专利名称：全固态一次膜电池以及其制造方法
技术领域：
本发明涉及一种一次电池及其制造方法，更具体地，涉及一种全固态一次膜电池及其制造方法。
背景技术：
近来进行了积极研究的有源型射频识别(RFID)和传感器节点(sensornode)对于数字电视、家庭网络、人造机器人等具有深远的意义，因此希望有源型RFID和传感器节点能够比码分多址技术(CDMA)更广泛的应用，并且成为核心工业。也就是说，希望有源型RFID和传感器节点脱离通过读取器读取包括在标签(tag)内的信息的被动功能，且革命性地增加标签的识别距离。此外，通过感知关于标签周围的物体的信息和环境信息，希望有源型RFID和传感器节点扩大信息流的范围，其包括利用网络进行的人与目标之间的通讯以及各目标间的通讯。因此，为了驱动RFID和传感器节点，重要的是使用微小的且重量轻以适于标签或节点并具有良好耐久性的电源，和确保电源完全地独立于读取器。
迄今为止，作为典型电源的锂二次电池已部分用于RFID和传感器节点，并且，使用锂二次电池的可能性已得到承认。锂二次电池包括采用一种方法形成的正极和负极，该方法使用可实现锂离子嵌入和脱嵌的材料作为活性材料。将锂离子可在其中移动的有机电解质或聚合物电解质插入正极和负极之间。在此，正极具有在厚度约20mm的铝集电体上涂布活性材料的结构，以及负极具有在铜集电体上涂布活性材料的结构。将锂二次电池应用到一些传感器节点上。然而，锂二次电池的成本高且性能差，因此锂二次电池不适用于标签。因为它们的使用特性，不容易使放电的标签再充电。此外，锂二次电池中的金属集电体引起与标签内天线的电磁波的干扰。因此，很难将锂二次电池实际用于有源型标签。
发明内容
本发明提供一种一次膜电池，其比传统的电池轻且薄。根据本发明，可提高一次膜电池的柔性。该一次膜电池具有高能量密度，且该一次膜电池具有适用于标签的特性，以解决上述传统技术的问题。
本发明还提供一种简单且容易的制造一次膜电池的方法，其中可采用严格程度相对较低的工艺条件。因此，根据本发明，可实现完全连续的、廉价的制造工艺和大量生产。
根据本发明的一方面，提供一种全固态一次膜电池，其包括包括第一聚合物膜和第一导电层的第一聚合物集电体膜；在第一导电层上形成的第一电极层；包括第二聚合物膜和第二导电层的第二聚合物集电体膜；在第二导电层上形成的第二电极层；以及包括水基电解液且在第一电极层和第二电极层之间形成的聚合物电解质层。
根据本发明的另一方面，提供全固态一次电池，其中第一聚合物膜和第二聚合物膜各自包括基于聚酯的聚合物、基于聚烯烃的聚合物或其组合。
根据本发明的另一方面，提供全固态一次电池，其中第一聚合物膜和第二聚合物膜各自具有由单种聚合物形成的单层或多层结构，或由至少两种不同种类的聚合物形成的多层结构。
根据本发明的另一方面，提供全固态一次电池，其中第一导电层和第二导电层各自包括导电碳糊料涂层、纳米金属颗粒糊料涂层、导电聚合物涂层、氧化铟锡(ITO)糊料涂层或导电碳带。
根据本发明的另一方面，提供全固态一次电池，其中第一电极层包括第一导体、第一聚合物粘合剂以及正极活性材料的混合物，且第二电极层包括第二导体、第二聚合物粘合剂以及负极活性材料的混合物。
根据本发明的另一方面，提供全固态一次电池，其中第一导体和第二导体各自包括选自石墨、炭黑、denkablack、ronza碳、super-P以及活性炭MSC 30的一种导电碳。
