一种用于胶囊内窥镜的固态电池及其制作方法与流程

1.本发明涉及医疗器械领域，具体涉及到一种用于胶囊内窥镜的固态电池及其制作方法。


背景技术：

2.现有技术中的胶囊内窥镜均采用液态电池，即电池内部是以电解液作为介质来给锂离子做充放电，现有的液态电池主要由正、负极片，隔膜，电解液构成，由于电池以隔膜作为主要原材料，当电池大电流充放电和内部析锂时，锂枝晶会刺穿隔膜，导致电池发生短路风险，且电池内部以电解液作为导电介质，在电池发生短路时，高温会使得电解液分解产生气体，具有极大的安全隐患。
3.因此，有必要开发一种适用于胶囊内窥镜的固态电池，既可以满足高能量密度的需求，又可以降低安全隐患，同时还可以减小体积，优化胶囊内窥镜的结构设计。


技术实现要素：

4.本发明提供一种用于胶囊内窥镜的固态电池及其制作方法，第一方面，本发明提供一种用于胶囊内窥镜的固态电池，包括极耳，进一步还包括电池卷芯，所述电池卷芯由电解质、正极材料及负极材料组成，其中：所述正极材料由正极主材颗粒组成，所述正极主材颗粒是磷酸铁锂、镍钴锰酸锂、镍钴铝酸锂、钴酸锂、锰酸锂的任一种与导电炭黑混合加热成熔融状态制成；所述电解质由聚氧乙烯、聚丙烯腈、聚甲基丙烯酸甲酯、聚偏氟乙烯、聚偏氟乙烯-六氟丙烯的任一种加热成熔化物制成；所述负极材料由锂金属制成。
5.进一步的，所述电池卷芯是卷绕结构或电芯压铸成型结构。
6.进一步的，所述电解质是固态电解质粉末。
7.第二方面，本发明提供一种第一方面所述固态电池的制作方法，包括集流体铝箔，包括以下步骤：将正极材料熔化物和电解质的颗粒熔化物分别加入挤出机，通过压力挤出，将正极和电解质粘合在一起；将正极一侧与集流体铝箔粘合，经过辊压机将电解质、正极及集流体压缩；负极材料由锂金属通过挤压机形成金属锂箔，再将正极材料熔化物、颗粒熔化物与锂箔粘合在一起制成。
8.将集流体铝箔、正极、电解质及负极粘合，经过辊压机调整厚度后进一步将负极-电解质-正极-集流体结构通过卷绕形成电池卷芯。
9.进一步的，所述电解质是固态电解质粉末。
10.第三方面，本发明提供一种第一方面所述固态电池的制作方法，包括集流体铝箔，包括以下步骤：
制作电池内腔模具；通过挤压方式将正极粉末、电解质粉末及负极粉末压制成型；将压制好的电芯装入电池壳体中并施加压力，使电芯与壳体底部接触，通过激光焊接使电池密封。
11.进一步的，所述电解质是固态电解质粉末。
12.采用本发明的固态电池，可以提升电池空间利用率，提高电池能量密度，延长了胶囊内窥镜的工作时长；同时该固态电池不含电解液，从源头上解决电池安全问题，该固态电池无漏液、起火、爆炸等安全风险，提高了胶囊内窥镜的安全等级和潜在的医疗风险。
附图说明
13.图1：固态电池结构示意图。
14.图2：固态电池卷芯结构示意图。
15.图3：电池卷芯剖面结构示意图。
16.图4：固态电池内部结构图。
17.各序号及对应的名称分别为： 电池10，极耳20，电池卷芯21，电解质30，正极材料31，负极材料32。
实施方式
18.为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明，应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
19.请参考图1本发明的固态电池结构示意图，本发明的固态电池10采用圆柱型结构，该固态电池的内部结构可以采用图2中的卷绕结构或图4中的压铸成型结构。
20.参考图2固态电池卷芯结构示意图，该固态电池的两端预留出极耳20，中间部分是电池卷芯21，所述极耳20分别通过电阻焊或激光焊焊接在电池壳体的正负极两端，显而易见的是，所述两个极耳20分别是正极耳和负极耳。
21.进一步参考图3电池卷芯剖面结构示意图，所述电池卷芯分别由电解质30、正极材料31及负极材料32组成，其中：正极材料31由正极主材颗粒组成，所述正极主材颗粒可以是磷酸铁锂，镍钴锰酸锂，镍钴铝酸锂，钴酸锂，锰酸锂等的任一种与导电炭黑混合加热成熔融状态制成。
22.所述电解质30的颗粒由聚氧乙烯（peo）、聚丙烯腈（pan）、聚甲基丙烯酸甲酯（pmma）、聚偏氟乙烯（pvdf）、聚偏氟乙烯-六氟丙烯（pvdf-hfp）的任一种加热成熔化物制成。
23.在制作电池卷芯的过程中，将正极材料熔化物和电解质30的颗粒熔化物分别加入挤出机，通过压力挤出，将正极和电解质粘合在一起，进一步将正极一侧与集流体铝箔粘合在一起，最后经过辊压机将电解质、正极及集流体压缩到合适的厚度。
24.负极材料32由锂金属通过挤压机形成金属锂箔，再将正极材料熔化物、颗粒熔化物与锂箔粘合在一起制成。
25.最后将集流体铝箔、正极、电解质及负极粘合在一起，经过辊压机调整到工艺所需
的厚度，从而形成图3的电池卷芯结构，进一步将负极-电解质-正极-集流体结构通过卷绕的方式形成图2所示的卷芯结构。
26.进一步参考图4本发明的固态电池内部结构图，图4与图2的区别在于，图2的电池卷芯采用卷绕结构，图4的电芯采用压铸成型结构。
27.在压铸工艺中，首先制作如图1所示的的电池内腔模具，再通过挤压的方式将正极粉末、电解质粉末及负极粉末压制成型，然后将压制好的电芯装入电池壳体中并施加一定压力，使电芯与壳体底部接触良好，顶部采用带有极柱的外壳，通过激光焊接使电池密封良好，从而完成电池的组装工艺，此时电池外壳作为负极，极柱作为电池正极。
28.优选的，本发明的电池卷芯还可以通过3d打印技术制备，再采用上述工艺将电池卷芯密封良好，形成固态电池。
29.本技术方案采用固态电池，将传统液态电池的隔膜和电解液变换为固态电解液，从根源上解决电池的安全问题，同时提高了电池能量密度。
30.本发明用固态电解质替换传统电池内部电解液，取代现有的液态电池方案，固态电池相比液态电池具有能量密度高，超高安全性，更轻更薄等优点，使用固态电池在相同的容量下，电池体积可以做更小，电池重量更轻，可以给胶囊内窥镜内部布局其他元器件预留空间。
31.固态电池无需使用隔膜，将固态电解质设置于正负极材料之间，充当液态电池隔膜作用，由此隔膜占用的空间可以节省给正负极材料使用；同时，固态电池无需电解液，电池内部电解液空间优化给正负极材料使用，以此提高电池能量密度，在相同容量下，可以减小胶囊内窥镜的体积和重量。
32.采用本发明的固态电池，可以提升电池空间利用率，提高电池能量密度，延长了胶囊内窥镜的工作时长；同时该固态电池不含电解液，从源头上解决电池安全问题，该固态电池无漏液、起火、爆炸等安全风险，提高了胶囊内窥镜的安全等级和潜在的医疗风险。
33.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、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。


