专利名称：一种储能装置、储能装置的封装结构及其制造方法
技术领域：
本发明涉及一种储能装置及其封装结构，特别涉及一种具有一电镀金属层的封装结构和含有此封装结构的储能装置，以及其制造方法。
背景技术：
铝箔包自使用以来，在我们的生活中屡见不鲜，更是不可或缺的物品，从食品包装至工业用品，由于其价格低廉、原料取得容易，被消费大众广泛欢迎。铝金属具有较低的活性，不易与外界物质产生复杂反应，而其与空气生成的氧化铝层更是坚韧且抗蚀性特强，适合用于工业地区以及市郊地区的架设，加上铝金属导电性优，在等效电阻比较下，铝的截面积虽然为铜的1.6倍，但其重量仅约铜的一半，相当适合应用于电子产品中，因此，使用铝做为电子用品或是包装材料，无论其延展性或是成本，皆具有相当大的竞争力。
锂离子二次电池自1990年2月由Sony Energy Tech.首次推出以来，在型式上有多种不同的变化，由最初的圆筒形到后来的方形电池，随着电子、信息以及通讯等产品朝向更轻、薄、短、小等实用设计迈进，开发体积更小、重量更轻、能量密度更高，具环保、经济、安全性的锂离子二次电池，是刻不容缓的事情。
现有技术锂离子二次电池的制备方式，先将导电材料，如铝箔、铜箔涂布正负极活性物质以制备正负极板，再将上述正负极板用隔离膜加以隔离，放置于铝箔包或是不锈钢罐中，并将传统电解液灌入容器内，最后再进行热压封装即可成为锂离子电池。
然而，不锈钢罐重量以及体积皆大且不易封口，使得外观缺乏变化，难以使电池达到真正的薄形化，由于金属罐使用不易，因此，后来发展出铝箔压膜的锂电池封装方式，虽然其机械强度不如不锈钢罐，但就重量、体积相比之下，铝箔包装优于金属罐，可是，一般铝箔包是由压延铝制作而成，虽然其延展性相当好，但其外壳的厚度几乎占据电池厚度的一半，就可挠曲性及厚度的考虑下，仍有缺陷。
发明内容
本发明的主要目的在于，提供一种储能装置、储能装置的封装结构及其制造方法，为利用电镀金属复合高分子材料作为外层封装材料，应用于薄型化的储电组件中，具有较一般压延铝箔复合高分子材料更高的可挠曲性，还具有重量减轻以及厚度变薄等优点，可将减少下来的厚度增加至正负极板的厚度，以提升电池电容量，以解决现有技术所存在的问题。
因此，为实现上述目的，本发明所揭露的一种储能装置的封装结构及其制造方法，至少包含有三层结构第一高分子层、第一金属层以及第二高分子层。
首先，提供一第一高分子层，所采用的高分子如聚对苯二甲酸乙二酯(PET)、无延伸型聚丙烯(CPP)等材料做为基材，接着，经由电镀程序把第一金属层电镀于第一高分子层的一侧，最后，附着一第二高分子层于第一金属层上。
另一方面，本发明的一种储能装置及其制造方法，将正极极板、负极极板以及隔离膜等电池核心组件置入两片电镀金属封装材内，隔离膜位于正极极板以及负极极板之间，且正极极板具有一正极端子，负极极板具有一负极端子，接着再放入电化学反应物质分布于二片封装结构之中，最后通过一压合方式，将二片封装结构压合密封，此两片封装结构各自可为三层或是五层结构，且其中的高分子材料以及金属层材料可为相同或是不同。
本发明的另一种储能装置及其制造方法，首先形成一正极极板，此正极极板具有一正极端子，形成一负极极板，此负极极板具有一负极端子，接着，形成一隔离膜于正极极板以及负极极板之间，之后，形成一片含有一电镀金属层的封装结构，将此片封装结构弯折形成一容置区域，于容置区域中放置正极极板、负极极板和隔离膜，并灌入电化学反应物质分布于容置区域中，最后，将封装结构压合密封，即形成电镀金属复合高分子薄型储电组件。
其中含有一电镀金属层的封装结构，至少包含有三层结构，即一第一高分子层、一第一金属层电镀于第一高分子层上，以及一第二高分子层附着于第一金属层上。