根据本发明的另一方面，提供全固态一次电池，其中第一聚合物粘合剂和第二聚合物粘合剂各自包括选自聚四氟乙烯、聚偏二氟乙烯、偏二氟乙烯和六氟丙烯的共聚物、偏二氟乙烯和三氟乙烯的共聚物，偏二氟乙烯和四氟乙烯的共聚物、聚氧化乙烯、聚氧化丙烯、聚氯乙烯、聚丁二烯、聚苯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚丙烯酸甲酯、聚丙烯酸乙酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚甲基丙烯酸乙酯、聚丙烯酸丁酯、聚甲基丙烯酸丁酯、聚丙烯腈、纤维素、羧甲基纤维素、淀粉、聚丙烯酸、聚乙烯醇、聚醋酸乙烯酯、尼龙和nafion、其共聚物和其混合物的任何一种聚合物。
根据本发明的另一方面，提供全固态一次电池，其中正极活性材料包括氧化锰、电解二氧化锰(EMD)、氧化镍、氧化铅、二氧化铅、氧化银、硫化铁或导电聚合物，且具有10nm-50μm的粒径。
根据本发明的另一方面，提供全固态一次电池，其中聚合物电解质层包括聚合物基体、无机添加剂和含盐的水基电解液。
根据本发明的另一方面，提供全固态一次电池，其中聚合物基体包括选自聚乙烯、聚丙烯、聚酰亚胺、聚砜、聚氨脂、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚氧化乙烯、聚氧化丙烯、聚丁二烯、纤维素、羧甲基纤维素、尼龙、聚丙烯腈、聚偏二氟乙烯、聚四氟乙烯、偏二氟乙烯和六氟丙烯的共聚物、偏二氟乙烯和三氟乙烯的共聚物、偏二氟乙烯和四氟乙烯的共聚物、聚丙烯酸甲酯、聚丙烯酸乙酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚甲基丙烯酸乙酯、聚丙烯酸丁酯、聚甲基丙烯酸丁酯、聚醋酸乙烯酯、聚乙烯醇、淀粉、琼脂和nafion、其共聚物或其混合物的任何一种。
根据本发明的另一方面，提供全固态一次电池，其中无机添加剂包括选自二氧化硅、滑石、氧化铝(Al2O3)、TiO2、粘土以及沸石的至少一种。
根据本发明的另一方面，提供全固态一次电池，其中水基电解液包括蒸馏水。
根据本发明的另一方面，提供全固态一次电池，其中水基电解液中的盐包括选自氢氧化钾(KOH)、溴化钾(KBr)、氯化钾(KCl)、氯化锌(ZnCl2)、氯化铵(NH4Cl)以及硫酸(H2SO4)的至少一种。
根据本发明的另一方面，提供一种制备全固态一次膜电池的方法，包括制备第一聚合物膜和第二聚合物膜；在第一聚合物膜上形成第一导电层以形成第一聚合物集电体膜；在第二聚合物膜上形成第二导电层以形成第二聚合物集电体膜；在第一聚合物集电体膜上形成第一电极层；在第二聚合物集电体膜上形成第二电极层；在第一电极层和第二电极层之间形成包括水基电解液的聚合物电解质层。
根据本发明的另一方面提供的方法，其中形成第一导电层包括在第一聚合物膜上涂布导电碳糊料、纳米金属颗粒糊料、导电聚合物或ITO糊料，或将导电碳带附在第一聚合物膜上。
根据本发明的另一方面提供的方法，其中形成第二导电层包括在第二聚合物膜上涂布导电碳糊料、纳米金属颗粒糊料、导电聚合物或ITO糊料，或将导电碳带附在第二聚合物膜上。
与传统的集电体相比，根据本发明的全固态一次膜电池最小化金属用量且能急剧减轻全固态一次膜电池的重量。因为聚合物膜的特性，所以全固态一次膜电池的柔性极好，因此当折叠膜时可避免电极层脱落和损坏。根据本发明的全固态一次膜电池可容易地应用于耐磨的个人计算机等等，因为它可被卷起和弯曲，例如辊。根据制造本发明的全固态一次膜电池的方法，因为在连续制造工艺中的制造条件如张力等，与传统的使用金属集电体的方法相比更容易，可有利于电池的大量生产。