技术特征：
1.一种用于胶囊内窥镜的固态电池，包括极耳，其特征在于，进一步还包括电池卷芯，所述电池卷芯由电解质、正极材料及负极材料组成，其中：所述正极材料由正极主材颗粒组成，所述正极主材颗粒是磷酸铁锂、镍钴锰酸锂、镍钴铝酸锂、钴酸锂、锰酸锂的任一种与导电炭黑混合加热成熔融状态制成；所述电解质由聚氧乙烯、聚丙烯腈、聚甲基丙烯酸甲酯、聚偏氟乙烯、聚偏氟乙烯-六氟丙烯的任一种加热成熔化物制成；所述负极材料由锂金属制成。2.如权利要求1所述的固态电池，其特征在于，所述电池卷芯是卷绕结构或电芯压铸成型结构。3.如权利要求1所述的固态电池，其特征在于，所述电解质是固态电解质粉末。4.一种权利要求1所述固态电池的制作方法，包括集流体铝箔，其特征在于，包括以下步骤：将正极材料熔化物和电解质的颗粒熔化物分别加入挤出机，通过压力挤出，将正极和电解质粘合在一起；将正极一侧与集流体铝箔粘合，经过辊压机将电解质、正极及集流体压缩；负极材料由锂金属通过挤压机形成金属锂箔，再将正极材料熔化物、颗粒熔化物与锂箔粘合在一起制成；将集流体铝箔、正极、电解质及负极粘合，经过辊压机调整厚度后进一步将负极-电解质-正极-集流体结构通过卷绕形成电池卷芯。5.如权利要求4所述的制作方法，其特征在于，所述电解质是固态电解质粉末。6.一种权利要求1所述固态电池的制作方法，包括集流体铝箔，其特征在于，包括以下步骤：制作电池内腔模具；通过挤压方式将正极粉末、电解质粉末及负极粉末压制成型；将压制好的电芯装入电池壳体中并施加压力，使电芯与壳体底部接触，通过激光焊接使电池密封。7.如权利要求6所述的制作方法，其特征在于，所述电解质是固态电解质粉末。

技术总结
本发明公布一种用于胶囊内窥镜的固态电池，包括极耳，进一步还包括电池卷芯，所述电池卷芯由电解质、正极材料及负极材料组成，其中：所述正极材料由正极主材颗粒组成，所述正极主材颗粒是磷酸铁锂、镍钴锰酸锂、镍钴铝酸锂、钴酸锂、锰酸锂的任一种与导电炭黑混合加热成熔融状态制成；所述电解质由聚氧乙烯、聚丙烯腈、聚甲基丙烯酸甲酯、聚偏氟乙烯、聚偏氟乙烯-六氟丙烯的任一种加热成熔化物制成；所述负极材料由锂金属制成。本发明的固态电池可以提升电池空间利用率，提高电池能量密度，延长了胶囊内窥镜的工作时长；同时该固态电池不含电解液，该固态电池无漏液、起火、爆炸等安全风险，提高了胶囊内窥镜的安全等级和潜在的医疗风险。险。险。


技术研发人员：杨虎
受保护的技术使用者：深圳市资福医疗技术有限公司
技术研发日：2023.06.21
技术公布日：2023/8/14