專利名稱：一種高效率、低成本超薄柔性電池設(shè)計和制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及印刷涂布技術(shù)和超薄柔性電池技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種應(yīng)用絲網(wǎng)印刷技術(shù)批量生產(chǎn)的高效率低成本超薄柔性電池設(shè)計和制造方法。
背景技術(shù)：
絲網(wǎng)印刷是將絲織物、合成纖維織物或金屬絲網(wǎng)繃在網(wǎng)框上，采用手工刻漆膜或光化學(xué)制版的方法制作絲網(wǎng)印版。印刷時通過刮板的擠壓，使油墨通過圖文部分的網(wǎng)孔轉(zhuǎn)移到承印物上，形成與原稿一樣的圖文?，F(xiàn)代絲網(wǎng)印刷技術(shù)，則是利用感光材料通過照相制版的方法制作絲網(wǎng)印版(使絲網(wǎng)印版上圖文部分的絲網(wǎng)孔為通孔，而非圖文部分的絲網(wǎng)孔被堵住)。絲網(wǎng)印刷設(shè)備簡單、操作方便，印刷、制版簡易且成本低廉，適應(yīng)性強(qiáng)。超薄柔性電池，是用絕緣柔性基體(如紙張，布，塑料等)作為載體的電池，由銀、 碳等納米線或鋅、二氧化錳等材料制成的特殊墨水，涂在柔性基體上，制成“超薄柔性電池”，成為輕型、高效的新型儲能裝置。新興出現(xiàn)的薄型柔性電池，已經(jīng)在全球受到關(guān)注， 2006年全球兩家公司開發(fā)出了紙質(zhì)電池以色列Power Paper公司采用一面鍍鋅、另一面鍍二氧化錳的薄層紙作為傳導(dǎo)體和隔離器制得厚度不到0. 7mm的紙電池；芬蘭的Enfucell 公司采用同樣的材料也制成了超薄柔性電池。Power Paper已于2007年成功的將其產(chǎn)品推向市場，而Enfucell公司也于2009年有相關(guān)產(chǎn)品面市。近期，美國加州斯坦福大學(xué)用碳納米管、銀納米線等材料制成可循環(huán)使用的超薄柔性電池，制作方法簡單易行，并且其功效是鋰電池的10倍。但還未能形成商業(yè)化的產(chǎn)品。隨著微電子市場的逐漸推廣，已經(jīng)在微型標(biāo)簽顯示器、智能卡、音樂賀卡、電子報紙、RFID標(biāo)簽以及小功率移動設(shè)備供電系統(tǒng)的找到立足之地，并且隨著RFID技術(shù)的迅速發(fā)展，這種超薄柔性電池在未來的潛在市場有望達(dá)到幾十億美元。
發(fā)明內(nèi)容
針對背景技術(shù)中的問題，本發(fā)明目的在于提供一種低成本、高效率制造超薄柔性電池的技術(shù)方法，采用絲網(wǎng)印刷技術(shù)將電池的兩極分別按照所設(shè)計的尺寸大小，印刷在柔性襯底的兩側(cè)上，接下來將印刷電極的襯底切割成所需的單個電池單元，然后在每個電池單元的兩側(cè)分別接上鉬或鈦等金屬良導(dǎo)體薄片作為集電極，最后利用過塑機(jī)進(jìn)行封裝，并露出金屬電極，以方便外接負(fù)載。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供以下技術(shù)方案一種高效率、低成本超薄柔性電池設(shè)計和制造方法，由底層至上層依次為集電極層、Zn電極層、漿層紙和MnA電極層，其具體步驟如下A)首先將漿層紙浸潤于質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%左右的&1(12或1^4(1溶液中，壓平烘干；B)利用絲網(wǎng)印刷技術(shù)將負(fù)極材料壓印在柔性襯底上，制版后，將正極材料通過刮板的擠壓，使?jié){料通過圖文部分的網(wǎng)孔轉(zhuǎn)移到漿層紙上；C)待漿層紙烘干整平后，將正極材料通過刮板的擠壓，使?jié){料通過圖文部分的網(wǎng)孔轉(zhuǎn)移到漿層紙另一面上，正好對應(yīng)于正極材料；D)按設(shè)計尺寸通過縱向和橫向切割步驟來切層以形成產(chǎn)品，其中漿層紙層具有比印刷電極材料大的面積；E)分別將正負(fù)極層連接化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定并且不與電極材料以及電解質(zhì)反應(yīng)的金屬材料作為集電極。