参见附图，通过详细描述示范性实施方案，本发明的上述和其它的特点和优点将变得更加明显，其中图1是说明根据本发明实施方案的全固态一次膜电池结构的截面图；图2是说明根据本发明实施方案的全固态一次膜电池的制造方法的流程图；图3是说明根据本发明实施方案的一次膜电池的单电池放电特性的图；图4是说明本发明的实施方案和比较例的放电容量的图；图5是说明本发明实施方案和比较例的一次膜电池的开路电压(OCV)在常温下随时间变化的图；以及图6是说明本发明实施方案和比较例的一次膜电池的内阻在常温下随时间变化的图。
具体实施例方式
下面参见附图将详述本发明实施方案。
图1是说明根据本发明实施方案的全固态一次膜电池100的结构的截面图。
参见图1，全固态一次膜电池100包括第一聚合物集电体膜10和第二聚合物集电体膜20。
该第一聚合物集电体膜10包括第一聚合物膜12以及第一导电层14。该第二聚合物集电体膜20包括第二聚合物膜22和第二导电层24。
该第一聚合物膜12和第二聚合物膜22都阻止水和氧气传输进入全固态一次膜电池100的内部。该第一聚合物膜12和第二聚合物膜22可具有由特定聚合物材料形成的单层或多层结构，该材料可根据诸如机械强度、水和氧气的传输等特性选择。例如，第一聚合物膜12和第二聚合物膜22各自可以是层压聚合物膜，其包括诸如聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯等的基于聚酯的聚合物，诸如聚乙烯、聚丙烯等的基于聚烯烃的聚合物，或它们的组合，因此第一聚合物膜12和第二聚合物膜22各自可以具有单层或多层结构。或者，第一聚合物膜12和第二聚合物膜22可以被层压且可以具有包括基于聚酯的聚合物膜和基于聚烯烃的聚合物的组合的多层结构。第一聚合物膜12和第二聚合物膜22各自可以形成具有约5-100μm的厚度。
第一导电层14和第二导电层24是使用其中将导电材料分别涂布在第一聚合物膜12和第二聚合物膜22的一侧上的方法形成的薄膜。可通过将导电碳糊料、纳米金属颗粒(具有几或几十纳米粒径的金属颗粒)糊料、导电聚合物或氧化铟锡(ITO)糊料的每种涂布在第一聚合物膜12和第二聚合物膜22的一面上，或通过将导电碳带附在第一聚合物膜12和第二聚合物膜22的一面上形成第一导电层14和第二导电层24。第一导电层14和第二导电层24各自可形成具有约10-50μm，优选约5-150μm的厚度。
该第一聚合物集电体膜10和该第二聚合物集电体膜20的第一导电层14和第二导电层24分别起着集电体作用。该第一聚合物膜12和第二聚合物膜22起着密封材料的作用。
可形成第一聚合物集电体膜10和第二聚合物集电体膜20，使得金属的用量最小化。因此，第一聚合物集电体膜10和第二聚合物集电体膜20与传统金属集电体相比，制造工艺几乎相同，但是第一聚合物集电体膜10和第二聚合物集电体膜20可明显更薄，且第一聚合物集电体膜10和第二聚合物集电体膜20可明显更轻。
此外，由于第一聚合物膜12和第二聚合物膜22，因此柔性极好，且不发生重叠现象。第一聚合物膜12和第二聚合物膜22可额外起到阻止外部的水或氧气进入全固态一次膜电池100的密封材料的作用。因此，容易制造封装型电池。
在第一聚合物集电体膜10上涂布正极层16，且在第二聚合物集电体膜20上涂布负极层26。
正极层16可通过在第一聚合物集电体膜10的第一导电层14上涂布包括导体、聚合物粘合剂和正极活性材料的混合物的浆料形成。
可形成正极层16具有约5-200μm的厚度。第一聚合物集电体膜10和正极层16的总厚度可为约10-350μm。
正极层1 6可由诸如石墨、炭黑、dencablack、ronza碳、super-P、MSC30等的导电碳形成，其为适于形成正极层16的导体。
