一種薄型儲(chǔ)能裝置制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及一種薄型儲(chǔ)能裝置。所述薄型儲(chǔ)能裝置自下而上依次包括下封裝層、集電極層、正極層、隔離層、負(fù)極層及上封裝層；所述下封裝層和上封裝層由阻隔性薄膜材料制成；所述集電極層由導(dǎo)電材料制成；所述正極層由具有氧化性的無機(jī)活性漿料制成；所述隔離層由具有電絕緣性能的特種紙或塑料薄膜制成；所述負(fù)極層由具有還原性的金屬薄膜材料制成。所述薄型儲(chǔ)能裝置無內(nèi)壓、負(fù)極材料活性高、電容量和單位面積容量均有提高，電極和隔離層處于同一軸心，利于與耗能裝置連接和提升能量轉(zhuǎn)換效率。
【專利說明】一種薄型儲(chǔ)能裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及儲(chǔ)能設(shè)備【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種薄型儲(chǔ)能裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]電化學(xué)儲(chǔ)能裝置是目前最為常見的儲(chǔ)能裝置。柱狀和扣狀電化學(xué)儲(chǔ)能裝置是目前廣泛使用的電化學(xué)儲(chǔ)能裝置，它們的使用對(duì)應(yīng)于傳統(tǒng)的三維電子產(chǎn)品。伴隨著具有二維薄膜片狀的新型柔性印刷電子產(chǎn)品如射頻識(shí)別標(biāo)簽(RFID)、柔性顯示器、印刷晶體管、柔性電路以及需要薄膜柔性電源的化妝品面膜和醫(yī)用藥貼的出現(xiàn)，傳統(tǒng)的柱狀和扣狀電化學(xué)儲(chǔ)能裝置因其形狀結(jié)構(gòu)無法改變，不能適應(yīng)新型柔性印刷電子產(chǎn)品的連接使用。
[0003]CN 103227048A公開了一種固態(tài)儲(chǔ)能裝置，該裝置為電容儲(chǔ)能器，并不具有柔性輕薄特點(diǎn)，難于與柔性印刷電子產(chǎn)品集成。CN 102903923A公開了一種儲(chǔ)能組件及其制作方法，該裝置并不具有柔性輕薄特點(diǎn)。CN 102054981A公開了一種鋰電池的負(fù)極改性制作方法，主要應(yīng)用于電動(dòng)汽車、航天器等領(lǐng)域，并沒有與柔性印刷電子產(chǎn)品產(chǎn)生關(guān)聯(lián)。
[0004]現(xiàn)有電化學(xué)儲(chǔ)能裝置的負(fù)極材料通常采用活性金屬及其化合物與其他導(dǎo)電材料的混合物，或者對(duì)活性金屬及其化合物進(jìn)行摻雜和改性，以此來增加負(fù)極材料的活性和轉(zhuǎn)化率，但現(xiàn)有的負(fù)極制作方式都存在制作工藝復(fù)雜的缺陷，如需要配料、化合物摻雜改性等多個(gè)步驟，這些工序的完成需要投入大量的人力和物力。
[0005]芬蘭專利FI20070584公開了一種薄膜電池(thin battery),電池負(fù)極是以金屬粉末、碳粉、石墨烯以及一些膠粘劑組成混合物，負(fù)極最終以干的油墨狀存在，因此負(fù)極的制作需要配料、攪拌、印刷以及干燥，工序復(fù)雜，負(fù)極中活性金屬轉(zhuǎn)化率不高。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0006]本實(shí)用新型的目的在于針對(duì)現(xiàn)有儲(chǔ)能裝置的不足，提出一種無內(nèi)壓、負(fù)極材料活性高、電容量和單位面積容量均有提高、制作工藝簡單、實(shí)用性強(qiáng)的薄型儲(chǔ)能裝置。本實(shí)用新型薄型儲(chǔ)能裝置具有輕薄、柔軟的特點(diǎn)，適合于與柔性印刷電子產(chǎn)品的集成應(yīng)用。
