本发明涉及电池生产领域。更具体地说，本发明涉及一种可变扇形的异形电池。
背景技术：
许多智能手机、智能手表和其他可穿戴产品等的内部设置复杂，空间紧致有限，需要的电池形状各异。为了适应时代的进步，开发特殊形状的电池越来越多，比如有圆形电池、c形电池、电弧电池、六角形电池、扇形电池、三角形电池、超薄电池等，但是大部分的异形电池都设置为固定形状，不便于不同空间位置的调整。为了解决固定形状的异形电池不便于调整的问题，现有技术公开了一种柔性二次电池及其组件，公告号为cn109273755a，其通过不设置集流体等硬质结构，使电池具有柔性，便于长条形异形电池的卷折、弯折，电池的形状调节。但是对于圆形电池调整为各种扇形形状时，需要多次对折，对柔性要求更高，对折难度更大。并且现有技术的柔性电池以含锂金属氧化物作为正电极的活性物质，合金或硅碳作为负电极的活性物质，又兼具集流体功能，要求具有一定厚度的活性物质以满足电池设计容量和电流传输，参见电池设计容量的计算为电池设计容量＝涂层面密度×活物质比例×活物质克容量×极片涂层面积。因此，目前的柔性电池难以做得更薄，不利于多次对折。
技术实现要素：
本发明的一个目的是提供一种可变扇形的异形电池，其针对现有技术的柔性电池以含锂金属氧化物作为正电极的活性物质，合金或硅碳作为负电极的活性物质，电极片难以做得更薄，不利于多次对折的问题。
本发明通过对正负极片的材料进行处理，使得正负极片的韧性好，正负极片材料的比容量高，在规定的电池设计容量下，正负极片更薄更软，满足不同扇形弧度的多次对折要求。
为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了可变扇形的异形电池，其包括：由隔膜、正极片和负极片组成的电芯结构，填充于电芯结构中的电解液，与正极片电连接的正极耳，以及与负极片电连接的负极耳，所述电解液为凝胶状电解液；
所述负极片由以下方法构建得到：以碳布为基体，硅纳米棒为模板，采用水热碳化方法，在碳布表面构建硅纳米棒的硅碳复合材料，然后加入镍单原子和氢氧化镍，利用电沉积法在硅碳复合材料表面生成镍单原子/氢氧化镍活性层，得到碳布负载硅/镍单原子/单层氢氧化镍核壳纳米结构的负极片材料；
所述正极片由以下方法构建得到：将碳布、钼单原子和二硫化钼利用电沉积法在碳布表面生成钼单原子/二硫化钼的活性层，得到碳布负载钼单原子/二硫化钼的金属硫化物正极片材料；
其中，所述碳布和隔膜裁剪为圆形，通过压合工艺将正极片和负极片分别贴合在隔膜两侧，外包装通过软包装膜封装，正极耳的一端和负极耳的一端置于软包装膜外，以便于与外部设备电连接。
优选的是，凝胶电解液为包括锂盐的非水溶剂和凝胶因子组成的电解液；所述隔膜为无纺布薄膜。
优选的是，隔膜为具有离子导通和电子绝缘的三层结构隔膜。
优选的是，水热碳化方法具体为：在密封体系中，将碳布和硅纳米棒置于230-280℃的水中反应3-4小时，得到在碳布表面构建硅纳米棒的硅碳复合材料。
优选的是，在负极片构建中，利用电沉积法在硅碳复合材料表面生成镍单原子/氢氧化镍活性层具体为：通过阶梯恒压电沉积的方法在硅碳复合材料外表包覆镍单原子和氢氧化镍，由硅碳复合材料为工作电极、铂片为对电极、银为参比电极组成三电极体系，在电解液为0.05mol/l的ni(no3)2·6h2o溶液中分两个阶段进行恒电位下电沉积，先在-1.0v的恒电位下进行电沉积3-5分钟，然后在-2.0v的恒电位下进行电沉积3-5分钟，电沉积结束后，用去离子水和乙醇反复冲洗2-4次，然后将负载硅/镍单原子/单层氢氧化镍核壳纳米结构的负极片材料真空干燥。
优选的是，在正极片构建中，利用电沉积法在碳布表面生成钼单原子/二硫化钼的活性层具体为：通过阶梯恒压电沉积的方法在碳布外表包覆钼单原子和二硫化钼，由碳布为工作电极、铂片为对电极、银为参比电极组成三电极体系，在电解液为0.05mol/l的ni(no3)2·6h2o溶液中分两个阶段进行恒电位下电沉积，先在-1.0v的恒电位下进行电沉积3-5分钟，然后在-2.0v的恒电位下进行电沉积3-5分钟，电沉积结束后，用去离子水和乙醇反复冲洗2-4次，然后将负载钼单原子/二硫化钼的金属硫化物正极片材料真空干燥。
优选的是，负极片材料中的硅纳米棒：镍单原子：单层氢氧化镍的摩尔比为3:1-2:2-3，所述正极片材料中的钼单原子：二硫化钼的摩尔比为1:5-8。