该正极层16可由适于形成正极层16的聚合物粘合剂形成。适于形成正极层16的聚合物粘合剂的实例可包括聚四氟乙烯、聚偏二氟乙烯、偏二氟乙烯和六氟丙烯的共聚物、偏二氟乙烯和三氟乙烯的共聚物、偏二氟乙烯和四氟乙烯的共聚物、聚合物如聚氧化乙烯、聚氧化丙烯、聚氯乙烯、聚丁二烯、聚苯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚丙烯酸甲酯、聚丙烯酸乙酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚甲基丙烯酸乙酯、聚丙烯酸丁酯、聚甲基丙烯酸丁酯、聚丙烯腈、纤维素、羧甲基纤维素、淀粉、聚丙烯酸、聚乙烯醇、聚醋酸乙烯酯、尼龙、nafion等、其共聚物以及上述材料的混合物。
该正极层16可由适于形成正极层16的正极活性材料形成。适于形成正极层16的正极活性材料的实例可包括氧化锰、电解二氧化锰(EMD)、氧化镍、氧化铅、二氧化铅、氧化银、硫化铁、导电聚合物颗粒等。正极活性材料的粒径可以约为10nm-50μm。
该负极层26可通过在第二聚合物集电体膜20的第二导电层24上涂布包含导体、聚合物粘合剂以及负极活性材料的混合物的浆料形成。
负极层26可形成具有约5-200μm的厚度。第二聚合物集电体膜20和负极层26的总厚度可约为10-350μm。
该负极层26可由诸如石墨、炭黑、dencablack、ronza碳、super-P、MSC30等导电碳形成，其为适于形成负极层26的导体。
该负极层26可由适于形成负极层26的聚合物粘合剂形成。适于形成负极层26的聚合物粘合剂的实例可包括聚四氟乙烯、聚偏二氟乙烯、偏二氟乙烯和六氟丙烯的共聚物、偏二氟乙烯和三氟乙烯的共聚物、偏二氟乙烯和四氟乙烯的共聚物、聚合物如聚氧化乙烯、聚氧化丙烯、聚氯乙烯、聚丁二烯、聚苯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚丙烯酸甲酯、聚丙烯酸乙酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚甲基丙烯酸乙酯、聚丙烯酸丁酯、聚甲基丙烯酸丁酯、聚丙烯腈、纤维素、羧甲基纤维素、淀粉、聚丙烯酸、聚乙烯醇、聚醋酸乙烯酯、尼龙、nafion等、其共聚物以及上述材料的混合物。
该负极层26可由适于形成负极层26的负极活性材料形成。该负极活性材料可包括锌、铝、铁、铅、镁颗粒等等。该负极活性材料的粒径可为约10nm到50μm。
粘附正极层16和负极层26，以及在正极层16和负极层26之间提供离子移动通道的聚合物电解质层30在正极层16和负极层26之间形成。
该聚合物电解质层30由包括水基电解液的聚合物膜形成。通过使聚合物电解质层30位于正极层16和负极层26之间，在正极层16和负极层26之间的附着力增强且这些提供膜电池的集成(integration)。此外，聚合物电解质层30(其为薄膜)起着电解质和隔膜两种作用，因此全固态一次膜电池100的厚度急剧降低。对于全固态一次膜电池100，柔性极好，如卷绕或堆叠的工艺条件更容易，价格竞争力更好，且可增加每单位重量的能量密度。
聚合物电解质层30可形成具有约5-200μm的厚度。
该聚合物电解质层30包括聚合物基体、无机添加剂以及水基电解液。