本发明的储电组件具有较一般压延铝箔复合高分子材料更高的可挠曲性，利用高分子做为基材，再将此基材利用电镀方式将金属镀至其上，使此封装结构拥有较高的耐水、耐透气的性能，于市场上更具竞争力，相当适合用于未来多元化的电子产品。
以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。
图1A为本发明储能装置的三层封装结构示意图；图1B为本发明储能装置的五层封装结构示意图；图2为具有两片封装结构的储能装置的侧面剖视图；图3为具有一片封装结构的储能装置的内部构造分解图；图4为第一实施例的储能装置的充放电测试图；图5为第一实施例的储能装置的放电速率测试图；图6为第一实施例的储能装置的循环测试寿命图；图7为第二实施例的储能装置的充放电测试图；图8为第二实施例的储能装置的循环测试寿命图；图9为第三实施例的储能装置的充放电测试图；图10为第三实施例的储能装置的循环测试寿命图。
主要组件符号说明110 第一高分子层 120 第一金属层130 第二高分子层 140 第一黏合层150 第二金属层 160 第三高分子层170 第二黏合层 210 第一封装结构220 正极极板 222 正极端子230 隔离膜 240 负极极板242 负极端子 250 第二封装结构300 封装结构具体实施方式
为使对本发明的目的、构造、特征、及其功能有进一步的了解，配合实施例详细说明如下。以上的关于本发明内容的说明及以下的实施方式的说明用以示范与解释本发明的原理，并且提供本发明的专利申请范围更进一步的解释。
请参考图1A，为本发明的储能装置的封装结构示意图，可应用于二次电池、燃料电池以及电容器的外包装壳体，整体结构的厚度范围介于10μm至50μm之间，至少包含有一第一高分子层110、一第一金属层120以及一第二高分子层130，其中，第一金属层120是通过一电镀方式电镀于第一高分子层110的一侧，之后，才将第二高分子层130附着于第一金属层120上，倘若，第二高分子层130无法附着于第一金属层120上，可通过一第一黏合层140以使得第二高分子层130能够与第一金属层120黏合，此第一黏合层140为一干式贴合剂。
第一高分子层110以及第二高分子层130的材质可为聚对苯二甲酸乙二酯(PET)、无延伸型聚丙烯(CPP)以及双向延伸聚丙烯(OPP)当中之一，而第一高分子层110以及第二高分子层130可选择相同或是不同的材质制成。
第一金属层120，其材质可为铝、铜、银、金、镍及锌当中之一，将此第一金属层120电镀于第一高分子层110上的厚度范围介于6μm至12μm之间。
再请参照图1B，为本发明的储能装置的另一封装结构示意图，如图所示，此封装结构除了包含有基本的第一高分子层110、第一金属层120以及第二高分子层130之外，还可包含有一第二金属层150以及一第三高分子层160，当中第二金属层150通过一电镀方式电镀于第一高分子层110的另一侧，而第三高分子层160则附着于第二金属层150上，若第三高分子层160无法附着于第二金属层150上，便可通过一第二黏合层170以将第三高分子层160与第二金属层150黏合，此第二黏合层170可为干式贴合剂。
第三高分子层160，其材质可选自聚对苯二甲酸乙二酯(PET)、无延伸型聚丙烯(CPP)及双向延伸聚丙烯(OPP)当中之一，而第三高分子层160、第一高分子层110以及第二高分子层130，三者的材质可为相同也可为不同。
第二金属层150，其材质可为铝、铜、银、金、镍及锌当中之一，将此第二金属层150电镀于第一高分子层110的另一侧，即与第一金属层120相反的另一边，其电镀的厚度范围介于6μm至12μm之间。