优选的是，负极片材料的碳布负载硅/镍单原子/单层氢氧化镍的负载量为0.5-1.5mg/cm2，正极片的碳布负载钼单原子/二硫化钼的负载量为0.8-2.0mg/cm2。
本发明至少包括以下有益效果：
1、本发明通过对正负极片的材料进行处理，使得正负极片的韧性好，正负极片材料的比容量高，在规定的电池设计容量下，正负极片更薄更软，满足不同扇形弧度的多次对折要求。具体为：本发明的极片以碳布作为载体，具有较好的韧性，能克服多次对折拉伤问题，并且与活性物质连为一体，使活性物质(负载物)均匀稳定负载在碳布上，得到的正负极片既有柔性又能薄片化，极片材料的比容量高，利于异形电池的小型化和高容量设计。
2、本发明的电解液采用凝胶状电解液，利于柔性极片通过压合工艺贴合在柔性的隔膜两侧。
3、负极片材料采用在硅碳复合材料外表包覆镍单原子和氢氧化镍，有利于提高负极片的活性位点，使负极片的比容量提高。在碳布外表包覆钼单原子和二硫化钼，参入了高比容量的硫元素，并结合二硫化钼作为电催化剂，使正极片的活性位点提高，有利于正极片的比容量提高，实现正极片和负极片的比容量同步提高，有利于异形电池的整体容量提高，小型化，超薄化和高容量设计，提高电化学性能。
本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
具体实施方式
下面结合文字对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不排除一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。
实施例1
本发明的可变扇形的异形电池，其包括：由隔膜、正极片和负极片组成的电芯结构，填充于电芯结构中的凝胶状电解液，与正极片电连接的正极耳，以及与负极片电连接的负极耳；隔膜为具有离子导通和电子绝缘的三层结构隔膜，碳布和隔膜裁剪为圆形，通过压合工艺将正极片和负极片分别贴合在隔膜两侧，外包装通过软包装膜封装，正极耳的一端和负极耳的一端置于软包装膜外，以便于与外部设备电连接。
负极片由以下方法构建得到：以碳布为基体，硅纳米棒为模板，采用水热碳化方法，在碳布表面构建硅纳米棒的硅碳复合材料，然后加入镍单原子和氢氧化镍，利用电沉积法在硅碳复合材料表面生成镍单原子/氢氧化镍活性层，得到碳布负载硅/镍单原子/单层氢氧化镍核壳纳米结构的负极片材料。其中，硅纳米棒：镍单原子：单层氢氧化镍的摩尔比为3:1:2。负极片材料的碳布负载硅/镍单原子/单层氢氧化镍的负载量为0.5mg/cm2。水热碳化方法具体为：在密封体系中，将碳布和硅纳米棒置于230℃的水中反应3小时，得到在碳布表面构建硅纳米棒的硅碳复合材料。利用电沉积法在硅碳复合材料表面生成镍单原子/氢氧化镍活性层具体为：通过阶梯恒压电沉积的方法在硅碳复合材料外表包覆镍单原子和氢氧化镍，由硅碳复合材料为工作电极、铂片为对电极、银为参比电极组成三电极体系，在电解液为0.05mol/l的ni(no3)2·6h2o溶液中分两个阶段进行恒电位下电沉积，先在-1.0v的恒电位下进行电沉积3分钟，然后在-2.0v的恒电位下进行电沉积3分钟，电沉积结束后，用去离子水和乙醇反复冲洗2次，然后将负载硅/镍单原子/单层氢氧化镍核壳纳米结构的负极片材料真空干燥。经激光测厚仪测量负极片材料的厚度为0.08±0.01mm。
正极片由以下方法构建得到：将碳布、钼单原子和二硫化钼利用电沉积法在碳布表面生成钼单原子/二硫化钼的活性层，得到碳布负载钼单原子/二硫化钼的金属硫化物正极片材料。其中，钼单原子：二硫化钼的摩尔比为1:5。碳布负载钼单原子/二硫化钼的负载量为0.8mg/cm2。利用电沉积法在碳布表面生成钼单原子/二硫化钼的活性层具体为：通过阶梯恒压电沉积的方法在碳布外表包覆钼单原子和二硫化钼，由碳布为工作电极、铂片为对电极、银为参比电极组成三电极体系，在电解液为0.05mol/l的ni(no3)2·6h2o溶液中分两个阶段进行恒电位下电沉积，先在-1.0v的恒电位下进行电沉积3-5分钟，然后在-2.0v的恒电位下进行电沉积3分钟，电沉积结束后，用去离子水和乙醇反复冲洗2次，然后将负载钼单原子/二硫化钼的金属硫化物正极片材料真空干燥。经激光测厚仪测量正极片材料的厚度为0.09±0.01mm。
实施例2
