CN109713207B - 一种极耳优化的柔性电池及极耳优化工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种极耳优化的柔性电池及极耳优化工艺，所述柔性电池包括极耳、电极组装体和外包装膜，所述电极组装体包覆于所述外包装膜内，所述极耳一端与所述电极组装体连接且所述极耳由所述外包装膜引出，所述外包装膜于所述极耳引出位置密封，所述极耳连接所述电极组装体的一端具有弯折部，所述弯折部沿所述极耳的长度延伸方向具有多处弯折，且所述弯折部均位于所述外包装膜内，所述外包装膜与所述弯折部顶部的间隙大于所述外包装膜与所述电极组装体间的间隙。本发明将极耳与电极组装体相连的一端进行弯折处理，使柔性电池弯曲时极耳部位有足够的预留长度抵消电极组装体内外径上发生的相对位移，避免极耳部位受到弯曲时的拉力发生断裂。
Description
技术领域
本发明涉及电池技术领域，尤其涉及一种极耳优化的柔性电池及极耳优化工艺。
背景技术
近年来，新型电子产品越来越受消费者喜爱，如智能头盔，智能运动鞋，折叠式手机，折叠式平板电脑等，这使得柔性电池的市场应用前景越来越大，但是受限于现有的锂电池在受到外力弯曲时，处于弯曲外径上集流体材料因半径差发生相对位移，这使得电池的极耳部位在反复弯曲时易发生断裂，导致电池充放电异常，基于上述问题，现有柔性电池趋向于轻薄化，以超薄的形态使弯曲时的弯曲内外径差减至最小，以此防止半径差造成的极耳断裂现象。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术之缺陷，提供了一种极耳优化的柔性电池及极耳优化工艺，极耳优化后的柔性电池结构简单,在反复弯曲后能保持极耳不断裂，电池充放电性能正常。
本发明是这样实现的：
本发明提供一种极耳优化的柔性电池，包括极耳、电极组装体和外包装膜，所述电极组装体包覆于所述外包装膜内，所述极耳一端与所述电极组装体连接且所述极耳由所述外包装膜引出，所述外包装膜于所述极耳引出位置密封，所述极耳连接所述电极组装体的一端具有弯折部，所述弯折部沿所述极耳的长度延伸方向具有多处弯折，且所述弯折部均位于所述外包装膜内，所述外包装膜与所述弯折部顶部的间隙大于所述外包装膜与所述电极组装体间的间隙。
作为优选，所述外包装膜具有极耳包覆部，所述极耳包覆部相对于所述电极组装体所对的外包装膜向外延伸。
作为优选，所述极耳包覆部向外延伸0.1mm～5mm。
作为优选，所述外包装膜从内到外依次设置有PP胶层、第二胶水层、金属层、第一胶水层和尼龙层。
作为优选，所述电极组装体包括正极、隔膜层和负极，所述正极和负极间通过所述隔膜层相间隔。
作为优选，所述极耳的长度为1mm～20mm。
作为优选，所述极耳的厚度为0.1mm～10mm。
作为优选，所述弯折部为沿所述极耳的长度方向延伸的波浪形，且所述波浪形的波峰均位于同一平面上，所述波浪形的波谷均位于同一平面上。
本发明还提供一种柔性电池进行极耳优化的工艺，包括如下步骤：
S1.将所述极耳与所述电极组装体相连的一端进行沿极耳长度方向的弯折处理；
S2.将极耳的弯折部及所述电极组装体包覆外包装膜；
S3.使所述外包装膜与所述弯折部顶部的间隙大于所述外包装膜与所述电极组装体间的间隙；
S4.将所述外包装膜于所述极耳引出位置密封；
S5.对与所述极耳相对的外包装膜进行负压工艺。
作为优选，在步骤S3中，通过对与所述极耳相对的外包装膜进行内部衬垫或冲坑整形使得与所述极耳相对的外包装膜相对与所述电极组装体相对的外包装膜向外延伸。
本发明具有以下有益效果：
1、本发明将所述极耳与所述电极组装体相连的一端进行沿极耳长度方向的弯折处理，使柔性电池弯曲时极耳部位有足够的预留长度抵消电极组装体内外径上发生的相对位移，避免极耳部位受到弯曲时的拉力发生断裂。
