[发明专利]一种柔性电极以及包含该柔性电极的柔性电池

说明书

技术领域

本发明涉及蓄电池技术领域，特别是指一种柔性电极以及包含该柔性电极的柔性电池。

背景技术

目前，随着移动电子设备的高速发展，给人们的生活带来了极大的便利。而这些具有不同功能的电子设备，需要高效的电池来维持其使用。由于锂电池具有高能量密度、高输出电压、长循环寿命和环境友好型等特点。因此被广泛应用在电子设备中。另外，随着可穿戴式、柔性和可折叠的电子设备的发展，对锂离子电池的要求也是更高，这些柔性电子设备需要锂离子电池更轻、更薄、柔性和小型化。而传统锂离子电池容量低、不可弯曲，制约着电子设备的发展。为了满足可弯曲、可植入、可穿戴的电子产品的需要，不同大小、形状和力学性能的柔性锂离子电池亟待发展。

传统锂离子电池的电极的制备需要加入粘结剂和金属集流体，而金属集流体的加入会增大电极的重量，降低电极的整体能量密度和影响电极的柔性，因此需要开发无粘结剂，无金属集流体的质轻，高能量密度的柔性电极。卷曲屏、触摸屏、智能电子、可穿戴感应器和植入式的电子装置，都需要柔性的电池来为其提供能量，因此研究柔性电极显得极为重要。另外，由柔性电极组装的电池，要能够在弯曲状态和拉伸状态下保证电池的安全和保持其容量不受影响。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提出一种柔性电极以及包含该柔性电极的柔性电池，本发明将正极活性材料和负极活性材料分别涂布在碳纤维布上制得柔性电极，不需要另外加导电剂和粘结剂，制得的柔性电极具有优良的弯折、拉伸性能，而且包含该柔性电极的柔性电池具有超高的循环稳定性和优异的倍率性能。

基于上述目的，本发明提供的一种柔性电极，包括正极柔性电极和负极柔性电极，所述正极柔性电极包括基带和涂布在基带上的正极活性材料，所述负极柔性电极包括基带和涂布在基带上的负极活性材料，所述基带为碳纤维布。

在本发明中，优选的，所述正极活性材料为钴酸锂，所述负极活性材料为石墨，将钴酸锂和石墨分别涂布在碳纤维布上，烘干，辊压，即得正极柔性电极和负极柔性电极。

在本发明中，优选的，所述钴酸锂的涂布厚度为20～100μm，涂布面密度为40～100g/m²；所述石墨的涂布厚度为20～100μm，涂布面密度为40～100g/m²。

在本发明中，优选的，所述烘干为在90～120℃下烘干，所述辊压为以12～13MPa的压力进行辊压，辊压密度控制在1.2～1.7g/cm³。

本发明的柔性电极最大伸长率为1.689％，最大拉伸强度为0.875MPa，表明具有很好的机械强度。

在锂离子电池现用的基带中，正负极采用金属箔做基带，此种基带的好处是强度大、导电性好，但存在金属毛刺现象，容易造成电池微短路、低压、甚至安全隐患。为了解决现有技术中存在的问题，本发明利用碳纤维布作为基带，并将活性材料涂布在该基带上，碳纤维布具有良好的导电性，强度大，柔性，无毛刺等优点，并为活性材料提供了良好的骨架结构和高效的电子传输途径，使电池柔软可折，不会对电池性能造成影响，电池电压短路率低，提高安全性。

本发明利用碳布作为基带来构筑柔性电极，柔性的基带可以缓冲活性物质在充放电过程中的体积变化；碳布的多孔结构有利于电解液浸润到电极的内部。

另一方面，本发明还提供了一种柔性电池，包括所述的柔性电极。

在本发明中，优选的，还包括隔膜，所述正极柔性电极和负极柔性电极之间设有所述隔膜。

在本发明中，优选的，还包括柔性电池外壳和灌注于所述柔性电池外壳内的电解液，所述电解液为六氟磷酸锂电解液。

本发明将柔性电极组装成柔性电池进行测试，柔性电池在3.0-4.1V的电压范围和0.1C电流密度条件下，柔性电池初始电容量为105mAh/g，经过100次循环之后，容量还能达到97.65mAh/g，容量保持达到93％，显示出超高的循环稳定性；同样的，柔性电池也具有优异的倍率性能，在0.3C的电流密度条件下，经过100次循环之后，容量还有96.3mAh/g。而且本发明的柔性电池内阻低，寿命长，且可弯折。

目前锂离子电池的涂布和组装工艺决定了传统的锂离子电池是不可弯折的，因为弯折过程会造成电极材料从基带上脱落而影响电池性能，甚至可能会将隔膜刺穿，导致电池短路。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：