的間隔區(qū)域也一一對(duì)應(yīng)設(shè)置。

上述各實(shí)施例中的電芯中的隔膜04可以鋰離子電池常用的隔膜，優(yōu)選為高分子凝膠隔膜，這樣，當(dāng)電芯在封裝時(shí)，可以直接對(duì)若干段正極材料層022相鄰兩段正極材料層之間的間隔區(qū)域與若干段負(fù)極材料層032相鄰兩段負(fù)極材料層之間的間隔區(qū)域直接熱壓合，與殼體一起形成密封區(qū)間。

這樣，在上述各實(shí)施例中的電芯中，若干段正極材料層022相鄰兩段正極材料層之間的間隔區(qū)域與若干段負(fù)極材料層032相鄰兩段負(fù)極材料層之間的間隔區(qū)域也一一對(duì)應(yīng)設(shè)置，這是為了使得將上述電芯組裝成電池后，可以將正負(fù)極所含的間隔區(qū)間與隔膜以及殼體形成密封區(qū)間，一一對(duì)應(yīng)設(shè)置對(duì)若干段正極材料層022與若干段負(fù)極材料層032與隔膜04和殼體形成電池單體。這樣，封裝形成的電池則是由所述密封區(qū)間串聯(lián)的電池單體構(gòu)成，由于密封區(qū)間沒有電極材料，因此，封裝形成的電池可以在密封區(qū)間處折疊，賦予電池柔性。

現(xiàn)結(jié)合具體實(shí)例，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例柔性電極和柔性電芯進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。

1.柔性正極實(shí)施例

實(shí)施例11

本實(shí)施例提供一種柔性正極包括鋁箔集流體，和涂設(shè)在鋁箔表面正極材料層，且正極材料是由若干段正極材料層組成，相鄰兩段正極材料層之間具有間隔。其中，每一段正極材料層的寬度為8mm，厚度為88-96μm，相鄰兩段正極材料層之間的所述間隔寬度為4-5mm。

正極材料層包含正極材料、導(dǎo)電劑和pvdf粘結(jié)劑，且正極材料、導(dǎo)電劑和粘結(jié)劑的質(zhì)量含量比為96％：2％：2％。

實(shí)施例12

本實(shí)施例提供一種柔性正極結(jié)構(gòu)如同實(shí)施例11。其包括鋁箔集流體，和涂設(shè)在鋁箔表面正極材料層，其中，每一段正極材料層的寬度為12mm，厚度為70-78μm，相鄰兩段正極材料層之間的所述間隔寬度為3-4mm。

正極材料層包含正極材料、導(dǎo)電劑和pvdf粘結(jié)劑，且正極材料、導(dǎo)電劑和粘結(jié)劑的質(zhì)量含量比為97.0％：1.2％：1.8％。

實(shí)施例13

本實(shí)施例提供一種柔性正極結(jié)構(gòu)如同實(shí)施例11。其包括鋁箔集流體，和涂設(shè)在鋁箔表面正極材料層，其中，每一段正極材料層的寬度為8mm，厚度為79-87μm，相鄰兩段正極材料層之間的所述間隔寬度為5-6mm。

正極材料層包含正極材料、導(dǎo)電劑和pvdf粘結(jié)劑，且正極材料、導(dǎo)電劑和粘結(jié)劑的質(zhì)量含量比為96.5％：1.5％：2.0％。

實(shí)施例14

本實(shí)施例提供一種柔性正極結(jié)構(gòu)如同實(shí)施例11。其包括鋁箔集流體，和涂設(shè)在鋁箔表面正極材料層，其中，每一段正極材料層的寬度為6mm，厚度為97-105μm，相鄰兩段正極材料層之間的所述間隔寬度為4-5mm。

正極材料層包含正極材料、導(dǎo)電劑和pvdf粘結(jié)劑，且正極材料、導(dǎo)電劑和粘結(jié)劑的質(zhì)量含量比為95.5％：2.0％：2.5％。

2.柔性負(fù)極實(shí)施例

實(shí)施例21

本實(shí)施例提供一種柔性負(fù)極包括銅箔集流體，和涂設(shè)在銅箔表面負(fù)極材料層，且負(fù)極材料是由若干段負(fù)極材料層組成，相鄰兩段負(fù)極材料層之間具有間隔。其中，每一段負(fù)極材料層的寬度為12mm，厚度為101～108μm，相鄰兩段負(fù)極材料層之間的所述間隔寬度為2～3mm。