该聚合物电解质层30可由适于形成聚合物电解质层30的聚合物基体形成。在此，适于形成聚合物电解质层30的聚合物基体的实例可包括聚乙烯、聚丙烯、聚酰亚胺、聚砜、聚氨脂、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚氧化乙烯，聚氧化丙烯、聚丁二烯、纤维素、羧甲基纤维素、尼龙、聚丙烯腈、聚偏二氟乙烯、聚四氟乙烯、偏二氟乙烯和六氟丙烯的共聚物、偏二氟乙烯和三氟乙烯的共聚物、偏二氟乙烯和四氟乙烯的共聚物、聚丙烯酸甲酯、聚丙烯酸乙酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚甲基丙烯酸乙酯、聚丙烯酸丁酯、聚甲基丙烯酸丁酯、聚醋酸乙烯酯、聚乙烯醇、淀粉、琼脂、nafion等、其共聚物以及这些材料的混合物。
该聚合物电解质层30可由适于形成聚合物电解质30的无机添加剂形成。适于形成聚合物电解质30的无机添加剂可选自二氧化硅、滑石、氧化铝(Al2O3)、TiO2、粘土、沸石以及它们的混合物。基于包括在聚合物基体中的聚合物的总重量计，在聚合物电解质层30中可包括约1到100重量％的无机添加剂。
该聚合物电解质层30可由适于形成聚合物电解质层30的水基电解液形成。适于形成聚合物电解质层30的水基电解液可包括蒸馏水。基于包括在聚合物基体中的聚合物总重量计，聚合物电解质层30中可包括约1-500重量％的水基电解液。
水基电解液中的盐可为选自氢氧化钾(KOH)、溴化钾(KBr)、氯化钾(KCl)、氯化锌(ZnCl2)、氯化铵(NH4Cl)以及硫酸(H2SO4)的至少一种。其中溶解约0.1-10M的上述盐的水溶液可用作水基电解液。
图2是说明根据本发明实施方案的全固态一次膜电池100的制造方法的流程图。参见图1和图2描述根据本发明的示范性实施方案的全固态一次膜电池100的制造方法。
首先，在操作210中制备第一聚合物膜12和第二聚合物膜22。
在操作220中在第一聚合物膜12上形成第一导电层14，且在第二聚合物膜22上形成第二导电层24。因此形成第一聚合物集电体膜10和第二聚合物集电体膜20。
在操作230中在第一聚合物集电体膜10的第一导电层14上涂布正极活性材料浆料以形成正极层16。此外，在第二聚合物集电体膜20的导电层24上涂布负极活性材料浆料以形成负极层26。
形成正极层16的正极活性材料浆料可包括导体、聚合物粘合剂以及正极活性材料的混合物。形成负极层26的负极活性材料浆料可包括导体、聚合物粘合剂以及负极活性材料的混合物。前面已提供了正极活性材料浆料以及负极活性材料浆料的详细描述。
在操作240中在正极层16和负极层26之间形成包括水基电解液的聚合物电解质层30，因此完成如图1所示结构。为了形成上述结构，在正极层16和负极层26的每个上涂布或层压包括有机电解质的聚合物膜。
在操作250中，通过操作210到240获得的如图1所示结构的周边由热熔或粘接剂封装，由此形成全固态一次膜电池100。
对于如参考图1和2描述的根据本发明当前实施方案的全固态一次膜电池100，电极和电解质之间的界面附着力可增加，且可延长寿命和耐久性。可由根据本发明当前实施方案的全固态一次膜电池100完成超微且封装型的单电池。此外，可简化由本发明的当前实施方案的全固态一次膜电池100实施的卷绕和堆叠工艺。
参见随后的实施例进一步详细地描述根据本发明的当前实施方案的全固态一次膜电池100的制造方法。这些实施例仅用于说明的目的而不用来限制本发明的范围。
实施例1具有双层结构的基于聚酯的膜通过层压15μm厚的透明聚对苯二甲酸乙二醇酯膜以及35μm厚的不透明聚对苯二甲酸乙二醇酯膜形成。在此，在进行层压以前，对透明聚对苯二甲酸乙二醇酯膜和不透明聚对苯二甲酸乙二醇酯膜的两面已各自通过电晕放电进行表面处理。在基于聚酯的膜的一面上涂布10μm厚的导电碳糊料，由此形成正极的聚合物集电体膜。
