本发明专利技术公开了一种同轴型柔性固态电池结构，沿同轴方向由内及外依次包括纤维状正极集流体、正极活性物质层、固态电解质层、负极活性物质层、负极集流体和外皮层；本发明专利技术的制备方法为：一、正极浆料的制备；二、纤维状正极柔性电极的制备；三、固态电解质层的构筑；四、负极集流体的构筑；五、负极浆料的制备；六、负极活性物质层的制备；七、入壳封装。本发明专利技术电池结构中的同轴型层叠式结构经活化后形成凝胶态复合电解质层，实现了各层间良好的界面接触，获得高性能的同轴型柔性固态电池结构；本发明专利技术的涂覆设备实现了各浆料的均匀涂覆，且各层之间保持良好的界面接触，提高了电池的安全性能，电池兼具多维度形变适应性，适用于柔性可穿戴设备领域。设备领域。设备领域。
【技术实现步骤摘要】
一种同轴型柔性固态电池结构及其制备方法
[0001]本专利技术属于电池制造
，具体涉及一种同轴型柔性固态电池结构及其制备方法。
技术介绍
[0002]便携式电子产品逐渐向柔性化、轻质化和微型化的方向发展。柔性可穿戴电子器件在通通信、医疗健康、智能服装等领信、医疗健康、智能服装等领域有着广阔的应用前景，作为其核心部件的电池得到了越来越多的关注，开发高能量密度的柔性锂离子电池成为研究热点之一。
[0003]目前柔性电池的研究平面电池为主，但这种柔性电池不具备弯曲扭结及屈曲变形等多维度形变适应性，限制了其应用场景。一维纤维电池电极材料具有高柔性、多曲率性能稳定、应用领域普适性广等特点。但是，当前采用正负极缠绕编织的纤维电池，存在正负极接触面积小、活性材料利用率低、活性涂层易脱落、液态电解质具有安全隐患等问题，因此高性能柔性纤维电池制备受到研究者的极大关注。
技术实现思路
[0004]本专利技术所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种同轴型柔性固态电池结构。该同轴型柔性固态电池结构中正极活性物质层、固态电解质层、负极活性物质层呈同轴型层叠式结构，经活化后形成凝胶态复合电解质层，实现了固态电解质层与正负极活性物质涂层间良好的界面接触，提高了界面稳定性，减少了固
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固不良接触，同时该结构极大地增加了正负极的接触面积，提高了正、负极活性物质的利用率，进而提高了柔性固态电池的能量密度，获得高性能的同轴型柔性固态电池结构。
[0005]为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案为：一种同轴型柔性固态电池结构，其特征在于，沿同轴方向由内及外依次包括纤维状正极集流体、正极活性物质层、固态电解质层、负极活性物质层、负极集流体和外皮层。
[0006]本专利技术的同轴型柔性固态电池结构中正极活性物质层、固态电解质层、负极活性物质层沿同轴方向由内及外逐层分布在纤维状正极集流体与负极集流体之间，呈同轴型层叠式结构，经活化后形成凝胶态复合电解质层，实现了固态电解质层与正、负极活性物质涂层间良好的界面接触，提高了界面稳定性，减少了固
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固不良接触；同时该结构极大地增加了正负极的接触面积，提高了正、负极活性物质的利用率，进而提高了柔性固态电池的能量密度。
[0007]另外，本专利技术还公开了一种制备如上述的同轴型柔性固态电池结构的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
[0008]步骤一、正极浆料的制备：将正极材料、导电剂、粘结剂、无机固态电解质固态物料加入到N
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甲基吡咯烷酮溶剂中并充分搅拌至稳定，得到正极浆料；
[0009]步骤二、纤维状正极柔性电极的制备：将步骤一中得到的正极浆料作为工作浆料
