一种固态柔性电池、制备及使用方法与流程

本发明属于电池技术领域，尤其涉及一种固态柔性电池、制备及使用方法。

背景技术：

近年来，随着电子技术的发展和电子类消费产品的广泛应用，可弯曲、折叠的轻薄化、柔性化的便携式可穿戴设备成为了下一代电子设备的主流方向，其中的储能器件，柔性电池成为了新一代便携式可穿戴设备最基本也是最核心的需求，直接影响着柔性电子产品的设计与功能。

不同于刚性电池，柔性电池具有力学柔性，可反复弯曲和折叠，可应用于消费电子类“腕机”、可穿戴设备、智能服装等领域，具有广阔的市场需求，据麦姆斯咨询机构分析，柔性电池将有望首先应用于有源植入性医疗设备中，如电子眼贴、电子面膜、一次性医疗贴片、电渗透皮肤贴片等与医疗健康有关的治疗和理疗设备，因此，柔性电池未来的发展方向应面向的是人体自身，对人体生命的安全性是其商品化应用不可忽视的重要因素。

目前柔性电池主要以柔性锂离子电池为主，锂离子电池体系由于其自身的有机电解液和电极材料，存在的安全问题不可忽视，特别是在柔性电池弯曲、折叠的使用过程中，还极易引发电解液泄露的安全隐患，轻则灼伤皮肤，重则发生燃烧及爆炸，对人体及自然环境造成危害。

技术实现要素：

本发明旨在提供一种高安全、可直接皮肤接触、对人体无害的固态柔性电池，其制备时无需注入电解液，只需要在使用前用水溶液对其进行浸泡，即可产生电压激活电池。

为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：

一种固态柔性电池，包括：柔性膜层，在所述柔性膜层一侧的导电层，以及在所述导电层背离所述柔性膜层一侧的电极层，

所述柔性膜层包括正极柔性膜层和负极柔性膜层，为亲水膜或疏水膜，所述正极柔性膜层和所述负极柔性膜层均为疏水膜时设有吸液孔，

所述电极层，其组成包括1-10%的电解质盐，所述电解质盐为锌盐、钠盐、铝盐、钾盐、镁盐、锰盐中的至少一种。

进一步，所述亲水膜为无纺布、纤维布、浆层纸、亲水pp膜、亲水ptfe膜、亲水pet膜中的一种。

进一步，所述疏水膜为pet膜、pp膜、pe膜、tpu膜、ptfe膜中的一种。

进一步，所述电极层包括正极层和负极层，所述正极层和负极层互不接触，中间设有隔膜层进行分隔。

进一步，所述导电层组成包括导电炭黑、乙炔黑、石墨烯、碳纳米管中的至少一种，并引出极耳与外部电路进行电流传输。

本发明所提供的固态柔性电池的制备方法，包括以下步骤：

在所述正极柔性膜层和所述负极柔性膜层的一侧涂覆所述导电层，进行烘干；

将所述负极层涂覆在位于所述负极柔性膜层一侧表面的所述导电层表面，将所述正极层涂覆在位于所述正极柔性膜层一侧表面的所述导电层表面，进行烘干；

将所述隔膜层置于所述正极层和所述负极层中间，通过在所述正极柔性膜层或所述负极柔性膜层四周边缘的固体胶或液体胶进行对位贴合，组成固态柔性电池。

进一步，所述正极层和所述负极层，其组成包括82-94%的活性物质，1-3%的粘结剂，3-5%的导电剂和1-10%的电解质盐。

进一步，所述柔性电池为水系离子电池，为水系锌离子电池、水系钠离子电池、水系钾离子电池、水系镁离子电池、水系铝离子电池中的一种。

本发明所提供的固态柔性电池的使用方法，水溶液浸泡1-5min激活电压。

相对于现有技术，本发明的优点为：在制作过程中，固态柔性电池没有液体电解液的添加，处于待激活状态，没有自放电现象，可长期存放，同时，通过将电解质盐加入到电极层中，使得电池体系拥有较高的工作电压和容量，使用简单，只需要水溶液浸泡激活电压，无腐蚀无爆炸，安全性高，可直接与人体皮肤接触。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为本发明中实施例1制备的固态柔性电池浸泡水溶液的电压变化图。

图3为本发明中实施例1制备的固态柔性电池充放电曲线图。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但本发明的实施方式不限于此。