请参阅图2，为本发明的储能装置的结构示意图，可为二次电池、燃料电池或是电容器，为利用电镀金属层的封装结构作为外包装壳体，包含有一第一封装结构210、一正极极板220、一隔离膜230、一负极极板240以及一第二封装结构250。
于形成第一封装结构210之后，形成正极极板220于第一封装结构210上，其中，正极极板220具有一正极端子222，此正极端子222可为正极极板220的延伸端子，也可为一金属片，如不锈钢片或是镍片等等，通过点焊或黏贴方式与正极极板220连接，作为导电柄，接着，形成第二封装结构250，以及形成负极极板240于第二封装结构250上，此负极极板240具有一负极端子242，此负极端子242除了可为负极极板240的延伸端子之外，也可以用金属片，如不锈钢片或是镍片，通过点焊或黏贴于负极极板240的一侧，作为导电柄，接下来，形成隔离膜230于正极极板220以及负极极板240之间，此隔离膜230为胶态高分子层或固态高分子层，也可为胶态高分子电解质或固态高分子电解质，如图2所示，为储能装置的侧面剖视图。
接着，可利用真空热压方法，先将第一封装结构210以及第二封装结构250的一底部以及两侧密封，留下一开口尚未密合，然后，自未密封的开口处，放入一电化学反应物质，如液态电解液、胶态电解质或固态电解质，分布于第一封装结构210以及第二封装结构250之间，最后，同样通过真空热压方法，将开口处压合密封，即使得第一封装结构210与第二封装结构250完全密封。
其中，第一封装结构210以及第二封装结构250可分别为三层结构或是五层结构，如图1A以及图1B所示，当中第一金属层120以及第二金属层150通过电镀方式电镀于第一高分子层110上，而第二高分子层130可直接附着或是通过第一黏合层140以和第一金属层120相接，第三高分子层160也同样地可直接附着或是通过第二黏合层170以和第二金属层150接合。
另外，请继续参照图3，为本发明的另一储能装置的结构示意图，此储能装置可为二次电池、燃料电池或是电容器，为利用电镀金属层的封装结构作为外包装壳体，此结构为将一封装结构300弯折以形成一容置区域，然后将电池核心组件，如正极极板220、负极极板240以及隔离膜230放入容置区域里，隔离膜230位于正极极板220和负极极板240之间，为胶态高分子电解质或固态高分子电解质。
之后，先将封装结构300的两侧密封，再灌入电化学反应物质分布于容置区域中，此电化学反应物质可为液态电解液、胶态电解质或是固态电解质，最后再利用真空热压方法将开口处压合密封，其中，封装结构300可如图1A的三层结构，至少包含有一第一高分子层110、一第一金属层120以及一第二高分子层130，当中第一金属层120是通过一电镀方式电镀于第一高分子层110的一侧，而第二高分子层130是附着于第一金属层120上；也可如图1B的五层结构，除了包含有第一高分子层110、第一金属层120以及第二高分子层130之外，还可包含有一第二金属层150以及一第三高分子层160，当中第二金属层150电镀于第一高分子层110的另一侧，而第三高分子层160则附着于第二金属层150上，封装结构300的厚度范围介于10μm至50μm之间。
本发明的第一实施例为利用包含有电镀金属层的三层封装结构形成薄型锂二次电池，首先，取一片已裁切好的正极极板，其长为4.8公分，宽为2.3公分，另取一片负极极板，其长为5公分，宽为2.5公分，而已裁切成型的隔离膜，其面积较负极极板稍大，将正极极板、负极极板以及隔离膜等电池核心组件放入如图1A所示的包含有电镀金属层的三层封装结构之中，隔离膜位于正极极板和负极极板之间，封装结构的长为6.5公分，宽为4公分，弯曲形成一容置区域以放置电池核心组件。