[0007]為達(dá)此目的，本實(shí)用新型采用以下技術(shù)方案:
[0008]本實(shí)用新型提供一種薄型儲(chǔ)能裝置，所述薄型儲(chǔ)能裝置自下而上依次包括下封裝層、集電極層、正極層、隔離層、負(fù)極層及上封裝層；
[0009]所述下封裝層和上封裝層為阻隔性薄膜層；
[0010]所述集電極層為導(dǎo)電材料層；
[0011]所述正極層為具有氧化性的無機(jī)活性漿料層；
[0012]所述隔離層為具有電絕緣性能的特種紙層或塑料薄膜層；
[0013]所述負(fù)極層為具有還原性的金屬薄膜層。
[0014]本實(shí)用新型使用具有還原性的金屬薄膜材料(例如金屬箔片)作為負(fù)極材料制作薄型儲(chǔ)能裝置，比現(xiàn)有的使用金屬粉末、金屬顆粒或者導(dǎo)電金屬油墨的儲(chǔ)能裝置在制作時(shí)更為簡化，減少了攪拌、印刷、涂布以及烘干等程序。使用金屬箔片作為負(fù)極材料的薄型儲(chǔ)能裝置因其活性材料的成分含量更高，其電化學(xué)轉(zhuǎn)化率更高。使用金屬薄膜材料制作薄型儲(chǔ)能裝置，正負(fù)電極和隔離層處于同一軸心面，利于儲(chǔ)能裝置與耗能產(chǎn)品的集成和應(yīng)用。同時(shí)，也使得薄型儲(chǔ)能裝置的成本更加經(jīng)濟(jì)，具有更大的商業(yè)價(jià)值。
[0015]本實(shí)用新型所述的薄型儲(chǔ)能裝置由上下封裝層、集電極層、正極層、隔離層和負(fù)極層組成，裝置內(nèi)部沒有任何壓力，具有輕薄、柔軟、可彎曲的特點(diǎn)，有利于制備和規(guī)模生產(chǎn)，避免產(chǎn)品膨脹而造成爆炸。
[0016]所述下封裝層和上封裝層選用阻隔性能良好的薄膜材料制成，保證儲(chǔ)能裝置內(nèi)部材料的封裝。本實(shí)用新型所述的上下封裝層對(duì)材料選擇僅是阻隔性方面的要求，對(duì)抗腐蝕性等方面并無要求，從而避免儲(chǔ)能裝置內(nèi)部產(chǎn)生壓力。
[0017]所述正極層使用的具有氧化性的無機(jī)活性漿料，可由本領(lǐng)域技術(shù)人員進(jìn)行選擇，通常應(yīng)包括具有活性的無機(jī)氧化物、膠黏劑、電解質(zhì)等。
[0018]所述隔離層用于防止正極材料和負(fù)極材料直接接觸形成內(nèi)部短路，同時(shí)對(duì)特定的帶電離子進(jìn)行選擇性通過。
[0019]所述負(fù)極層使用的具有還原性的金屬薄膜材料，應(yīng)當(dāng)是活性金屬材料構(gòu)成的薄膜。在儲(chǔ)能設(shè)備【技術(shù)領(lǐng)域】，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)明了，作為負(fù)極材料使用的金屬材料宜選擇活性金屬材料而非惰性金屬材料。
[0020]以下為本實(shí)用新型所述薄型儲(chǔ)能裝置的優(yōu)選形式，不應(yīng)視為對(duì)本實(shí)用新型的限制。
[0021]所述阻隔性薄膜層為塑料薄膜層，所述塑料薄膜優(yōu)選壓敏膠薄膜或熱封膜，進(jìn)一步優(yōu)選 PE、PP、PET、PEN、P1、PA、PS、PC、PMMA、PVA、ABS、PU 或 PAR 薄膜。例如 PI 壓敏膠薄膜、PE壓敏膠薄膜、PET壓敏膠薄膜、PET熱封膜等。
[0022]所述阻隔性薄膜層的厚度為0.01?0.1mm,例如可選擇0.011?0.09mm, 0.018?0.082mm, 0.03 ?0.07mm, 0.05 ?0.062mm, 0.055mm 等，進(jìn)一步優(yōu)選為 0.025 ?0.075mm。