实施例2除了使用5μm厚的透明聚对苯二甲酸乙二醇酯膜以及10μm厚的不透明聚对苯二甲酸乙二醇酯膜之外，采用如实施例1一样的方法形成正极的聚合物集电体膜。
实施例3具有双层结构的基于聚酯的膜通过层压15μm厚的透明聚对苯二甲酸乙二醇酯膜以及35μm厚的不透明聚对苯二甲酸乙二醇酯膜形成。在此，在进行层压以前，对透明聚对苯二甲酸乙二醇酯膜和不透明聚对苯二甲酸乙二醇酯膜的两面已通过电晕放电进行表面处理。在制造的基于聚酯的膜的一面上涂布10μm厚的导电碳糊料，由此形成负极的聚合物集电体膜。
实施例4除了使用5μm厚的透明聚对苯二甲酸乙二醇酯膜以及10μm厚的不透明聚对苯二甲酸乙二醇酯膜之外，采用如实施例3一样的方法形成负极的聚合物集电体膜。
实施例5在实施例1中制造的60μm厚用于正极的聚合物集电体膜的导电层上涂布60μm厚的平均粒径约2μm的EMD正极活性材料的浆料，且在实施例4中制造的60μm厚用于负极的聚合物集电体的导电层上涂布60μm厚的平均粒径约300nm的锌负极活性材料的浆料，且由此形成电极膜。在此，作为正极活性材料的浆料，使用80重量％的EMD氧化物化合物粉末(90重量％EMD氧化物+5重量％的6M氢氧化钙电解质+5重量％的羧甲基纤维素)、12重量％的石墨以及8重量％的聚氯乙烯的混合物。作为负极活性材料的浆料，使用80重量％的锌化合物粉末(90重量％的锌+5重量％的6M氢氧化钙电解质+5重量％的羧甲基纤维素)、12重量％的石墨以及8重量％的polysodiumvinyl的混合物。在两层制造的电极膜之间插入且层压由60重量％的偏二氟乙烯和六氟丙烯的共聚物和40重量％的聚氧化乙烯聚合物的共混物形成的25μm厚的膜。随后，注入6M氢氧化钾溶液，并且形成2cm×2cm电极尺寸的一次膜电池的1.5V单电池。
实施例6除了采用约0.5μm的平均粒径的EMD正极活性材料的浆料和约60nm的平均粒径的锌负极活性材料的浆料之外，采用与实施例5一样的方法形成一次膜电池的单电池。
比较例为了提供与实施例5和6中分别获得的一次膜电池性质的对比，制备15μm厚的两个SUS集电体，且在SUS集电体上分别涂布约20μm的平均粒径的EMD正极活性材料的浆料以及约75μm的平均粒径的锌负极活性材料的浆料至60μm厚度。由此形成正极和负极膜。
在此，使用与实施例5和6相同材料的正极活性材料浆料和负极活性材料浆料。在制造的正极和负极膜之间插入用于碱性电池的膜。实施层压以将聚合物电解质层的厚度调节到与实施例5中的相同。随后，注入与实施例5中的相同的电解质以形成一次膜电池的单电池。
评估实施例分别利用1mA的电流密度将实施例5和6中制造的一次膜电池和比较例中制造的一次电池的单电池放电到1.0V。
图3是说明根据本发明实施方案的实施例5的一次膜电池的单电池的放电特性的图。
图4是说明根据本发明实施例5(□)和6(■)以及比较例(●)的一次膜电池的放电容量的图。参见图4，注意到关于一次膜电池，电极和电解质之间的表面附着力增加。而且，因为实施例5和6的一次膜电池薄和轻，所以获得优异的放电容量和能量密度。
图5是说明实施例5(□)和6(■)和比较例(●)的一次膜电池的开路电压(OCV)在常温下随时间变化的图。
参见图5，注意到关于实施例5和6的一次膜电池，与比较例相比，抑制了电压降低和自放电。那是因为在根据本发明的一次膜电池中的水基电解液中引入了聚合物电解质，并因此防止电极之间或电极与电解质之间的直接接触，以及抑制了负极腐蚀以及腐蚀后的极化。