之后，先将封装结构的其中两边以180℃高温封口，再把电化学反应物质0.15克灌入容置区域中，最后将薄型锂二次电池封口，检查有无漏液，静置一段时间之后，做电池活化。
其中，正极极板由1至20μm的锂钴(LiCoO2)粉体91％、导电粉3至7％，与黏结剂聚氟化亚乙烯(PVDF)2至10％所制；而负极极板为1至30μm的碳粉体90％、导电粉1至5％与黏结剂聚氟化亚乙烯(PVDF)4至9％所制成；隔离膜包含有三层膜，依序为聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE)和聚丙烯(PP)；电化学反应物质为将1.0M的六氟磷酸锂(LiPF6)溶于碳酸丙烯酯(PC)、碳酸乙二酯(EC)与碳酸二乙酯(DEC)的混合溶剂中，其中碳酸丙烯酯(PC)、碳酸乙二酯(EC)和碳酸二乙酯(DEC)的体积比为2∶3∶5。
以第一实施例制作两颗电池，皆以0.1C进行电池活化，工作电压为2.75至4.1伏特，请参照图4，为进行电池充放电测试，如图所示，显示电池可以顺利进行充放电。
第一实施例的两颗电池共分为两组实验A组以及实验B组，其中实验A组进行常温放电速率(c-rate)测试，如图5所示，电池经由3C放电后，其放电电容量仍达79.9％，经由4C放电后，其放电电容量为45.9％，因此显示出此种封装结构确实可以应用于锂离子电池中，并顺利进行高速率放电；而实验B组为测试电池循环寿命，如图6所示，电池经由0.2C充放电10次后，其电容量仍保有原始电容量97.4％，显示出此种薄型电池可重复进行充放电。
本发明的第二实施例为利用包含有电镀金属层的五层封装结构形成薄型锂二次电池，如图」1B所示，首先，取一片已裁切好的正极极板，其长为4.8公分，宽为2.3公分，另取一片负极极板，其长为5公分，宽为2.5公分，而已裁切成型的隔离膜，其面积较负极极板稍大，将上述电池核心组件置入如图1B所示的包含有电镀金属层的五层封装结构之中，隔离膜位于正极极板和负极极板之间，封装结构的长为6.5公分，宽为4公分，弯曲形成一容置区域以放置电池核心组件。
置入之后，将封装结构其中两边利用180℃高温封口，再把电化学反应物质0.15克灌入容置区域中，最后将电池封口，检查有无漏液，静置一段时间之后，做电池活化。
其中，所使用的正极极板由1至20μm的锂钴(LiCoO2)粉体91％，导电粉3至7％，与黏结剂聚氟化亚乙烯(PVDF)2至10％所制；而负极极板为1至30μm的碳粉体90％，导电粉1至5％与黏结剂聚氟化亚乙烯(PVDF)4至9％所制成；隔离膜包含有三层膜，依序为聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE)和聚丙烯(PP)；电化学反应物质为将1.0M的六氟磷酸锂(LiPF6)溶于碳酸丙烯酯(PC)、碳酸乙二酯(EC)与碳酸二乙酯(DEC)的混合溶剂中，其中碳酸丙烯酯(PC)、碳酸乙二酯(EC)和碳酸二乙酯(DEC)的体积比为2∶3∶5。
第二实施例的电池，以0.1C进行电池活化，工作电压为2.75至4.1伏特，如图7所示，显示电池可以顺利进行放电，而图8为测试电池循环寿命，由图可知，电池经由0.2C充放电10次后，其电容量仍保有原始电容量87.7％，显示出此种薄型电池可重复进行充放电。
本发明的第三实施例为利用包含有电镀金属层的三层封装结构形成薄型锂二次电池，如图1A所示，首先，取一片已裁切好的正极极板，其长为4.8公分，宽为2.3公分，另取一片负极极板，其长为5公分，宽为2.5公分，而已裁切成型的隔离膜，其面积较负极极板稍大。将上述电池核心组件放入三层电镀铝封装结构中，其结构如图1A所示，其长为6.5公分，宽为4公分。