2、本发明使得与所述极耳相对的外包装膜相对与所述电极组装体相对的外包装膜向外延伸，在处于内部负压状态时，极耳区域对应的外包装膜仍能与极耳保持足够的间隙，使弯曲时的极耳有足够的空间发生相对位移，避免了负压时极耳相互紧密贴合，发生相对位移时阻力过大造成极耳断裂。
3、本发明提供的柔性电池，优化了弯曲时的弯曲半径差造成的极耳断裂问题，在厚度设计上相对超薄柔性电池有更大的设计空间。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1为常规柔性电池的示意图；
图2为图1中的电池在负压工艺后的示意图；
图3为图2中的电池在弯曲状态下的示意图；
图4为图3中M部分的放大示意图；
图5为进行了极耳弯折处理且与极耳相对的外包装膜未进行优化的柔性电池示意图；
图6为图5中的电池在负压工艺后的示意图；
图7为图6中的电池在弯曲状态下的示意图；
图8为图7中N部分的放大示意图；
图9为本发明实施例提供的柔性电池；
图10为本发明实施例提供的柔性电池整体结构立体图；
图11为本发明实施例提供的极耳进行弯折处理的部分去掉与其相对的顶部外包装膜后的示意图；
图12为图9中的电池在弯曲状态下的示意图；
图13为图12中A部分的放大示意图；
图14为本发明实施例提供的外包装膜内部结构示意图；
图15为本发明实施例提供的电极组装体内部结构示意图；
图16中(a)为本发明实施例提供的未优化的极耳示意图，(b)～(h)为本发明实施例提供的极耳的多种优化方案示意图。
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它实施例，都属于本发明保护的范围。
图1～图4所示为常规柔性电池，图1中的203表示未进行优化的外包装膜，图1中的204表示未进行优化的极耳，图2中的205表示进行负压工艺后的常规外包装膜，图1所示电池的极耳未进行优化设计，并且极耳部位对应区域的外包装膜也未进行优化设计；电池在负压艺后，与所述极耳相对的外包装膜与所述极耳紧密贴合(图2)；当电池受到外力发生弯曲时，极耳区域没有预留的长度抵消弯曲带来的位移，最终造成极耳断裂，电性能失效(图3～图4)。
图5～图8所示当极耳弯折的波形幅度较大，弯折部顶部与极耳相对的外包装膜间的间隙不够大时，进行负压工艺后，也可能出现极耳断裂的现象。图5中的202表示极耳进行弯折处理的部分，图5中的203表示未进行优化的外包装膜，图5所示电池的极耳部位进行了优化设计，即将所述极耳与所述电极组装体相连的一端进行沿极耳长度方向的弯折处理，但是与极耳相对的外包装膜未进行优化设计，电池在负压工艺后，极耳与外包装膜紧密贴合，经过弯折优化过的极耳遭到挤压破坏(图6)，图6中的205表示进行负压工艺后的常规外包装膜，图6中的206表示负压工艺后被挤压变形的极耳。当电池受到外力发生弯曲时，虽然极耳区域有预留的长度抵消弯曲带来的位移，但因为外包装膜的紧密贴合阻碍了极耳的位移，极耳依然会发生断裂，导致电性能失效。
如图9～图16，本发明实施例一提供一种极耳优化的柔性电池，包括极耳和电极组装体4，所述极耳与所述电极组装体4相连，所述电极组装体4包覆有外包装膜3，所述极耳与所述电极组装体4相连的一端包覆有优化后的外包装膜201，外包装膜201于所述极耳引出位置密封，图9中的1表示电池顶部封口区域，图9中的2表示封口与电极组装体间的极耳部位，所述极耳连接所述电极组装体4的一端具有弯折部，所述弯折部沿所述极耳的长度延伸方向具有多处弯折，且所述弯折部均位于所述外包装膜201内，图9中的202表示极耳进行弯折处理的部分，所述外包装膜201与所述弯折部顶部的间隙大于所述外包装膜3与所述电极组装体4间的间隙，作为优选，所述外包装膜具有极耳包覆部，所述极耳包覆部相对于所述电极组装体所对的外包装膜向外延伸，即外包装膜201相对外包装膜3向外延伸，对极耳所对的外包装膜进行这样的优化处理后，即使极耳弯折的波形幅度较大，也能保证弯折部顶部与极耳相对的外包装膜间的间隙足够大时，进行负压工艺后，图9中外包装膜201位置不变，极耳区域对应的外包装膜仍能与极耳保持足够的间隙，使弯曲时的极耳有足够的空间发生相对位移，避免了负压时极耳相互紧密贴合，发生相对位移时阻力过大造成极耳断裂。