[0023]所述導(dǎo)電材料層為石墨層、碳納米管層、石墨烯層、炭黑層、導(dǎo)電高分子材料層或銀漿層。
[0024]所述具有氧化性的無機(jī)活性漿料由二氧化錳、氫氧化鎳、一價(jià)氧化銀、二價(jià)氧化銀、高錳酸鉀或氧化鎳與膠粘劑、電解質(zhì)混合制成，優(yōu)選由二氧化錳或氧化銀與膠粘劑、電解質(zhì)混合制成。
[0025]本實(shí)用新型所述的電解質(zhì)為酸、堿或鹽類化合物。所述電解質(zhì)為KOH、NaOH、KC1、ZnCl2, NH4Cl, AlCl3或NaCl中的一種或至少兩種的混合物，例如可選擇KOH，KCl, ZnCl2,NaCl, NaOH和ZnCl2的組合，KCl和AlCl3的組合，KOH、KCl和NH4Cl的組合等，皆可用于實(shí)施本實(shí)用新型。
[0026]所述隔離層的面積大于正極層及負(fù)極層。所述隔離層將正負(fù)極分隔在不同的平面，防止正負(fù)極電極部分短路。
[0027]所述隔離層的特種紙材料為高壓絕緣紙、低壓絕緣紙、電纜紙或電容器紙。
[0028]所述隔離層的塑料薄膜材料為PE或PP類材料。
[0029]所述隔離層的厚度為0.025?0.1mm,例如可選擇0.026?0.09mm, 0.034?
0.076mm, 0.05 ?0.065mm, 0.06mm 等，進(jìn)一步優(yōu)選為 0.04 ?0.08mm。
[0030]所述具有還原性的金屬薄膜層為鋅箔層、鋁箔層、銅箔層、鎳箔層或鉛箔層。本實(shí)用新型采用鋅箔、鋁箔、銅箔、鎳箔或鉛箔等金屬薄膜直接作為負(fù)極材料，利于制作工藝的簡化。
[0031]所述金屬薄膜層的厚度為0.01?0.1mm,例如可選擇0.012?0.09mm,0.03?0.06mm, 0.042 ?0.055mm, 0.05mm 等，進(jìn)一步優(yōu)選為 0.025 ?0.075mm,更優(yōu)選為 0.03 ?0.06mm。
[0032]所述薄型儲(chǔ)能裝置的總厚度為0.1?Imm,例如可選擇0.11?0.98mm,0.15?
0.9mm, 0.3 ?0.82mm, 0.5 ?0.7mm, 0.65mm 等，優(yōu)選為 0.4 ?0.8mm,進(jìn)一步優(yōu)選為 0.5 ?
0.7mm η
[0033]所述薄型儲(chǔ)能裝置的面積為0.1cm2?Im2,例如可選擇0.1lcm2?0.95m2,
1.5cm2 ?0.8m2, 20cm2 ?0.3m2, 50cm2 ?300cm2, IOOcm2 等，進(jìn)一步優(yōu)選為 I ?100cm2。
[0034]所述薄型儲(chǔ)能裝置的形狀為矩形、圓形、三角形或不規(guī)則形狀。本領(lǐng)域技術(shù)人員可根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行選擇。
[0035]所述薄型儲(chǔ)能裝置設(shè)置有正負(fù)電極；所述薄型儲(chǔ)能裝置的正負(fù)電極可以處于同一個(gè)面，也可以處于正反二面。
[0036]所述正負(fù)電極在正極層和負(fù)極層對(duì)應(yīng)的區(qū)域開口設(shè)置電極孔。薄型儲(chǔ)能裝置正負(fù)電極的位置可根據(jù)需要變化，原則上講，可以是任何位置?？梢栽谘b置中間、兩端或?qū)?，也可將電極從儲(chǔ)能裝置引出，電極孔位置可在薄型儲(chǔ)能裝置的任何地方。
[0037]所述電極孔的形狀優(yōu)選為圓形、方形、三角形或者不規(guī)則形狀。
[0038]所述電極孔的大小優(yōu)選為0.01?Icm2,例如可選擇0.012?0.96cm2,0.09?