放入后，将其中两边利用180℃高温封口，再将所合成的高分子电化学反应物质0.2克灌入电池中，放入真空烘箱约80℃至90℃进行聚合，最后将电池封口，检查有无漏液，静至一段时间之后，做电池活化。
其中所使用的正极极板为1至20μm的锂钴(LiCoO2)粉体91％，导电粉3至7％，与黏结剂聚氟化亚乙烯(PVDF)2至10％所制成；负极极板为1至30μm的碳粉体90％，导电粉1至5％与黏结剂聚氟化亚乙烯(PVDF)4至9％所制成；隔离膜为包含有聚丙烯、聚乙烯、聚丙烯(PP、PE、PP)的三层膜；电化学反应物质为以1.0M的六氟磷酸锂(LiPF6)溶于碳酸丙烯酯(PC)、碳酸乙二酯(EC)与碳酸二乙酯(DEC)的混合溶剂，其中碳酸丙烯酯(PC)、碳酸乙二酯(EC)和碳酸二乙酯(DEC)的体积比为2∶3∶5。
第三实施例的电池，以0.1C进行电池活化，工作电压为2.75至4.2伏特，如图9为进行电池充放电测试图，显示电池可以顺利进行充放电。
而图10为测试电池循环寿命，电池经由0.1C充放电10次后，其电容量仍保有原始电容量95.1％，显示出此种薄型高分子锂电池可重复进行充放电。
将本发明的电镀型封装结构应用于锂电池中，有助于减轻组件重量，减低厚度及提升其可挠曲性，并且有助于降低成本，以增加薄型锂电池的竞争性，且由于电镀型封装结构的锂电池其挠曲性较压延铝箔包佳，可应用于多元化的电子产品中，如加以使用具有更高安全性的胶态或是固态高分子电解质，便还可应用于医疗电子产品上。
当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。
权利要求
1.一种储能装置的封装结构的制造方法，其特征在于，包含有下列步骤提供一第一高分子层；电镀一第一金属层于所述第一高分子层的一侧；以及附着一第二高分子层于所述第一金属层上。
2.根据权利要求1所述的储能装置的封装结构的制造方法，其特征在于，所述电镀一第一金属层于所述第一高分子层的一侧与所述附着一第二高分子层于所述第一金属层上的步骤之间，还包含有一提供一第一黏合层于所述第一金属层上的步骤，用以将所述第一金属层与所述第二高分子层黏合。
3.根据权利要求1所述的储能装置的封装结构的制造方法，其特征在于，所述第一高分子层以及所述第二高分子层选自聚对苯二甲酸乙二酯、无延伸型聚丙烯及双向延伸聚丙烯的群组组合中之一。
4.根据权利要求1所述的储能装置的封装结构的制造方法，其特征在于，所述第一金属层的厚度范围介于6μm至12μm之间。
5.根据权利要求1所述的储能装置的封装结构的制造方法，其特征在于，所述封装结构的厚度范围介于10μm至50μm之间。
6.一种应用权利要求1所制成的储能装置的封装结构，其特征在于，包含有一第一高分子层；一第一金属层，电镀于所述第一高分子层的一侧；以及一第二高分子层，附着于所述第一金属层上。
7.根据权利要求6所述的储能装置的封装结构，其特征在于，还包含有一第一黏合层，介于所述第一金属层与所述第二高分子层之间，用以将所述第一金属层与所述第二高分子层黏合。
8.根据权利要求6所述的储能装置的封装结构，其特征在于，所述第一金属层的厚度范围介于6μm至12μm之间。
9.根据权利要求6所述的储能装置的封装结构，其特征在于，所述封装结构的厚度范围介于10μm至50μm之间。
10.一种储能装置的制造方法，其特征在于，包含有下列步骤形成一第一封装结构；形成一正极极板于所述第一封装结构上，所述正极极板具有一正极端子；形成一第二封装结构；形成一负极极板于所述第二封装结构上，所述负极极板具有一负极端子；形成一隔离膜于所述正极极板以及所述负极极板之间；放入一电化学反应物质分布于所述第一封装结构以及所述第二封装结构之间；以及通过一压合方式，将所述第一封装结构与所述第二封装结构压合密封；其中，所述形成一第一封装结构以及所述形成一第二封装结构的步骤，分别包含有下列步骤提供一第一高分子层；电镀一第一金属层于所述第一高分子层的一侧；以及附着一第二高分子层于所述第一金属层上。