图6是说明实施例5(□)和6(■)以及比较例(●)的一次膜电池的内阻在常温下随时间变化的图。
参见图6，根据本发明实施例5和6的一次膜电池与比较例比较内阻变化小。从图6的结果看，关于根据本发明的一次膜电池，注意到由于使用了引入到水基电解液中的聚合物电解质，聚合物基体和水之间以及电解质中的无机添加剂和水之间的相互作用长时间抑制蒸发和水的泄漏。也就是说，根据本发明的一次膜电池的随时间的稳定性极好。
将通过在薄聚合物膜上涂布导电碳糊料、纳米金属颗粒糊料、导电聚合物或ITO糊料的薄膜或通过在薄聚合物膜上附着导电碳粘合带制造的聚合物集电体用于根据本发明的一次电池。因此，根据本发明的一次膜电池使金属用量最小化，且与传统的集电体相比可急剧减轻一次膜电池的重量。因为聚合物膜的性质，一次膜电池的柔性极好，由此可防止当聚合物膜折叠时电极层的脱落和损坏。根据本发明的一次膜电池可容易地应用到耐磨的个人计算机等中，因为一次膜电池可卷起或弯曲。此外，当通过卷绕和堆叠形成电池时，每单位重量可获得极好的填充密度和增强的能量密度。
根据本发明的一次膜电池的制造方法，因为诸如连续制造工艺中的制造条件如张力等与采用金属集电体的传统的方法相比更容易，所以可大量生产电池。该集电体膜也起着密封材料的作用。因此，在单电池或微小的封装型一次膜电池中，尤其是用于RFID标签或装饰品的电池中，集电体膜很有用。通过采用聚合物电解质，与传统的使用液态电解质/膜的系统相比可防止泄漏。因此，根据本发明的方法在稳定性方面具有优势。
尽管已参考本发明的示范性实施方案具体地示出和描述了本发明，但本领域的普通技术人员应该理解不脱离在如权利要求限定的本发明的精神和范围的情况下，在形式和细节上可作出各种改进。
权利要求
1.一种全固态一次膜电池，其包括第一聚合物集电体膜，其包括第一聚合物膜和第一导电层；在该第一导电层上形成的第一电极层；第二聚合物集电体膜，其包括第二聚合物膜和第二导电层；在该第二导电层上形成的第二电极层；以及聚合物电解质层，其包括水基电解液且在该第一电极层和第二电极层间形成。
2.权利要求1的全固态一次电池，其中该第一聚合物膜和第二聚合物膜各自包括基于聚酯的聚合物、基于聚烯烃的聚合物或它们的组合。
3.权利要求1的全固态一次电池，其中该第一聚合物膜和第二聚合物膜各自具有由单种聚合物形成的单层或多层结构，或由至少两种不同种类聚合物形成的多层结构。
4.权利要求1的全固态一次电池，其中该第一导电层和第二导电层各自包括导电碳糊料涂层、纳米金属颗粒糊料涂层、导电聚合物涂层、氧化铟锡(ITO)糊料涂层或导电碳带。
5.权利要求1的全固态一次电池，其中该第一电极层包括第一导体、第一聚合物粘合剂以及正极活性材料的混合物，且第二电极层包括第二导体、第二聚合物粘合剂以及负极活性材料的混合物。
6.权利要求5的全固态一次电池，其中该第一导体和第二导体各自包括选自石墨、炭黑、denkablack、ronza碳、super-P以及活性炭MSC30的一种导电碳。
7.权利要求5的全固态一次电池，其中该第一聚合物粘合剂和第二聚合物粘合剂各自包括选自聚四氟乙烯、聚偏二氟乙烯、偏二氟乙烯和六氟丙烯的共聚物、偏二氟乙烯和三氟乙烯的共聚物、偏二氟乙烯和四氟乙烯的共聚物、聚氧化乙烯、聚氧化丙烯、聚氯乙烯、聚丁二烯、聚苯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚丙烯酸甲酯、聚丙烯酸乙酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚甲基丙烯酸乙酯、聚丙烯酸丁酯、聚甲基丙烯酸丁酯、聚丙烯腈、纤维素、羧甲基纤维素、淀粉、聚丙烯酸、聚乙烯醇、聚醋酸乙烯酯、尼龙以及nafion、它们的共聚物及它们的混合物中的任意一种聚合物。