0.8cm2,0.15 ?0.7cm2,0.4 ?0.6cm2,0.52cm2 等，進(jìn)一步優(yōu)選為 0.1 ?0.5cm2。
[0039]正負(fù)電極也可以在正極層和負(fù)極層對(duì)應(yīng)的區(qū)域通過導(dǎo)線引出。
[0040]本實(shí)用新型所述薄層儲(chǔ)能裝置正負(fù)電極的位置和形狀的可變性，主要是由儲(chǔ)能裝置的層狀結(jié)構(gòu)決定的。儲(chǔ)能裝置中各層材料通過疊加進(jìn)行，各層材料的位置可以根據(jù)具體的使用情況進(jìn)行變化，通過疊加位置的改變來改變正負(fù)極的位置。電極孔形狀可以根據(jù)具體的使用情況預(yù)先進(jìn)行設(shè)置。
[0041]本實(shí)用新型所述薄型儲(chǔ)能裝置的制作工藝，所述工藝包括以下步驟:
[0042]I)將導(dǎo)電材料通過印刷或涂布方法置于作為下封裝層的阻隔性薄膜材料上，經(jīng)過干燥后形成集電極層；
[0043]2)將具有氧化性的無機(jī)活性漿料通過印刷或涂布方法置于集電極層上，形成正極層；
[0044]3)將隔離層材料置于正極層上方，通過正極層材料具有的弱粘性將隔離層材料吸附，形成隔離層；所述隔離層材料為具有電絕緣性能的特種紙或塑料薄膜；
[0045]4)將具有還原性的金屬薄膜材料置于隔離層上，形成負(fù)極層；將上述已組裝的部分與上封裝層的阻隔性薄膜材料進(jìn)行對(duì)位貼合；可選地，對(duì)位貼合后進(jìn)行熱封處理。
[0046]所述阻隔性薄膜材料為壓敏膠薄膜時(shí)，將具有還原性的金屬薄膜材料先與作為上封裝層的壓敏膠薄膜進(jìn)行粘貼，然后再與已組裝的部分進(jìn)行對(duì)位貼合。
[0047]與已有技術(shù)方案相比，本實(shí)用新型具有以下有益效果:
[0048]1、無內(nèi)壓的薄膜平面儲(chǔ)能層狀結(jié)構(gòu)，具有輕薄、柔軟、可彎曲的特點(diǎn)；
[0049]2、負(fù)極采用商業(yè)上易獲得的廉價(jià)金屬活性薄膜類材料，如鋅箔、鋁箔等活性金屬箔；
[0050]3、薄型儲(chǔ)能裝置的電極和隔離層處于同一軸心，利于與耗能裝置連接和提升能量轉(zhuǎn)換效率。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0051]圖1是本實(shí)用新型所述薄型儲(chǔ)能裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0052]圖2是所述薄型儲(chǔ)能裝置的俯視圖；
[0053]圖3是所述薄型儲(chǔ)能裝置上電極孔的位置示意圖；(a)_ (d)示出了電極孔在薄型儲(chǔ)能裝置上4種不同的位置。
[0054]圖中:1-下封裝層；2_集電極層；3_正極層；4_隔離層；5_負(fù)極層；6_上封裝層；7-正極電極孔；8_負(fù)極電極孔。
[0055]下面對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)一步詳細(xì)說明。但下述的實(shí)例僅僅是本實(shí)用新型的簡易例子，并不代表或限制本實(shí)用新型的權(quán)利保護(hù)范圍，本實(shí)用新型的保護(hù)范圍以權(quán)利要求書為準(zhǔn)。
【具體實(shí)施方式】
[0056]下面結(jié)合附圖并通過【具體實(shí)施方式】來進(jìn)一步說明本實(shí)用新型的技術(shù)方案。
[0057]為更好地說明本實(shí)用新型，便于理解本實(shí)用新型的技術(shù)方案，本實(shí)用新型的典型但非限制性的實(shí)施例如下:
[0058]如圖1所示，一種薄型儲(chǔ)能裝置，所述薄型儲(chǔ)能裝置自下而上依次包括下封裝層
1、集電極層2、正極層3、隔離層4、負(fù)極層5及上封裝層6。
[0059]所述下封裝層I和上封裝層6為阻隔性薄膜層；
[0060]所述集電極層2為導(dǎo)電材料層；
[0061]所述正極層3為具有氧化性的無機(jī)活性漿料層；
[0062]所述隔離層4由具有電絕緣性能的特種紙層或塑料薄膜層；
[0063]所述負(fù)極層5由具有還原性的金屬薄膜層。
[0064]所述阻隔性薄膜層為塑料薄膜層。所述阻隔性薄膜層的厚度為0.01?0.1mm。
[0065]所述導(dǎo)電材料層為石墨層、碳納米管層、石墨烯層、炭黑層、導(dǎo)電高分子材料層或銀漿層。
[0066]所述隔離層4的面積大于正極層3及負(fù)極層5。所述隔離層4的厚度為0.025?
