一種薄型儲能裝置製造方法
2023-06-04 23:49:21
一種薄型儲能裝置製造方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種薄型儲能裝置。所述薄型儲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製成；所述集電極層由導電材料製成；所述正極層由具有氧化性的無機活性漿料製成；所述隔離層由具有電絕緣性能的特種紙或塑料薄膜製成；所述負極層由具有還原性的金屬薄膜材料製成。所述薄型儲能裝置無內壓、負極材料活性高、電容量和單位面積容量均有提高，電極和隔離層處於同一軸心，利於與耗能裝置連接和提升能量轉換效率。
【專利說明】一種薄型儲能裝置
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及儲能設備【技術領域】，具體涉及一種薄型儲能裝置。
【背景技術】
[0002]電化學儲能裝置是目前最為常見的儲能裝置。柱狀和扣狀電化學儲能裝置是目前廣泛使用的電化學儲能裝置，它們的使用對應於傳統的三維電子產品。伴隨著具有二維薄膜片狀的新型柔性印刷電子產品如射頻識別標籤(RFID)、柔性顯示器、印刷電晶體、柔性電路以及需要薄膜柔性電源的化妝品面膜和醫用藥貼的出現，傳統的柱狀和扣狀電化學儲能裝置因其形狀結構無法改變，不能適應新型柔性印刷電子產品的連接使用。
[0003]CN 103227048A公開了一種固態儲能裝置，該裝置為電容儲能器，並不具有柔性輕薄特點，難於與柔性印刷電子產品集成。CN 102903923A公開了一種儲能組件及其製作方法，該裝置並不具有柔性輕薄特點。CN 102054981A公開了一種鋰電池的負極改性製作方法，主要應用於電動汽車、太空飛行器等領域，並沒有與柔性印刷電子產品產生關聯。
[0004]現有電化學儲能裝置的負極材料通常採用活性金屬及其化合物與其他導電材料的混合物，或者對活性金屬及其化合物進行摻雜和改性，以此來增加負極材料的活性和轉化率，但現有的負極製作方式都存在製作工藝複雜的缺陷，如需要配料、化合物摻雜改性等多個步驟，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，負極最終以幹的油墨狀存在，因此負極的製作需要配料、攪拌、印刷以及乾燥，工序複雜，負極中活性金屬轉化率不高。
實用新型內容
[0006]本實用新型的目的在於針對現有儲能裝置的不足，提出一種無內壓、負極材料活性高、電容量和單位面積容量均有提高、製作工藝簡單、實用性強的薄型儲能裝置。本實用新型薄型儲能裝置具有輕薄、柔軟的特點，適合於與柔性印刷電子產品的集成應用。
[0007]為達此目的，本實用新型採用以下技術方案:
[0008]本實用新型提供一種薄型儲能裝置，所述薄型儲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]所述集電極層為導電材料層；
[0011]所述正極層為具有氧化性的無機活性漿料層；
[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]所述負極層為具有還原性的金屬薄膜層。
[0014]本實用新型使用具有還原性的金屬薄膜材料(例如金屬箔片)作為負極材料製作薄型儲能裝置，比現有的使用金屬粉末、金屬顆粒或者導電金屬油墨的儲能裝置在製作時更為簡化，減少了攪拌、印刷、塗布以及烘乾等程序。使用金屬箔片作為負極材料的薄型儲能裝置因其活性材料的成分含量更高，其電化學轉化率更高。使用金屬薄膜材料製作薄型儲能裝置，正負電極和隔離層處於同一軸心面，利於儲能裝置與耗能產品的集成和應用。同時，也使得薄型儲能裝置的成本更加經濟，具有更大的商業價值。
[0015]本實用新型所述的薄型儲能裝置由上下封裝層、集電極層、正極層、隔離層和負極層組成，裝置內部沒有任何壓力，具有輕薄、柔軟、可彎曲的特點，有利於製備和規模生產，避免產品膨脹而造成爆炸。
[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製成，保證儲能裝置內部材料的封裝。本實用新型所述的上下封裝層對材料選擇僅是阻隔性方面的要求，對抗腐蝕性等方面並無要求，從而避免儲能裝置內部產生壓力。
[0017]所述正極層使用的具有氧化性的無機活性漿料，可由本領域技術人員進行選擇，通常應包括具有活性的無機氧化物、膠黏劑、電解質等。
[0018]所述隔離層用於防止正極材料和負極材料直接接觸形成內部短路，同時對特定的帶電離子進行選擇性通過。
[0019]所述負極層使用的具有還原性的金屬薄膜材料，應當是活性金屬材料構成的薄膜。在儲能設備【技術領域】，本領域技術人員應當明了，作為負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]以下為本實用新型所述薄型儲能裝置的優選形式，不應視為對本實用新型的限制。
[0021]所述阻隔性薄膜層為塑料薄膜層，所述塑料薄膜優選壓敏膠薄膜或熱封膜，進一步優選 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，進一步優選為 0.025 ?0.075mm。
[0023]所述導電材料層為石墨層、碳納米管層、石墨烯層、炭黑層、導電高分子材料層或銀漿層。
[0024]所述具有氧化性的無機活性漿料由二氧化錳、氫氧化鎳、一價氧化銀、二價氧化銀、高錳酸鉀或氧化鎳與膠粘劑、電解質混合製成，優選由二氧化錳或氧化銀與膠粘劑、電解質混合製成。
[0025]本實用新型所述的電解質為酸、鹼或鹽類化合物。所述電解質為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，皆可用於實施本實用新型。
[0026]所述隔離層的面積大於正極層及負極層。所述隔離層將正負極分隔在不同的平面，防止正負極電極部分短路。
[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，進一步優選為 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。本實用新型採用鋅箔、鋁箔、銅箔、鎳箔或鉛箔等金屬薄膜直接作為負極材料，利於製作工藝的簡化。
[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，進一步優選為 0.025 ?0.075mm,更優選為 0.03 ?0.06mm。
[0032]所述薄型儲能裝置的總厚度為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，優選為 0.4 ?0.8mm,進一步優選為 0.5 ?