作為本發(fā)明的優(yōu)選方案，所述步驟A中，電解質(zhì)溶液主要成分為ZnCl2或NH4Cl,待烘干壓平后分別印刷正負(fù)極材料。作為本發(fā)明的優(yōu)選方案，所述步驟B中，負(fù)極材料由Si粉以及具有添加劑的電解質(zhì)溶液的混合漿料組成，添加劑為聚四氟乙烯，以便將電極顆粒粘合到漿料中。作為本發(fā)明的優(yōu)選方案，所述步驟C中，正極材料由Y-MnO2粉末以及具有添加劑的電解質(zhì)溶液的混合漿料組成，所述添加劑為聚四氟乙烯和炭黑或碳納米管或其他非活性的導(dǎo)電物質(zhì)。作為本發(fā)明的優(yōu)選方案，所述步驟E中，集電極材料選擇鉬金箔。本發(fā)明所帶來的有益效果是使用本發(fā)明所述設(shè)計和制造方法生產(chǎn)的產(chǎn)品具有成本低、超輕薄、持續(xù)穩(wěn)定、耐久性高以及性能優(yōu)異等優(yōu)點(diǎn)，并且，可實(shí)現(xiàn)大批量、無污染、易產(chǎn)業(yè)化等優(yōu)越的生產(chǎn)方案，即超薄柔性電池的高效、清潔制造。
圖1是本發(fā)明的超薄柔性電池單元結(jié)構(gòu)原理示意圖；圖2是本發(fā)明的電池單元的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)示意圖。圖中標(biāo)號為1-正電極層2-隔離層3-負(fù)電極層
具體實(shí)施例方式
下面對本發(fā)明的較佳實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)闡述，以使本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和特征能更易于被本領(lǐng)域技術(shù)人員理解，從而對本發(fā)明的保護(hù)范圍做出更為清楚明確的界定。如圖1、圖2所示的一種高效率、低成本超薄柔性電池設(shè)計和制造方法，具體實(shí)施方式
為1、電池單元結(jié)構(gòu)設(shè)計在超薄柔性襯底上設(shè)計電池單元的基本結(jié)構(gòu)，如圖1所示。正電極層1、負(fù)電極層 3是分別為可以發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的活性電極層，在電解質(zhì)的作用下，發(fā)生氧化還原反應(yīng)進(jìn)而產(chǎn)生電子的轉(zhuǎn)移。采用絲網(wǎng)印刷技術(shù)降低成本，提高涂覆均勻度，進(jìn)而增加活性物質(zhì)的轉(zhuǎn)化效率。2、電池單元的制備網(wǎng)版制作是整個絲網(wǎng)印刷的核心，根據(jù)電池所需尺寸的設(shè)計要求，在網(wǎng)版上制作周期為60mm*60mm的小方塊，四周間隔都為20mm，也可根據(jù)用戶要求制作。隔離層2 采用電池行業(yè)常用的漿層紙浸潤質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%的&1C12電解質(zhì)溶液后，作為隔離層。負(fù)電極層3的漿料采用顆粒度在納米級的鋅粉以及混入少量的&1C12，優(yōu)選地ZnC12含量為負(fù)極材料總量的10%，然后在滴入劑量為的PTFE，攪拌使其混合均勻后密封保存，待用。正電極層1的漿料采用顆粒度在納米級的二氧化錳粉、炭黑以及混入少量的 &1C12，優(yōu)選地ZnC12含量為負(fù)極材料總量的10%，炭黑為負(fù)極材料的0. 8%，然后在滴入劑量為1 %的PTFE，攪拌使其混合均勻后密封保存，待用。利用絲網(wǎng)印刷技術(shù)分別將正負(fù)電極印刷在隔離層的兩側(cè)，分別與兩電極接上集電極封裝后即可使用。以上所述，僅為本發(fā)明的具體實(shí)施方式