0.1mm0
[0067]所述具有還原性的金屬薄膜層為鋅箔層、鋁箔層、銅箔層、鎳箔層或鉛箔層；所述金屬薄膜層的厚度為0.01?0.1mm。
[0068]所述薄型儲(chǔ)能裝置的總厚度為0.1?1mm。
[0069]所述薄型儲(chǔ)能裝置的面積為0.1cm2?lm2。
[0070]所述薄型儲(chǔ)能裝置的形狀為矩形、圓形、三角形或不規(guī)則形狀。
[0071]所述薄型儲(chǔ)能裝置設(shè)置有正負(fù)電極；
[0072]所述正負(fù)電極在正極層和負(fù)極層對(duì)應(yīng)的區(qū)域開口設(shè)置電極孔；所述電極孔的形狀為圓形、方形、三角形或者不規(guī)則形狀；所述電極孔的大小為0.01?Icm2 ；[0073]或，所述正負(fù)電極在正極層和負(fù)極層對(duì)應(yīng)的區(qū)域通過導(dǎo)線引出。
[0074]一種如上所述薄型儲(chǔ)能裝置的制作工藝，所述工藝包括以下步驟:
[0075]I)將導(dǎo)電材料通過印刷或涂布方法置于作為下封裝層I的阻隔性薄膜材料上，經(jīng)過干燥后形成集電極層2;
[0076]2)將具有氧化性的無機(jī)活性漿料通過印刷或涂布方法置于集電極層2上，形成正極層3;
[0077]3)將隔離層材料置于正極層3上方，通過正極層材料具有的弱粘性將隔離層材料吸附，形成隔離層4 ;所述隔離層材料為具有絕緣性能的特種紙或塑料薄膜；
[0078]4)將具有還原性的金屬薄膜材料置于隔離層4上，形成負(fù)極層5 ;將上述已組裝的部分與上封裝層6的隔離性薄膜材料進(jìn)行對(duì)位貼合；可選地，對(duì)位貼合后進(jìn)行熱封處理。
[0079]所述阻隔性薄膜材料為壓敏膠薄膜時(shí)，將具有還原性的金屬薄膜材料先與作為上封裝層6的壓敏膠薄膜進(jìn)行粘貼，然后再與已組裝的部分進(jìn)行對(duì)位貼合。
[0080]如圖3示出了示出了電極孔在薄型儲(chǔ)能裝置上4種不同的位置。
[0081]實(shí)施例1
[0082]將導(dǎo)電碳漿漿料印刷于封裝層并干燥制作集電極層；將二氧化錳、膠粘劑以及KCl電解質(zhì)混合制作正極層材料；隔離層材料使用PP塑料膜；將負(fù)極鋅箔材料粘貼于PI壓敏膠薄膜，再將其與其余部分對(duì)位貼合。
[0083]實(shí)施例2
[0084]將導(dǎo)電碳漿漿料印刷于封裝層并干燥制作集電極層；將氫氧化鎳、膠粘劑以及KOH電解質(zhì)混合制作正極層材料；隔離層材料使用PP塑料膜；將負(fù)極銅箔材料粘貼于PE壓敏膠薄膜，再將其與其余部分對(duì)位貼合。
[0085]實(shí)施例3
[0086]將導(dǎo)電碳漿漿料印刷于封裝層并干燥制作集電極層；將二氧化錳、膠粘劑以及ZnCl2電解質(zhì)混合制作正極層材料；隔離層材料使用特種紙；將負(fù)極鋅箔材料粘貼于PET壓敏膠薄膜，再將其與其余部分對(duì)位貼合。
[0087]實(shí)施例4
[0088]將銀漿印刷于封裝層并干燥制作集電極層；將氧化銀、膠粘劑以及NH4Cl電解質(zhì)混合制作正極層材料；隔離層材料使用PP塑料膜；負(fù)極層材料選用鋅箔材料，將PET熱封膜與已組裝的部分對(duì)位貼合、熱封。