以下结合图1对本发明进行进一步的说明。

如图1所示，一种固态柔性电池，其包括正极柔性膜层11、负极柔性膜层12、导电层21、极耳22、正极层31、负极层32、隔膜层4和吸液孔5。所述正极柔性膜层11或所述负极柔性膜层12一侧与所述导电层21结合，所述导电层21的另一侧与所述正极层31或所述负极层32结合，所述正极层31和所述负极层32中间设有所述隔膜层4，所述导电层21引出所述极耳22，所述正极膜层11和所述负极柔性膜层12均为疏水膜时，设有吸液孔5。

实施例1

选取亲水膜无纺布作为正极柔性膜层11，疏水膜pet膜作为负极柔性膜层12，选取导电炭黑制作导电层21，并引出极耳22，在正极柔性膜层11和负极柔性膜层12的一侧涂覆导电层21，选取88%的mno2作为活性物质、3%的cmc作为粘结剂、5%的导电炭黑作为导电剂，3%的znso4和1%的mnso4作为电解质盐制作正极层31，涂覆与正极柔性膜层11结合的导电层21的另一侧，选取91%的锌粉作为活性物质、2%的cmc作为粘结剂、3%的导电炭黑作为导电剂，3%的znso4和1%的mnso4作为电解质盐制作负极层32，涂覆与负极柔性膜层12结合的导电层21的另一侧，将隔膜层4置于正极层31和负极层32中间，通过在正极柔性膜层11四周边缘的固体胶进行对位贴合，组成柔性电池。

如图2所示，实施例1制备的固态柔性电池，在用水溶液浸泡1min后，电压达到了1.5v左右并保持稳定，达到水系锌离子电池正常工作电压，图3为实施例1制备的固态柔性电池浸泡5min后的充放电曲线，放电比容量为50mah/g。

实施例2

选取疏水膜tpu膜作为正极柔性膜层11，亲水膜亲水pp膜作为负极柔性膜层12，选取石墨烯制作导电层21，并引出极耳22，在正极柔性膜层11和负极柔性膜层12的一侧涂覆导电层21，选取85%的na0.44mno2作为活性物质、3%的cmc作为粘结剂、4%的导电炭黑作为导电剂，8%的na2so4作为电解质盐制作正极层31，涂覆与正极柔性膜层11结合的导电层21的另一侧，选取89%的ac作为活性物质、3%的cmc作为粘结剂、3%的导电炭黑作为导电剂，5%的na2so4作为电解质盐制作负极层32，涂覆与负极柔性膜层12结合的导电层21的另一侧，将隔膜层4置于正极层31和负极层32中间，通过在正极柔性膜层11四周边缘的固体胶进行对位贴合，组成柔性电池。

实施例3

选取亲水膜浆层纸作为正极柔性膜层11，亲水膜亲水ptfe膜作为负极柔性膜层12，选取乙炔黑制作导电层21，并引出极耳22，在正极柔性膜层11和负极柔性膜层12的一侧均涂覆导电层21，选取92%的mno2作为活性物质、3%的sbr作为粘结剂、4%的乙炔黑作为导电剂，1%的znso4作为电解质盐制作正极层31，涂覆与正极柔性膜层11结合的导电层21的另一侧，选取90%的锌粉作为活性物质、3%的sbr作为粘结剂、3%的乙炔黑作为导电剂，4%的znso4作为电解质盐制作负极层32，涂覆与负极柔性膜层12结合的导电层21的另一侧，将隔膜层4置于正极层31和负极层32中间，通过在负极柔性膜层12四周边缘的液体胶纸进行对位贴合，组成柔性电池。

实施例4

选取疏水膜pet膜作为正极柔性膜层11，疏水膜pet膜作为负极柔性膜层12，并在正极柔性膜层11和负极柔性膜层12表面设置吸液孔5，选取碳纳米管制作导电层21，并引出极耳22，在正极柔性膜层11和负极柔性膜层12的一侧均涂覆导电层21，选取86%的na0.44mno2作为活性物质、2%的cmc作为粘结剂、4%的石墨烯作为导电剂，8%的na2so4作为电解质盐制作正极层31，涂覆与正极柔性膜层11结合的导电层21的另一侧，选取82%的ac作为活性物质、3%的cmc作为粘结剂、5%的乙炔黑黑作为导电剂，10%的na2so4作为电解质盐制作负极层32，涂覆与负极柔性膜层12结合的导电层21的另一侧，将隔膜层4置于正极层31和负极层32中间，通过在负极柔性膜层12四周边缘的液体胶进行对位贴合，组成柔性电池。

根据上述说明书的揭示和教导，本发明所属领域的技术人员还能够对上述实施方式进行变更和修改。因此，本发明并不局限于上述的具体实施方式，凡是本领域技术人员在本发明的基础上所作出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本发明构成任何限制。