11.根据权利要求10所述的储能装置的制造方法，其特征在于，所述压合方式为一真空热压方法。
12.根据权利要求10所述的储能装置的制造方法，其特征在于，电镀一第一金属层于所述第一高分子层的一侧与所述附着一第二高分子层于所述第一金属层上的步骤之间，还包含有一提供一第一黏合层于所述第一金属层上的步骤，用以将所述第一金属层与所述第二高分子层黏合。
13.根据权利要求10所述的储能装置的制造方法，其特征在于，所述第一金属层的厚度范围介于6μm至12μm之间。
14.根据权利要求10所述的储能装置的制造方法，其特征在于，所述第一封装结构的厚度范围以及所述第二封装结构的厚度范围介于10μm至50μm之间。
15.根据权利要求10所述的储能装置的制造方法，其特征在于，所述电化学反应物质选自液态电解液、胶态电解质及固态电解质的群组组合中之一。
16.根据权利要求10所述的储能装置的制造方法，其特征在于，储能装置选自二次电池、燃料电池及电容器的群组组合中之一。
17.根据权利要求10所述的储能装置的制造方法，其特征在于，所述隔离膜为一胶态高分子层或一固态高分子层。
18.一种储能装置的制造方法，其特征在于，包含有下列步骤形成一正极极板，所述正极极板具有一正极端子；形成一负极极板，所述负极极板具有一负极端子；形成一隔离膜于所述正极极板以及所述负极极板之间；形成一封装结构；将所述封装结构弯折形成一容置区域；将所述正极极板、所述负极极板和所述隔离膜一起放入所述容置区域中；放入一电化学反应物质分布于所述容置区域中；以及通过一压合方式，将所述封装结构压合密封；其中，所述形成一封装结构的步骤，包含有下列步骤提供一第一高分子层；电镀一第一金属层于所述第一高分子层的一侧；以及附着一第二高分子层于所述第一金属层上。
19.根据权利要求18所述的储能装置的制造方法，其特征在于，所述电镀一第一金属层于所述第一高分子层的一侧与所述附着一第二高分子层于所述第一金属层上的步骤之间，还包含有一提供一第一黏合层于所述第一金属层上的步骤，用以将所述第一金属层与所述第二高分子层黏合。
20.根据权利要求18所述的储能装置的制造方法，其特征在于，所述第一金属层的厚度范围介于6μm至12μm之间。
21.根据权利要求18所述的储能装置的制造方法，其特征在于，所述封装结构的厚度范围介于10μm至50μm之间。
22.根据权利要求18所述的储能装置的制造方法，其特征在于，所述储能装置选自二次电池、燃料电池及电容器的群组组合中之一。
23.根据权利要求18所述的储能装置的制造方法，其特征在于，所述隔离膜为一胶态高分子层或一固态高分子层。
全文摘要
一种储能装置、储能装置的封装结构及其制造方法，封装结构的组成为于一第一高分子层上电镀一金属层，再于金属层上贴合一第二高分子层，当中第一高分子层与第二高分子层的材质可为相同或不相同，整体结构至少三层，倘若金属层与第二高分子层无法贴合，可通过一黏合层将两者黏合，之后将正负极极板及隔离膜置入两片封装结构之中，再将电解液注入其中，并将封装结构加以热压真空密封，经由活化处理，即可完成具有高可挠曲性、高功能性、以及高安全性的储能装置。
文档编号H01G2/10GK1992375SQ20051013298
公开日2007年7月4日 申请日期2005年12月31日 优先权日2005年12月31日
发明者王复民, 江品季, 吴茂松, 李志聪 申请人:财团法人工业技术研究院