[0089]本實(shí)用新型使用金屬箔片(鋅箔、鋁箔、銅箔、鎳箔或鉛箔等)制作薄型儲(chǔ)能裝置，相比使用金屬粉末、金屬顆?；蛘邔?dǎo)電金屬油墨的現(xiàn)有儲(chǔ)能裝置，其電容量和單位面積容量均有提聞。
[0090]將本實(shí)用新型實(shí)施例3制作的薄型儲(chǔ)能裝置與根據(jù)FI20070584提供的方法制作的選定尺寸的電池進(jìn)行比較，結(jié)果如表I所示:
[0091]表I本實(shí)用新型薄型儲(chǔ)能裝置與FI20070584儲(chǔ)能裝置的比較
[0092]
【權(quán)利要求】
1.一種薄型儲(chǔ)能裝置，其特征在于，所述薄型儲(chǔ)能裝置自下而上依次包括下封裝層(I)、集電極層(2)、正極層(3)、隔離層(4)、負(fù)極層(5)及上封裝層(6); 所述下封裝層(I)和上封裝層(6)為阻隔性薄膜層； 所述集電極層(2)為導(dǎo)電材料層； 所述正極層(3)為具有氧化性的無機(jī)活性漿料層； 所述隔離層(4)為具有電絕緣性能的特種紙層或塑料薄膜層； 所述負(fù)極層(5)為具有還原性的金屬薄膜層。
2.如權(quán)利要求1所述的薄型儲(chǔ)能裝置，其特征在于，所述阻隔性薄膜層為塑料薄膜層；所述阻隔性薄膜層的厚度為0.0l?0.1mm。
3.如權(quán)利要求1所述的薄型儲(chǔ)能裝置，其特征在于，所述導(dǎo)電材料層為石墨層、碳納米管層、石墨烯層、炭黑層、導(dǎo)電高分子材料層或銀漿層。
4.如權(quán)利要求1所述的薄型儲(chǔ)能裝置，其特征在于，所述隔離層(4)的面積大于正極層(3)及負(fù)極層(5);所述隔離層(4)的厚度為0.025?0.1mm。
5.如權(quán)利要求1所述的薄型儲(chǔ)能裝置，其特征在于，所述具有還原性的金屬薄膜層為鋅箔層、鋁箔層、銅箔層、鎳箔層或鉛箔層；所述金屬薄膜層的厚度為0.01?0.1mm。
6.如權(quán)利要求1所述的薄型儲(chǔ)能裝置，其特征在于，所述薄型儲(chǔ)能裝置的總厚度為0.1 ?Imm0
7.如權(quán)利要求1所述的薄型儲(chǔ)能裝置，其特征在于，所述薄型儲(chǔ)能裝置的面積為0.1cm2 ?Im2。
8.如權(quán)利要求1所述的薄型儲(chǔ)能裝置，其特征在于，所述薄型儲(chǔ)能裝置的形狀為矩形、圓形、三角形或不規(guī)則形狀。
9.如權(quán)利要求1所述的薄型儲(chǔ)能裝置，其特征在于，所述薄型儲(chǔ)能裝置設(shè)置有正負(fù)電極； 所述正負(fù)電極在正極層和負(fù)極層對(duì)應(yīng)的區(qū)域開口設(shè)置電極孔；所述電極孔的形狀為圓形、方形、三角形或者不規(guī)則形狀；所述電極孔的大小為0.01?Icm2 ； 或，所述正負(fù)電極在正極層和負(fù)極層對(duì)應(yīng)的區(qū)域通過導(dǎo)線引出。
【文檔編號(hào)】H01M6/02GK203746968SQ201420126486
【公開日】2014年7月30日 申請(qǐng)日期:2014年3月20日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月20日
【發(fā)明者】張霞昌, 李守軍, 王軍 申請(qǐng)人:昆山恩福賽印刷電子有限公司