一种薄膜锂电池及其制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种薄膜锂电池，包括保护壳和衬底，所述保护壳内设置有正极、负极和电解液，所述衬底为柔性材料衬底，所述柔性材料衬底上溅射有二氧化钛界面层；与现有技术相比，本发明的有益效果是：将柔性材料作为衬底材料，使得电池不但具有薄膜电池的优点之外，还能使他具有可弯曲的特性，不但可以用在微型设备中，也可以用在常规的产品中。同时又回避了常规锂离子电池的漏液，活性物质比例不高等问题，大大的提高了电池的可靠性。薄膜锂离子电池中增加了二氧化钛界面层，能够有效的降低电池的界面图层之间的应力，能更好的发挥其电学性能。
【专利说明】一种薄膜锂电池及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及薄膜锂电池【技术领域】，特别是涉及一种应用柔性复合材料作为衬底的薄膜锂电池及其制备方法。
【背景技术】
[0002]随着电子工业的发展，目前很多微电子设备需要可集成低电流输出的微型电源，比如:微型移植医学设备(心律调节器、神经刺激器及药剂输送系统)、基于CMOS的集成电路、银行防盗跟踪系统、电子防盗保护、微型气体传感器、微型库仑计、智能安全卡、平坦曲线无线资产跟踪标识、电子记录跟踪系统以及任何需要超薄、轻便、高能量电源的微型设备。薄膜二次锂离子电池是锂离子电池发展的最新领域，其厚度可达毫米甚至微米级。它除了有重量轻、容量 密度高、寿命长、抗震、耐冲撞和体积小外，还有以下优点:
[0003](I)可根据产品的要求设计任何形状；
[0004](2)可组装在不同材料的基底上；
[0005](3)可用标准的沉积条件实现薄膜电池的制备；
[0006](4)没有固液接触界面，减小了固液界面电阻；
[0007](5)安全系数高，电池工作时没有气体产物。上述优点使它成为微电子器件的理相由源.
[0008](6)薄膜电池还具有非常高的倍率，可以达到50之多。
[0009]薄膜锂离子电池和常规电池最重要的区别是采用真正的固态电解液，这不但减少了电池中气体的产生而且还解决了常规锂电池的厚度问题，可以用在超薄的电池上来，有着常规锂离子电池难以相比的优势。目前有两种微型锂电池能满足上述要求:第一种是以高聚物电解质组装的薄膜锂电池；第二种是全固态无机薄膜锂电池。现有薄膜离子电池主要的衬底是硅衬底和不锈钢衬底，其主要的缺点在于不可弯曲，无法制备成可弯曲的电池薄膜。
【发明内容】
[0010]本发明的目的是针对现有技术中存在的技术缺陷，而提供一种用柔性材料作为衬底的薄膜锂电池及其制备方法。
[0011]为实现本发明的目的所采用的技术方案是:一种薄膜锂电池，其特征在于包括保护壳和衬底，所述保护壳内设置有正极、负极和电解液，所述衬底为柔性材料衬底。
[0012]所述柔性材料衬底为聚对苯二甲酸乙二醇酯制成的柔性衬底。
[0013]优选的,所述柔性材料的衬底厚度为0.5mm,长度在1mm。
[0014]所述柔性材料衬底上溅射有二氧化钛界面层，溅射二氧化钛的主要目的是为了起到缓冲层的作用，可以降低薄膜电池中产生的应力。
[0015]所述二氧化钛界面层的厚度范围为200nm-500nm。
[0016]上述一种薄膜锂电池的制备方法，其特征在于依次进行以下步骤:[0017](I)准备柔性材料作为衬底，在真空室中通过直流溅射技术用钛靶在氧气的作用下将其涂覆到柔性板的衬底上，溅射形成二氧化钛界面层。
[0018](2)在二氧化钛界面层上分成两个部分，分别涂覆上正极集流体和负极集流体，即Cu膜和Al膜；
[0019](3)在Al膜之上，依次镀上正极材料和固体电解液；
[0020](4)在电解液镀上负极，使之连接到负极集流体Cu膜之上；
[0021](5)最后涂上外部的保护层，并从正极和负极上引出微极耳以便和外界进行信号的输入和输出。
[0022]所述步骤(1)中所述的柔性材料为聚对苯二甲酸乙二醇酯。.[0023]所述二氧化钛界面层的厚度范围为200nm_500nm。
[0024]所述步骤(3)中所述的正极材料包括LiCo02、NCM和NCA。
[0025]与现有技术相比，本发明的有益效果是:
[0026](I)将柔性材料作为衬底材料，使得电池不但具有薄膜电池的优点之外，还能使他具有可弯曲的特性，不但可以用在微型设备中，也可以用在常规的产品中。同时又回避了常规锂离子电池的漏液，活性物质比例不高等问题，大大的提高了电池的可靠性；
[0027](2)薄膜锂离子电池中增加了二氧化钛界面层，能够有效的降低电池的界面图层之间的应力，能更好的发挥其电学性能。
【专利附图】
【附图说明】
[0028]图1所示为本发明薄膜锂离子电池的剖面结构图。
【具体实施方式】
[0029]以下结合具体实施例对本发明作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0030]实施例:
[0031]如图1所示为一种薄膜锂电池，包括保护壳和衬底，所述保护壳内设置有正极、负极和电解液，所述衬底为柔性材料衬底。