作为优选，所述极耳包覆部向外延伸0.1mm～5mm。
作为优选，所述弯折部为沿所述极耳的长度方向延伸的波浪形，且所述波浪形的波峰均位于同一平面上，所述波浪形的波谷均位于同一平面上。
本发明将固定长度L的极耳沿极耳长度方向进行弯折，增加其在厚度方向占用空间的同时减小其在长度方向所占用的空间，以此使电池弯曲时的极耳部位有足够的预留长度抵消电极组装体内外径上发生的相对位移。
如图9所示，电池极耳部位2沿极耳长度方向进行了弯折，与所述极耳相对的外包装膜201相对与所述电极组装体4相对的外包装膜3向外延伸，进行优化后的极耳与电解液一起被封装在外包装膜201内，电极组装体4和电解液被一起封装在外包装膜3内，形成本发明所述的极耳优化的柔性电池。
如图16中的(a)～(h)所示，(a)为未优化的极耳，(b)～(h)为图(a)经多种优化后的极耳。优化前极耳空间长度需求为L，空间厚度需求为H，优化后极耳空间长度需求缩小为l，极耳空间厚度需求增加为h。
图16中的(b)～(h)为本发明提供的极耳优化的多种实施例，任何经过优化设计后，使极耳空间长度需求缩小，空间厚度需求增加的优化方案包含在本发明的保护范围之内。
本发明所述的极耳优化前，空间长度需求可以为2～20mm，空间厚度需求可以为0.01mm～5mm，经过优化后极耳空间长度需求可以为1～20mm，空间厚度需求可以为0.1mm～10mm。
本发明实施例二提供一种柔性电池进行极耳优化的工艺，包括如下步骤：
S1.将所述极耳与所述电极组装体相连的一端进行沿极耳长度方向的弯折处理；
S2.将极耳的弯折部及所述电极组装体包覆外包装膜；
S3.使所述外包装膜与所述弯折部顶部的间隙大于所述外包装膜与所述电极组装体间的间隙；
S4.将所述外包装膜于所述极耳引出位置密封；
S5.对与所述极耳相对的外包装膜进行负压工艺。
作为优选，在步骤S3中，通过对与所述极耳相对的外包装膜进行内部衬垫或冲坑整形使得与所述极耳相对的外包装膜相对与所述电极组装体相对的外包装膜向外延伸。
与所述极耳相对的外包装膜相对与所述电极组装体相对的外包装膜向外延伸，可以是正负极极耳区域分别设计，也可以是正负极极耳区域一起进行设计。
与所述极耳相对的外包装膜相对与所述电极组装体相对的外包装膜向外延伸，可以单独在本发明所述柔性电池上表面或下表面形成，也可以在上下表面同时形成。
与所述极耳相对的外包装膜相对与所述电极组装体相对的外包装膜向外延伸，即与所述极耳相对的外包装膜相对与所述电极组装体相对的外包装膜要更往外侧凸出，其凸起的形状可以为方块状，圆球状等增加极耳部位对应区域空间厚度需求的形状。
作为优选，如图14，从所述外包装膜3与所述电极组装体4相连的一侧向外，所述外包装膜3依次设置有PP胶层305、第二胶水层304、金属层303、第一胶水层302和尼龙层301。
作为优选，如图15，所述电极组装体包括正极、隔膜层和负极，所述正极和负极间通过所述隔膜层相间隔，所述正极从所述隔膜层向外依次设置有正极活性材料层401、正极集流体层402和正极活性材料层401，所述负极从所述隔膜层向外依次设置有负极活性材料层404、负极集流体层405和负极活性材料层404。
电池弯曲时，电极组装体4的弯曲外径部分相对弯曲内径部分会发生相对位移，与电极组装体相连的极耳，特别是弯曲外径部分连接的极耳将随着电极组装体一起被拉伸。
图9～图16所示为本发明一实施例，在本实施例中，柔性电池在极耳部分进行了进行沿极耳长度方向的弯折处理，这种优化设计，使电池弯曲时的极耳部位有足够的预留长度抵消电极组装体内外径上发生的相对位移；并且，在本实施例中，与所述极耳相对的外包装膜相对与所述电极组装体相对的外包装膜向外延伸，与所述极耳相对的外包装膜经过负压工艺后与负压工艺前没有太大区别，即图9中的柔性电池在负压工艺后不会有太大的变化，与所述极耳相对的外包装膜与所述极耳间有足够的间隙，而不会紧贴极耳，使极耳有充足的空间沿弯曲径向发生位移，以此避免了极耳断裂的发生，实现柔性电池所需的多次弯曲后极耳不断，电性能正常。