置于涂覆设备的漏斗形料槽中，将纤维状正极集流体卷绕在放线装置上，且一端穿过正极浆料从漏斗形料槽的底部出料口引出，拉动纤维状正极集流体，使得正极浆料均匀涂覆至纤维状正极集流体的表面，然后经加热装置进行烘烤，得到纤维状正极柔性电极，并送出卷绕在收线装置中；
[0010]步骤三、固态电解质层的构筑：将聚偏氟乙烯
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六氟丙烯加入到有机溶剂中并不断搅拌至充分溶解形成稳定的胶液，然后加入纳米级至亚微米级的无机固态电解质并持续搅拌，得到均匀分散的复合电解质浆料，再将复合电解质浆料作为工作浆料置于涂覆设备的漏斗形料槽中，将步骤二中得到的纤维状正极柔性电极卷绕在放线装置上，且一端穿过复合电解质浆料从漏斗形料槽的底部出料口引出，拉动纤维状正极柔性电极，使得复合电解质浆料均匀涂覆至纤维状正极柔性电极的表面，再经加热装置进行加热使溶剂挥发，得到表面具有固态电解质层的柔性电极，并送出卷绕在收线装置中；
[0011]或者利用胶液将固态电解质隔膜粘附于步骤二中得到的纤维状正极柔性电极的表面，得到表面具有固态电解质层的柔性电极；
[0012]步骤四、负极集流体的构筑：采用金属丝作为负极集流体均匀缠绕在步骤三中得到的表面具有固态电解质层的柔性电极的表面，且相邻缠绕圈的负极集流体之间保持间距，得到同轴型纤维状柔性电池结构；
[0013]步骤五、负极浆料的制备：将负极材料、导电剂、粘结剂、无机固态电解质固态物料加入到N
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甲基吡咯烷酮溶剂中并充分搅拌至稳定，得到负极浆料；
[0014]步骤六、负极活性物质层的制备：将步骤五中得到的负极浆料作为工作浆料置于涂覆设备的漏斗形料槽中，将步骤四中得到的同轴型纤维状柔性电池结构卷绕在放线装置上，且一端穿过负极浆料从漏斗形料槽的底部出料口引出，拉动同轴型纤维状柔性电池结构，使得负极浆料均匀涂覆至同轴型纤维状柔性电池结构的表面，然后经加热装置进行烘烤，得到同轴型纤维状柔性电池内芯，并送出卷绕在收线装置中；
[0015]步骤七、入壳封装：将步骤六中得到的同轴型纤维状柔性电池内芯置于聚烯烃类热缩管中，向聚烯烃类热缩管中加注液态电解质并静置活化，然后使得聚烯烃类热缩管受热收缩并紧密包裹于同轴型纤维状柔性电池内芯表面，两端经密封后得到同轴型柔性固态电池结构。
[0016]上述的方法，其特征在于，步骤一中所述正极材料为钴酸锂、三元材料、锰酸锂、磷酸铁锂和富锂锰基材料中的至少一种，所述导电剂为炭黑、活性炭、碳纤维和碳纳米管中的至少一种，所述粘接剂为聚偏氟乙烯，所述无机固态电解质为磷酸钛铝锂、磷酸锗铝锂、锂镧锆氧和锂镧钛氧中的至少一种，且固态物料中正极材料的质量含量为79％～97％，导电剂的质量含量为1％～10％，粘结剂的质量含量为1％～10％，无机固态电解质的质量含量为1％～10％。
[0017]上述的方法，其特征在于，步骤二中所述纤维状正极集流体为直径0.1mm～2mm的铝丝、不锈钢丝或镍丝。
[0018]上述的方法，其特征在于，步骤三中所述有机溶剂为丙酮、N
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甲基吡咯烷酮或N,N
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二甲基甲酰胺，胶液的质量浓度为5％～20％；所述无机固态电解质为磷酸钛铝锂、磷酸锗铝锂、锂镧锆氧和锂镧钛氧中的至少一种，且复合电解质浆料中无机固态电解质的质量含量为10％～30％。本专利技术通过控制复合电解质浆料的组成，有效调控复合电解质浆料的粘
附新，有利于固态电解质层与柔性正极的结合，且通过有机物与无机物的复合，起到改善柔性、优化离子导电的作用。