負(fù)極材料層包含負(fù)極材料、銅箔、導(dǎo)電劑和丁苯乳膠粘結(jié)劑和羧甲基纖維素鈉粘結(jié)劑，且負(fù)極材料、導(dǎo)電劑、羧甲基纖維素鈉粘結(jié)劑和丁苯乳膠粘結(jié)劑的質(zhì)量含量比為96％：1.0％：1.2％：1.8％。

實(shí)施例22

本實(shí)施例提供一種柔性負(fù)極結(jié)構(gòu)如同實(shí)施例21。其包括銅箔集流體，和涂設(shè)在銅箔表面負(fù)極材料層，其中，每一段負(fù)極材料層的寬度為14mm，厚度為92-100μm，相鄰兩段負(fù)極材料層之間的所述間隔寬度為2-3mm。

負(fù)極材料層包含負(fù)極材料、導(dǎo)電劑和丁苯乳膠粘結(jié)劑和羧甲基纖維素鈉粘結(jié)劑，且負(fù)極材料、導(dǎo)電劑、羧甲基纖維素鈉粘結(jié)劑和丁苯乳膠粘結(jié)劑的質(zhì)量含量比為96.5％：0.5％：1.2％：1.8％。

實(shí)施例23

本實(shí)施例提供一種柔性負(fù)極結(jié)構(gòu)如同實(shí)施例21。其包括銅箔集流體，和涂設(shè)在銅箔表面負(fù)極材料層，其中，每一段負(fù)極材料層的寬度為10mm，厚度為109-117μm，相鄰兩段負(fù)極材料層之間的所述間隔寬度為5-6mm。

負(fù)極材料層包含負(fù)極材料、導(dǎo)電劑和丁苯乳膠粘結(jié)劑和羧甲基纖維素鈉粘結(jié)劑，且負(fù)極材料、導(dǎo)電劑、羧甲基纖維素鈉粘結(jié)劑和丁苯乳膠粘結(jié)劑的質(zhì)量含量比為95.5％：1.0％：1.4％：2.1％。

實(shí)施例24

本實(shí)施例提供一種柔性負(fù)極結(jié)構(gòu)如同實(shí)施例21。其包括銅箔集流體，和涂設(shè)在銅箔表面負(fù)極材料層，其中，每一段負(fù)極材料層的寬度為8mm，厚度為118-126μm，相鄰兩段負(fù)極材料層之間的所述間隔寬度為4-5mm。

負(fù)極材料層包含負(fù)極材料、導(dǎo)電劑和丁苯乳膠粘結(jié)劑和羧甲基纖維素鈉粘結(jié)劑，且負(fù)極材料、導(dǎo)電劑、羧甲基纖維素鈉粘結(jié)劑和丁苯乳膠粘結(jié)劑的質(zhì)量含量比為95.0％：1.5％：1.5％:：2.5％。

3.柔性電芯實(shí)施例31-34

將實(shí)施例11至14中提供的柔性正極與實(shí)施例21至24中提供的柔性負(fù)極遵照下述表1中的組裝原則并按照?qǐng)D4所示的結(jié)構(gòu)關(guān)系將柔性正極與柔性負(fù)極交替層疊結(jié)合分別形成柔性電芯實(shí)施例31至34，且在相鄰柔性正極與柔性負(fù)極之間層疊凝膠隔膜將兩者隔開，形成柔性電芯。其中，在本實(shí)施例柔性電芯中，正極所含的若干段正極材料層與負(fù)極所含的若干段負(fù)極材料層一一對(duì)應(yīng)設(shè)置，同時(shí)若干段正極材料層相鄰兩段正極材料層之間的間隔區(qū)域與若干段負(fù)極材料層相鄰兩段負(fù)極材料層之間的間隔區(qū)域也一一對(duì)應(yīng)設(shè)置，以便于將本實(shí)施例電芯組裝電池過程中，將正負(fù)極所含的間隔區(qū)間與隔膜以及殼體壓合形成密封區(qū)間，正極所含的若干段正極材料層與所述負(fù)極所含的若干段負(fù)極材料層以及殼體形成電池單體。這樣，封裝形成的電池則是由所述密封區(qū)間串聯(lián)的電池單體構(gòu)成，由于密封區(qū)間沒有電極材料，因此，封裝形成的電池可以在密封區(qū)間處折疊，賦予電池柔性。

表1

上述實(shí)施例31至實(shí)施例34提供的電芯既具有理想的彎折幅度，而且還有具有相對(duì)較高的能量密度。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。