，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明所揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可不經(jīng)過創(chuàng)造性勞動想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)該以權(quán)利要求書所限定的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種高效率、低成本超薄柔性電池設(shè)計和制造方法，由底層至上層依次為集電極層、 Zn電極層、漿層紙和MnA電極層，其特征在于，具體步驟如下A)首先將漿層紙浸潤于質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%左右的ZnCl2或NH4Cl溶液中，壓平烘干；B)利用絲網(wǎng)印刷技術(shù)將負(fù)極材料壓印在柔性襯底上，制版后，將正極材料通過刮板的擠壓，使?jié){料通過圖文部分的網(wǎng)孔轉(zhuǎn)移到漿層紙上；C)待漿層紙烘干整平后，將正極材料通過刮板的擠壓，使?jié){料通過圖文部分的網(wǎng)孔轉(zhuǎn)移到漿層紙另一面上，正好對應(yīng)于正極材料；D)按設(shè)計尺寸通過縱向和橫向切割步驟來切層以形成產(chǎn)品，其中漿層紙層具有比印刷電極材料大的面積；E)分別將正負(fù)極層連接化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定并且不與電極材料以及電解質(zhì)反應(yīng)的金屬材料作為集電極。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高效率、低成本超薄柔性電池設(shè)計和制造方法，其特征在于，所述步驟A中，電解質(zhì)溶液主要成分為SiCl2或NH4Cl,待烘干壓平后分別印刷正負(fù)極材料。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高效率、低成本超薄柔性電池設(shè)計和制造方法，其特征在于，所述步驟B中，負(fù)極材料由Si粉以及具有添加劑的電解質(zhì)溶液的混合漿料組成，添加劑為聚四氟乙烯，以便將電極顆粒粘合到漿料中。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高效率、低成本超薄柔性電池設(shè)計和制造方法，其特征在于，所述步驟C中，正極材料由Y-MnO2粉末以及具有添加劑的電解質(zhì)溶液的混合漿料組成，所述添加劑為聚四氟乙烯和炭黑或碳納米管或其他非活性的導(dǎo)電物質(zhì)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高效率、低成本超薄柔性電池設(shè)計和制造方法，其特征在于，所述步驟E中，集電極材料選擇鉬金箔。
全文摘要
本發(fā)明提供一種高效率、低成本超薄柔性電池設(shè)計和制造方法，由底層至上層依次為集電極層、Zn電極層、漿層紙和MnO2電極層，具體步驟為A)首先將漿層紙浸潤于質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30％左右的ZnCl2或NH4Cl溶液中；B)利用絲網(wǎng)印刷技術(shù)將負(fù)極材料壓印在柔性襯底上，制版后將正極材料通過刮板的擠壓，使?jié){料通過圖文部分的網(wǎng)孔轉(zhuǎn)移到漿層紙上；C)待漿層紙烘干整平后將正極材料通過刮板的擠壓；D)按設(shè)計尺寸通過縱向和橫向切割步驟來切層以形成產(chǎn)品；E)分別將正負(fù)極層連接化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定并且不與電極材料以及電解質(zhì)反應(yīng)的金屬材料作為集電極。本發(fā)明所述方法生產(chǎn)的產(chǎn)品成本低、超輕薄、持續(xù)穩(wěn)定、耐久性高，可實(shí)現(xiàn)大批量生產(chǎn)并且無污染。
文檔編號H01M6/12GK102201580SQ20111008325
公開日2011年9月28日 申請日期2011年4月2日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月2日
發(fā)明者周明 申請人:周明