0.7mm η
[0033]所述薄型儲能裝置的面積為0.1cm2?Im2,例如可選擇0.1lcm2?0.95m2,
1.5cm2 ?0.8m2, 20cm2 ?0.3m2, 50cm2 ?300cm2, IOOcm2 等，進一步優選為 I ?100cm2。
[0034]所述薄型儲能裝置的形狀為矩形、圓形、三角形或不規則形狀。本領域技術人員可根據實際情況進行選擇。
[0035]所述薄型儲能裝置設置有正負電極；所述薄型儲能裝置的正負電極可以處於同一個面，也可以處於正反二面。
[0036]所述正負電極在正極層和負極層對應的區域開口設置電極孔。薄型儲能裝置正負電極的位置可根據需要變化，原則上講，可以是任何位置。可以在裝置中間、兩端或對角，也可將電極從儲能裝置引出，電極孔位置可在薄型儲能裝置的任何地方。
[0037]所述電極孔的形狀優選為圓形、方形、三角形或者不規則形狀。
[0038]所述電極孔的大小優選為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，進一步優選為 0.1 ?0.5cm2。
[0039]正負電極也可以在正極層和負極層對應的區域通過導線引出。
[0040]本實用新型所述薄層儲能裝置正負電極的位置和形狀的可變性，主要是由儲能裝置的層狀結構決定的。儲能裝置中各層材料通過疊加進行，各層材料的位置可以根據具體的使用情況進行變化，通過疊加位置的改變來改變正負極的位置。電極孔形狀可以根據具體的使用情況預先進行設置。
[0041]本實用新型所述薄型儲能裝置的製作工藝，所述工藝包括以下步驟:
[0042]I)將導電材料通過印刷或塗布方法置於作為下封裝層的阻隔性薄膜材料上，經過乾燥後形成集電極層；
[0043]2)將具有氧化性的無機活性漿料通過印刷或塗布方法置於集電極層上，形成正極層；
[0044]3)將隔離層材料置於正極層上方，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於隔離層上，形成負極層；將上述已組裝的部分與上封裝層的阻隔性薄膜材料進行對位貼合；可選地，對位貼合後進行熱封處理。
[0046]所述阻隔性薄膜材料為壓敏膠薄膜時，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行粘貼，然後再與已組裝的部分進行對位貼合。
[0047]與已有技術方案相比，本實用新型具有以下有益效果:
[0048]1、無內壓的薄膜平面儲能層狀結構，具有輕薄、柔軟、可彎曲的特點；
[0049]2、負極採用商業上易獲得的廉價金屬活性薄膜類材料，如鋅箔、鋁箔等活性金屬箔；
[0050]3、薄型儲能裝置的電極和隔離層處於同一軸心，利於與耗能裝置連接和提升能量轉換效率。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0051]圖1是本實用新型所述薄型儲能裝置的結構示意圖；
[0052]圖2是所述薄型儲能裝置的俯視圖；
[0053]圖3是所述薄型儲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_負極層；6_上封裝層；7-正極電極孔；8_負極電極孔。
[0055]下面對本實用新型進一步詳細說明。但下述的實例僅僅是本實用新型的簡易例子，並不代表或限制本實用新型的權利保護範圍，本實用新型的保護範圍以權利要求書為準。
【具體實施方式】
[0056]下面結合附圖並通過【具體實施方式】來進一步說明本實用新型的技術方案。
[0057]為更好地說明本實用新型，便於理解本實用新型的技術方案，本實用新型的典型但非限制性的實施例如下:
[0058]如圖1所示，一種薄型儲能裝置，所述薄型儲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為導電材料層；
[0061]所述正極層3為具有氧化性的無機活性漿料層；
[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]所述導電材料層為石墨層、碳納米管層、石墨烯層、炭黑層、導電高分子材料層或銀漿層。
[0066]所述隔離層4的面積大於正極層3及負極層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]所述薄型儲能裝置的總厚度為0.1?1mm。
[0069]所述薄型儲能裝置的面積為0.1cm2?lm2。
[0070]所述薄型儲能裝置的形狀為矩形、圓形、三角形或不規則形狀。
[0071]所述薄型儲能裝置設置有正負電極；