本发明提供的极耳优化的柔性电池，结构简单，在反复弯曲后能保持极耳不断裂，电池充放电性能正常。
如图15，本发明公开的电极组装体4包括正极集流体402，涂敷在正极集流体402上的正极活性材料401，负极集流体405，涂敷在负极集流体上的负极活性材料404和隔膜403。其中正极集流体402和负极集流体405延伸出的极耳部位具有沿极耳长度方向的弯折。
如图14，本发明实施例涉及的外包装膜3和外包装膜201均由5层材料叠加而成，5层材料从内到外依次为：PP胶层305、第二胶水层304、金属层303、第一胶水层302和尼龙层301。
本发明所述的柔性电池，优化了弯曲时的弯曲半径差造成的极耳断裂问题，在厚度设计上相对超薄柔性电池有更大的设计空间。
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、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种极耳优化的柔性电池，包括极耳、电极组装体和外包装膜，所述电极组装体包覆于所述外包装膜内，所述极耳一端与所述电极组装体连接且所述极耳由所述外包装膜引出，所述外包装膜于所述极耳引出位置密封，其特征在于：所述极耳连接所述电极组装体的一端具有弯折部，所述弯折部沿所述极耳的长度延伸方向具有多处弯折，且所述弯折部均位于所述外包装膜内，所述外包装膜与所述弯折部顶部的间隙大于所述外包装膜与所述电极组装体间的间隙；所述外包装膜具有极耳包覆部，所述极耳包覆部相对于所述电极组装体所对的外包装膜向外延伸，使弯折部顶部与极耳相对的外包装膜间的间隙足够大时，进行负压工艺后，外包装膜位置不变，极耳区域对应的外包装膜仍能与极耳保持足够的间隙，使弯曲时的极耳有足够的空间发生相对位移，避免了负压时极耳相互紧密贴合，发生相对位移时阻力过大造成极耳断裂；所述外包装膜从内到外依次设置有PP胶层、第二胶水层、金属层、第一胶水层和尼龙层；所述电极组装体包括正极、隔膜层和负极，所述正极和负极间通过所述隔膜层相间隔，所述正极从所述隔膜层向外依次设置有正极活性材料层、正极集流体层和正极活性材料层，所述负极从所述隔膜层向外依次设置有负极活性材料层、负极集流体层和负极活性材料层，正极集流体和负极集流体延伸出的极耳部位具有沿极耳长度方向的弯折。
2.如权利要求1所述的极耳优化的柔性电池，其特征在于：所述极耳包覆部向外延伸0.1mm～5mm。
3.如权利要求1所述的极耳优化的柔性电池，其特征在于：所述极耳的长度为1mm～20mm。
4.如权利要求1所述的极耳优化的柔性电池，其特征在于：所述极耳的厚度为0.1mm～10mm。
5.如权利要求1所述的极耳优化的柔性电池，其特征在于：所述弯折部为沿所述极耳的长度方向延伸的波浪形，且所述波浪形的波峰均位于同一平面上，所述波浪形的波谷均位于同一平面上。
6.一种柔性电池进行极耳优化的工艺，其特征在于，应用于如权利要求1-5所述的极耳优化的柔性电池，包括如下步骤：
S1.将所述极耳与所述电极组装体相连的一端进行沿极耳长度方向的弯折处理；
S2.将极耳的弯折部及所述电极组装体包覆外包装膜；
S3.使所述外包装膜与所述弯折部顶部的间隙大于所述外包装膜与所述电极组装体间的间隙；在步骤S3中，通过对与所述极耳相对的外包装膜进行内部衬垫或冲坑整形使得与所述极耳相对的外包装膜相对与所述电极组装体相对的外包装膜向外延伸；
S4.将所述外包装膜于所述极耳引出位置密封；
S5.对与所述极耳相对的外包装膜进行负压工艺。
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