8.权利要求5的全固态一次电池，其中该正极活性材料包括氧化锰、电解二氧化锰(EMD)、氧化镍、氧化铅、二氧化铅、氧化银、硫化铁或导电聚合物，且具有10nm-50μm的粒径。
9.权利要求5的全固态一次电池，其中该负极活性材料包括锌、铝、铁、铅或镁，且具有10nm-50μm的粒径。
10.权利要求1的全固态一次电池，其中该聚合物电解质层包括聚合物基体、无机添加剂以及含有盐的水基电解液。
11.权利要求10的全固态一次电池，其中该聚合物基体包括选自聚乙烯、聚丙烯、聚酰亚胺、聚砜、聚氨脂、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚氧化乙烯、聚氧化丙烯、聚丁二烯、纤维素、羧甲基纤维素、尼龙、聚丙烯腈、聚偏二氟乙烯、聚四氟乙烯、偏二氟乙烯和六氟丙烯的共聚物、偏二氟乙烯和三氟乙烯的共聚物、偏二氟乙烯和四氟乙烯的共聚物、聚丙烯酸甲酯、聚丙烯酸乙酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚甲基丙烯酸乙酯、聚丙烯酸丁酯、聚甲基丙烯酸丁酯、聚醋酸乙烯酯、聚乙烯醇、淀粉、琼脂以及nafion、它们的共聚物或它们的混合物中的任意一种。
12.权利要求10的全固态一次电池，其中该无机添加剂包括选自二氧化硅、滑石、氧化铝(Al2O3)、TiO2、粘土以及沸石的至少一种。
13.权利要求10的全固态一次电池，其中该水基电解液含蒸馏水。
14.权利要求10的全固态一次电池，其中该水基电解液中的盐包括选自氢氧化钾(KOH)、溴化钾(KBr)、氯化钾(KCl)、氯化锌(ZnCl2)、氯化铵(NH4Cl)以及硫酸(H2SO4)的至少一种。
15.一种制备全固态一次膜电池的方法，其包括制备第一聚合物膜和第二聚合物膜；在该第一聚合物膜上形成第一导电层以形成第一聚合物集电体膜；在该第二聚合物膜上形成第二导电层以形成第二聚合物集电体膜；在该第一聚合物集电体膜上形成第一电极层；在该第二聚合物集电体膜上形成第二电极层；在该第一电极层和第二电极层之间形成包括水基电解液的聚合物电解质层。
16.权利要求15的方法，其中形成该第一导电层包括在该第一聚合物膜上涂布导电碳糊料、纳米金属颗粒糊料、导电聚合物或ITO糊料，或将导电碳带附着在该第一聚合物膜上。
17.权利要求15的方法，其中形成该第二导电层包括在该第二聚合物膜上涂布导电碳糊料、纳米金属颗粒糊料、导电聚合物或ITO糊料，或将导电碳带附着在该第二聚合物膜上。
18.权利要求15的方法，其中形成该第一电极层包括在该第一聚合物集电体膜的第一导电层上涂布正极活性材料浆料。
19.权利要求15的方法，其中形成该第二电极层包括在该第二聚合物集电体膜的第二导电层上涂布负极活性材料浆料。
全文摘要
提供一种全固态一次膜电池及其制造方法。该全固态一次膜电池包括包括第一聚合物膜和第一导电层的第一聚合物集电体膜；在第一导电层上形成的第一电极层；包括第二聚合物膜和第二导电层的第二聚合物集电体膜；在第二导电层上形成的第二电极层；包括水基电解液且在第一电极层和第二电极层之间形成的聚合物电解质层。
文档编号H01M4/66GK1979931SQ20061015425
公开日2007年6月13日 申请日期2006年9月18日 优先权日2005年12月8日
发明者李永琦, 金光万, 柳光善, 张舜浩 申请人:韩国电子通信研究院