[發(fā)明專利]一種柔性電極以及包含該柔性電極的柔性電池

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710711837.0
• 申請日: 2017-08-18
• 公開（公告）號(hào): CN107579202A
• 公開（公告）日: 2018-01-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 謝紅波;陳海初;陳振兵
• 申請（專利權(quán)）人: 湖南格蘭博智能科技有限責(zé)任公司
• 主分類號(hào): H01M4/131
• 分類號(hào): H01M4/131;H01M4/133;H01M4/525;H01M4/583;H01M10/058
• 代理公司: 北京風(fēng)雅頌專利代理有限公司11403
• 代理人: 馬驍,于潔

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及蓄電池技術(shù)領(lǐng)域，特別是指一種柔性電極以及包含該柔性電極的柔性電池。

背景技術(shù)

目前，隨著移動(dòng)電子設(shè)備的高速發(fā)展，給人們的生活帶來了極大的便利。而這些具有不同功能的電子設(shè)備，需要高效的電池來維持其使用。由于鋰電池具有高能量密度、高輸出電壓、長循環(huán)壽命和環(huán)境友好型等特點(diǎn)。因此被廣泛應(yīng)用在電子設(shè)備中。另外，隨著可穿戴式、柔性和可折疊的電子設(shè)備的發(fā)展，對鋰離子電池的要求也是更高，這些柔性電子設(shè)備需要鋰離子電池更輕、更薄、柔性和小型化。而傳統(tǒng)鋰離子電池容量低、不可彎曲，制約著電子設(shè)備的發(fā)展。為了滿足可彎曲、可植入、可穿戴的電子產(chǎn)品的需要，不同大小、形狀和力學(xué)性能的柔性鋰離子電池亟待發(fā)展。

傳統(tǒng)鋰離子電池的電極的制備需要加入粘結(jié)劑和金屬集流體，而金屬集流體的加入會(huì)增大電極的重量，降低電極的整體能量密度和影響電極的柔性，因此需要開發(fā)無粘結(jié)劑，無金屬集流體的質(zhì)輕，高能量密度的柔性電極。卷曲屏、觸摸屏、智能電子、可穿戴感應(yīng)器和植入式的電子裝置，都需要柔性的電池來為其提供能量，因此研究柔性電極顯得極為重要。另外，由柔性電極組裝的電池，要能夠在彎曲狀態(tài)和拉伸狀態(tài)下保證電池的安全和保持其容量不受影響。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提出一種柔性電極以及包含該柔性電極的柔性電池，本發(fā)明將正極活性材料和負(fù)極活性材料分別涂布在碳纖維布上制得柔性電極，不需要另外加導(dǎo)電劑和粘結(jié)劑，制得的柔性電極具有優(yōu)良的彎折、拉伸性能，而且包含該柔性電極的柔性電池具有超高的循環(huán)穩(wěn)定性和優(yōu)異的倍率性能。

基于上述目的，本發(fā)明提供的一種柔性電極，包括正極柔性電極和負(fù)極柔性電極，所述正極柔性電極包括基帶和涂布在基帶上的正極活性材料，所述負(fù)極柔性電極包括基帶和涂布在基帶上的負(fù)極活性材料，所述基帶為碳纖維布。

在本發(fā)明中，優(yōu)選的，所述正極活性材料為鈷酸鋰，所述負(fù)極活性材料為石墨，將鈷酸鋰和石墨分別涂布在碳纖維布上，烘干，輥壓，即得正極柔性電極和負(fù)極柔性電極。

在本發(fā)明中，優(yōu)選的，所述鈷酸鋰的涂布厚度為20～100μm，涂布面密度為40～100g/m²；所述石墨的涂布厚度為20～100μm，涂布面密度為40～100g/m²。

在本發(fā)明中，優(yōu)選的，所述烘干為在90～120℃下烘干，所述輥壓為以12～13MPa的壓力進(jìn)行輥壓，輥壓密度控制在1.2～1.7g/cm³。

本發(fā)明的柔性電極最大伸長率為1.689％，最大拉伸強(qiáng)度為0.875MPa，表明具有很好的機(jī)械強(qiáng)度。

在鋰離子電池現(xiàn)用的基帶中，正負(fù)極采用金屬箔做基帶，此種基帶的好處是強(qiáng)度大、導(dǎo)電性好，但存在金屬毛刺現(xiàn)象，容易造成電池微短路、低壓、甚至安全隱患。為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明利用碳纖維布作為基帶，并將活性材料涂布在該基帶上，碳纖維布具有良好的導(dǎo)電性，強(qiáng)度大，柔性，無毛刺等優(yōu)點(diǎn)，并為活性材料提供了良好的骨架結(jié)構(gòu)和高效的電子傳輸途徑，使電池柔軟可折，不會(huì)對電池性能造成影響，電池電壓短路率低，提高安全性。

本發(fā)明利用碳布作為基帶來構(gòu)筑柔性電極，柔性的基帶可以緩沖活性物質(zhì)在充放電過程中的體積變化；碳布的多孔結(jié)構(gòu)有利于電解液浸潤到電極的內(nèi)部。

另一方面，本發(fā)明還提供了一種柔性電池，包括所述的柔性電極。

在本發(fā)明中，優(yōu)選的，還包括隔膜，所述正極柔性電極和負(fù)極柔性電極之間設(shè)有所述隔膜。

在本發(fā)明中，優(yōu)選的，還包括柔性電池外殼和灌注于所述柔性電池外殼內(nèi)的電解液，所述電解液為六氟磷酸鋰電解液。

本發(fā)明將柔性電極組裝成柔性電池進(jìn)行測試，柔性電池在3.0-4.1V的電壓范圍和0.1C電流密度條件下，柔性電池初始電容量為105mAh/g，經(jīng)過100次循環(huán)之后，容量還能達(dá)到97.65mAh/g，容量保持達(dá)到93％，顯示出超高的循環(huán)穩(wěn)定性；同樣的，柔性電池也具有優(yōu)異的倍率性能，在0.3C的電流密度條件下，經(jīng)過100次循環(huán)之后，容量還有96.3mAh/g。而且本發(fā)明的柔性電池內(nèi)阻低，壽命長，且可彎折。

目前鋰離子電池的涂布和組裝工藝決定了傳統(tǒng)的鋰離子電池是不可彎折的，因?yàn)閺澱圻^程會(huì)造成電極材料從基帶上脫落而影響電池性能，甚至可能會(huì)將隔膜刺穿，導(dǎo)致電池短路。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果：