本发明的可变扇形的异形电池，其包括：由隔膜、正极片和负极片组成的电芯结构，填充于电芯结构中的凝胶状电解液，与正极片电连接的正极耳，以及与负极片电连接的负极耳；隔膜为无纺布薄膜，碳布和隔膜裁剪为圆形，通过压合工艺将正极片和负极片分别贴合在隔膜两侧，外包装通过软包装膜封装，正极耳的一端和负极耳的一端置于软包装膜外，以便于与外部设备电连接。
负极片由以下方法构建得到：以碳布为基体，硅纳米棒为模板，采用水热碳化方法，在碳布表面构建硅纳米棒的硅碳复合材料，然后加入镍单原子和氢氧化镍，利用电沉积法在硅碳复合材料表面生成镍单原子/氢氧化镍活性层，得到碳布负载硅/镍单原子/单层氢氧化镍核壳纳米结构的负极片材料。其中，硅纳米棒：镍单原子：单层氢氧化镍的摩尔比为3:2:3。负极片材料的碳布负载硅/镍单原子/单层氢氧化镍的负载量为1.5mg/cm2。水热碳化方法具体为：在密封体系中，将碳布和硅纳米棒置于280℃的水中反应4小时，得到在碳布表面构建硅纳米棒的硅碳复合材料。利用电沉积法在硅碳复合材料表面生成镍单原子/氢氧化镍活性层具体为：通过阶梯恒压电沉积的方法在硅碳复合材料外表包覆镍单原子和氢氧化镍，由硅碳复合材料为工作电极、铂片为对电极、银为参比电极组成三电极体系，在电解液为0.05mol/l的ni(no3)2·6h2o溶液中分两个阶段进行恒电位下电沉积，先在-1.0v的恒电位下进行电沉积5分钟，然后在-2.0v的恒电位下进行电沉积5分钟，电沉积结束后，用去离子水和乙醇反复冲洗4次，然后将负载硅/镍单原子/单层氢氧化镍核壳纳米结构的负极片材料真空干燥。经激光测厚仪测量负极片材料的厚度为0.09±0.01mm。
正极片由以下方法构建得到：将碳布、钼单原子和二硫化钼利用电沉积法在碳布表面生成钼单原子/二硫化钼的活性层，得到碳布负载钼单原子/二硫化钼的金属硫化物正极片材料。其中，钼单原子：二硫化钼的摩尔比为1:8。碳布负载钼单原子/二硫化钼的负载量为2.0mg/cm2。利用电沉积法在碳布表面生成钼单原子/二硫化钼的活性层具体为：通过阶梯恒压电沉积的方法在碳布外表包覆钼单原子和二硫化钼，由碳布为工作电极、铂片为对电极、银为参比电极组成三电极体系，在电解液为0.05mol/l的ni(no3)2·6h2o溶液中分两个阶段进行恒电位下电沉积，先在-1.0v的恒电位下进行电沉积5分钟，然后在-2.0v的恒电位下进行电沉积5分钟，电沉积结束后，用去离子水和乙醇反复冲洗4次，然后将负载钼单原子/二硫化钼的金属硫化物正极片材料真空干燥。经激光测厚仪测量正极片材料的厚度为0.11±0.01mm。
对比例1
该异形电池与实施例1的可变扇形的异形电池的不同之处在于正极片和负极片材料不同，对比例1的正极片为碳布外表面均匀涂覆镍钴锰酸锂，涂覆量为4.5mg/cm2，负极片为碳布外表面均匀涂覆石墨，涂覆量为3.8mg/cm2，其他的形状结构和材料与实施例1相同。经激光测厚仪测量正极片的厚度为1.1±0.1mm，负极片的厚度为1.0±0.1mm。
对比例2
该异形电池与实施例1的可变扇形的异形电池的不同之处在于正极片的材料不同，对比例2的正极片为碳布外表面均匀涂覆镍钴锰酸锂，涂覆量为4.5mg/cm2，其他的形状结构和材料与实施例1相同。经激光测厚仪测量正极片的厚度为1.1±0.1mm，负极片的厚度为0.08±0.01mm。
对比例3
该异形电池与实施例1的可变扇形的异形电池的不同之处在于负极片材料不同，对比例3的负极片为碳布外表面均匀涂覆石墨，涂覆量为3.8mg/cm2，其他的形状结构和材料与实施例1相同。经激光测厚仪测量正极片的厚度为0.09±0.01mm，负极片的厚度为1.0±0.1mm。
测试试验：
将实施例1和实施例2的正极片和负极片分别在1a/g的电流密度下测量比容量，并将电流密度增大到10a/g时测量比容量，如表1所示：
通过表1测试数据可知，本发明的负极片材料采用在硅碳复合材料外表包覆镍单原子和氢氧化镍，有利于提高负极片的活性位点，使负极片的比容量提高。在碳布外表包覆钼单原子和二硫化钼，参入了高比容量的硫元素，并结合二硫化钼作为电催化剂，使正极片的活性位点提高，有利于正极片的比容量提高，实现正负极片的比容量同步提高，有利于异形电池的整体容量提高，小型化，超薄化和高容量设计，提高电化学性能。并结合激光测厚仪测量的极片的厚度显示，本发明的正负极片既有柔性又能薄片化，满足不同扇形弧度的多次对折要求。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出的实施例。