[0019]上述的方法，其特征在于，步骤三中所述固态电解质隔膜为表面涂覆有磷酸钛铝锂或锂镧锆氧固态电解质的聚乙烯或聚丙烯基隔膜。本专利技术采用固态电解质隔膜作为固态电解质层，具有更好的柔韧性，有助于提升电池柔性。
[0020]上述的方法，其特征在于，步骤四中所述负极集流体为直径0.05mm～1mm的铜丝、不锈钢丝或镍丝。
[0021]上述的方法，其特征在于，步骤五中所述负极材料为石墨、软炭和硬炭中的至少一种，所述导电剂为炭黑、活性炭、碳纤维和碳纳米管中的至少一种，所述粘接剂为聚偏氟乙烯，所述无机固态电解质为磷酸钛铝锂、磷酸锗铝锂、锂镧锆氧和锂镧钛氧中的至少一种，且固态物料中负极材料的本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种同轴型柔性固态电池结构，其特征在于，沿同轴方向由内及外依次包括纤维状正极集流体(1)、正极活性物质层(2)、固态电解质层(3)、负极活性物质层(4)、负极集流体(5)和外皮层(6)。2.一种制备如权利要求1所述的同轴型柔性固态电池结构的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：步骤一、正极浆料的制备：将正极材料、导电剂、粘结剂、无机固态电解质固态物料加入到N
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甲基吡咯烷酮溶剂中并充分搅拌至稳定，得到正极浆料；步骤二、纤维状正极柔性电极的制备：将步骤一中得到的正极浆料作为工作浆料(9)置于涂覆设备的漏斗形料槽(8)中，将纤维状正极集流体卷绕在放线装置(7)上，且一端穿过正极浆料从漏斗形料槽(8)的底部出料口引出，拉动纤维状正极集流体，使得正极浆料均匀涂覆至纤维状正极集流体的表面，然后经加热装置(10)进行烘烤，得到纤维状正极柔性电极，并送出卷绕在收线装置(11)中；步骤三、固态电解质层的构筑：将聚偏氟乙烯
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六氟丙烯加入到有机溶剂中并不断搅拌至充分溶解形成稳定的胶液，然后加入纳米级至亚微米级的无机固态电解质并持续搅拌，得到均匀分散的复合电解质浆料，再将复合电解质浆料作为工作浆料(9)置于涂覆设备的漏斗形料槽(8)中，将步骤二中得到的纤维状正极柔性电极卷绕在放线装置(7)上，且一端穿过复合电解质浆料从漏斗形料槽(8)的底部出料口引出，拉动纤维状正极柔性电极，使得复合电解质浆料均匀涂覆至纤维状正极柔性电极的表面，再经加热装置(10)进行加热使溶剂挥发，得到表面具有固态电解质层的柔性电极，并送出卷绕在收线装置(11)中；或者利用胶液将固态电解质隔膜粘附于步骤二中得到的纤维状正极柔性电极的表面，得到表面具有固态电解质层的柔性电极；步骤四、负极集流体的构筑：采用金属丝作为负极集流体均匀缠绕在步骤三中得到的表面具有固态电解质层的柔性电极的表面，且相邻缠绕圈的负极集流体之间保持间距，得到同轴型纤维状柔性电池结构；步骤五、负极浆料的制备：将负极材料、导电剂、粘结剂、无机固态电解质固态物料加入到N
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甲基吡咯烷酮溶剂中并充分搅拌至稳定，得到负极浆料；步骤六、负极活性物质层的制备：将步骤五中得到的负极浆料作为工作浆料(9)置于涂覆设备的漏斗形料槽(8)中，将步骤四中得到的同轴型纤维状柔性电池结构卷绕在放线装置(7)上，且一端穿过负极浆料从漏斗形料槽(8)的底部出料口引出，拉动同轴型纤维状柔性电池结构，使得负极浆料均匀涂覆至同轴型纤维状柔...
【专利技术属性】
技术研发人员：李晖，郭俊，郑垚平，曹杉杉，王宏宇，杨洪，何显峰，
申请(专利权)人：西安瑟福能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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