[0032]所述柔性材料衬底为聚对苯二甲酸乙二醇酯制成的柔性衬底。
[0033]所述柔性材料衬底上溅射有二氧化钛界面层，溅射二氧化钛的主要目的是为了起到缓冲层的作用，可以降低薄膜电池中产生的应力。
[0034]所述二氧化钛界面层的厚度范围为200nm_500nm。
[0035]上述一种薄膜锂电池的制备方法，其特征在于依次进行以下步骤:
[0036](I)准备柔性材料作为衬底，在真空室中通过直流溅射技术用钛靶在氧气的作用下将其涂覆到柔性板的衬底上，溅射形成二氧化钛界面层。
[0037](2)在二氧化钛界面层上分成两个部分，分别涂覆上正极集流体和负极集流体，即Cu膜和Al膜；
[0038](3)在Al膜之上，依次镀上正极材料和固体的电解液；
[0039](4)在电解液镀上负极，使之连接到负极集流体Cu膜之上；
·[0040](5)最后涂上外部的保护层，并从正极和负极上引出微极耳以便和外界进行信号的输入和输出。
[0041]优选的，所述步骤(I)中所述的柔性材料为聚对苯二甲酸乙二醇酯。这种薄膜的特点包括:
[0042]1.具有良好的力学性能，冲击强度是其他薄膜的3-5倍，耐折性好；
[0043]2.耐油、耐脂肪、耐烯酸、稀碱，耐大多数溶剂；
[0044]3.具有优良的耐高、低温性能，可在120°C温度范围内长期使用，短期使用可耐150°C高温，可耐_70°C低温，且高、低温时对其机械性能影响很小；
[0045]4.气体和水蒸气渗透率低，既有优良的阻气、水、油及异味性能；
[0046]5.透明度高，可阻挡紫外线，光泽性好。
[0047]优选的，所述二氧化钛界面层的厚度范围为200nm_500nm。
[0048]优选的，所述步骤(3)中所述的正极材料包括LiCo02、NCM和NCA。
[0049]关于薄膜锂离子电池的规格尺寸，正极和负极的厚度在500nm-1000nm之间为最佳，固体电解质的厚度在2000nm左右为最佳,保护层的厚度以大于IOOOnm为最佳。
[0050]其中，柔性材料衬底的厚度不能过大，但是需要有一定的长度；否则会对电池弯曲造成一定的影响。经过试验证明，柔性材料的衬底厚度为0.5mm为最佳；柔性材料的衬底长度在Imm为最佳，因为Imm单元的距离内作出若干个单元，根据实际的情况进行串联和并联，以达到需要的总容量。
[0051]综上，本发明将柔性材料作为衬底材料，使得电池不但具有薄膜电池的优点之外，还能使他具有可弯曲的特性，不但可以用在微型设备中，也可以用在常规的产品中。同时又回避了常规锂离子电池的漏液，活性物质比例不高等问题，大大的提高了电池的可靠性。另夕卜，薄膜锂离子电池中增加了二氧化钛界面层，能够有效的降低电池的界面图层之间的应力，能更好的发挥其电学性能。
[0052]以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，对于本【技术领域】的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
【权利要求】
1.一种薄膜锂电池，其特征在于:包括保护壳和衬底，所述保护壳内设置有正极、负极和电解液，所述衬底为柔性材料衬底。
2.根据权利要求1所述的一种薄膜锂电池，其特征在于所述柔性材料衬底为聚对苯二甲酸乙二醇酯制成的柔性衬底。
3.根据权利要求1所述的一种薄膜锂电池，其特征在于所述柔性材料的衬底厚度为0.5mm,长度在 Imnin
4.根据权利要求1所述的一种薄膜锂电池，其特征在于所述柔性材料衬底上溅射有二氧化钛界面层。
5.根据权利要求4所述的一种薄膜锂电池，其特征在于所述二氧化钛界面层的厚度范围为 200nm-500nm。
6.上述权利要求1-5之一所述的一种薄膜锂电池的制备方法，其特征在于依次进行以下步骤: (1)准备柔性材料作为衬底，在真空室中通过直流溅射技术用钛靶在氧气的作用下将其涂覆到柔性板的衬底上，溅射形成二氧化钛界面层。 (2)在二氧化钛界面层上分成两个部分，分别涂覆上正极集流体和负极集流体，即Cu膜和Al膜； (3)在Al膜之上，依次镀上正极材料和固体电解液； (4)在电解液镀上负极，使之连接到负极集流体Cu膜之上； (5)最后涂上外部的保护层，并从正极和负极上引出微极耳以便和外界进行信号的输入和输出。
7.根据权利要求6所述的一种薄膜锂电池的制备方法，其特征在于所述步骤(I)中所述的柔性材料为聚对苯二甲酸乙二醇酯。
8.根据权利要求6所述的一种薄膜锂电池的制备方法，其特征在于所述柔性材料的衬底厚度为0.5mm,长度在1mm。
9.根据权利要求6所述的一种薄膜锂电池的制备方法，其特征在于所述二氧化钛界面层的厚度范围为200nm-500nm。
10.根据权利要求6所述的一种薄膜锂电池的制备方法，其特征在于所述步骤(3)中所述的正极材料包括LiCo02、NCM和NCA。
【文档编号】H01M2/10GK103682419SQ201310755086
【公开日】2014年3月26日 申请日期:2013年12月30日 优先权日:2013年12月30日
【发明者】王俊明, 阳晓霞, 冯辉, 陈欣 申请人:天津力神电池股份有限公司