[0072]所述正負電極在正極層和負極層對應的區域開口設置電極孔；所述電極孔的形狀為圓形、方形、三角形或者不規則形狀；所述電極孔的大小為0.01?Icm2 ；[0073]或，所述正負電極在正極層和負極層對應的區域通過導線引出。
[0074]一種如上所述薄型儲能裝置的製作工藝，所述工藝包括以下步驟:
[0075]I)將導電材料通過印刷或塗布方法置於作為下封裝層I的阻隔性薄膜材料上，經過乾燥後形成集電極層2;
[0076]2)將具有氧化性的無機活性漿料通過印刷或塗布方法置於集電極層2上，形成正極層3;
[0077]3)將隔離層材料置於正極層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於隔離層4上，形成負極層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行對位貼合；可選地，對位貼合後進行熱封處理。
[0079]所述阻隔性薄膜材料為壓敏膠薄膜時，將具有還原性的金屬薄膜材料先與作為上封裝層6的壓敏膠薄膜進行粘貼，然後再與已組裝的部分進行對位貼合。
[0080]如圖3示出了示出了電極孔在薄型儲能裝置上4種不同的位置。
[0081]實施例1
[0082]將導電碳漿漿料印刷於封裝層並乾燥製作集電極層；將二氧化錳、膠粘劑以及KCl電解質混合製作正極層材料；隔離層材料使用PP塑料膜；將負極鋅箔材料粘貼於PI壓敏膠薄膜，再將其與其餘部分對位貼合。
[0083]實施例2
[0084]將導電碳漿漿料印刷於封裝層並乾燥製作集電極層；將氫氧化鎳、膠粘劑以及KOH電解質混合製作正極層材料；隔離層材料使用PP塑料膜；將負極銅箔材料粘貼於PE壓敏膠薄膜，再將其與其餘部分對位貼合。
[0085]實施例3
[0086]將導電碳漿漿料印刷於封裝層並乾燥製作集電極層；將二氧化錳、膠粘劑以及ZnCl2電解質混合製作正極層材料；隔離層材料使用特種紙；將負極鋅箔材料粘貼於PET壓敏膠薄膜，再將其與其餘部分對位貼合。
[0087]實施例4
[0088]將銀漿印刷於封裝層並乾燥製作集電極層；將氧化銀、膠粘劑以及NH4Cl電解質混合製作正極層材料；隔離層材料使用PP塑料膜；負極層材料選用鋅箔材料，將PET熱封膜與已組裝的部分對位貼合、熱封。
[0089]本實用新型使用金屬箔片(鋅箔、鋁箔、銅箔、鎳箔或鉛箔等)製作薄型儲能裝置，相比使用金屬粉末、金屬顆粒或者導電金屬油墨的現有儲能裝置，其電容量和單位面積容量均有提聞。
[0090]將本實用新型實施例3製作的薄型儲能裝置與根據FI20070584提供的方法製作的選定尺寸的電池進行比較，結果如表I所示:
[0091]表I本實用新型薄型儲能裝置與FI20070584儲能裝置的比較
[0092]
【權利要求】
1.一種薄型儲能裝置，其特徵在於，所述薄型儲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)為導電材料層； 所述正極層(3)為具有氧化性的無機活性漿料層； 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； 所述負極層(5)為具有還原性的金屬薄膜層。
2.如權利要求1所述的薄型儲能裝置，其特徵在於，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.如權利要求1所述的薄型儲能裝置，其特徵在於，所述導電材料層為石墨層、碳納米管層、石墨烯層、炭黑層、導電高分子材料層或銀漿層。
4.如權利要求1所述的薄型儲能裝置，其特徵在於，所述隔離層(4)的面積大於正極層(3)及負極層(5);所述隔離層(4)的厚度為0.025?0.1mm。
5.如權利要求1所述的薄型儲能裝置，其特徵在於，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.如權利要求1所述的薄型儲能裝置，其特徵在於，所述薄型儲能裝置的總厚度為0.1 ?Imm0
7.如權利要求1所述的薄型儲能裝置，其特徵在於，所述薄型儲能裝置的面積為0.1cm2 ?Im2。
8.如權利要求1所述的薄型儲能裝置，其特徵在於，所述薄型儲能裝置的形狀為矩形、圓形、三角形或不規則形狀。
9.如權利要求1所述的薄型儲能裝置，其特徵在於，所述薄型儲能裝置設置有正負電極； 所述正負電極在正極層和負極層對應的區域開口設置電極孔；所述電極孔的形狀為圓形、方形、三角形或者不規則形狀；所述電極孔的大小為0.01?Icm2 ； 或，所述正負電極在正極層和負極層對應的區域通過導線引出。
【文檔編號】H01M6/02GK203746968SQ201420126486
【公開日】2014年7月30日 申請日期:2014年3月20日 優先權日:2014年3月20日
【發明者】張霞昌, 李守軍, 王軍 申請人:崑山恩福賽印刷電子有限公司