一种具有光伏特性的柔性封装膜和二次电池的制作方法

本发明涉及一种具有光伏特性的柔性封装膜，尤其涉及一种具有光伏特性的柔性封装薄膜和二次电池，属于能源技术领域。

背景技术：

太阳能作为一种永续利用的清洁能源，是理想的可再生能源。其中，太阳能光伏特性是太阳能利用的一种重要形式，具体是将太阳的光能辐射直接转换为电能的一种能量转换形式。现阶段，光伏特性已经得到了越来越多的重视和应用。

现阶段，将太阳能电池作为锂离子电池的供电源已成为锂离子电池的发展方向之一。比如，将锂离子电池，太阳能电池和led灯以及其他相关组件，通过外部壳体的固定，形成一套完整的太阳能电池发电-锂电池储电-led用电的一体化设备。然而，该装置对于太阳能电池和锂电池的组合方式，是通过简单的外部壳体的固定来实现，集成度不高，便携性不足。另外也有在玻璃基底两边分别制造锂离子电池和太阳能电池。由于基板的限制，很难实现对锂离子电池电芯的有效封装，很可能会发生电解液外漏的现象，不仅影响了上述具有自充电功能的锂离子电池的工作寿命，更可能会引发安全事故。

技术实现要素：

本发明提供一种具有光伏特性的柔性封装膜，该具有光伏特性的柔性封装膜不仅能够对电芯进行有效封装，更具有光伏特性，提高了具有自充电功能的二次电池的集成度和便携性，有助于得到高质量的具有自充电功能的二次电池。

本发明还提供一种二次电池，该二次电池不仅具有自充电功能，且实用性较强，克服了现有技术中太阳能电池-二次电池集成系统便携性不高、具有自充电功能的二次电池的工作寿命较短且使用风险较高的缺陷。

本发明还提供一种直流电装置，该直流电装置包括上述二次电池。

本发明提供一种具有光伏特性的柔性封装膜，包括：光伏薄膜层以及热封层；

其中，所述光伏薄膜层包括n个光伏薄膜单元，所述n个光伏薄膜单元设置于所述热封层的上表面，n≥1。

如上所述的具有光伏特性的柔性封装膜，其中，所述光伏薄膜单元包括基板以及设置于所述基板上表面的光伏薄膜子单元，所述基板设置于所述热封层的上表面。

如上所述的具有光伏特性的柔性封装膜，其中，所述基板通过粘结层设置于所述热封层的上表面。

如上所述的具有光伏特性的柔性封装膜，其中，还包括绝缘保护层，所述绝缘保护层填充于所述n个光伏薄膜单元之间且设置于所述热封层的上表面。

如上所述的具有光伏特性的柔性封装膜，其中，还包括封装层，所述封装层设置于所述光伏薄膜层与热封层之间，且所述封装层在所述热封层的投影与所述热封层的上表面完全重合。

本发明还提供一种二次电池，所述二次电池利用上述任一所述的具有光伏特性的柔性封装膜对电芯进行封装得到。

如上所述的二次电池，其中，所述二次电池包括第一导线和第二导线，其中，所述第一导线的两端分别连接所述柔性封装膜的第一电极与所述电芯的第一极耳，所述第二导线的两端分别连接所述柔性封装膜的第二电极与所述电芯的第二极耳。

如上所述的二次电池，其中，还包括变压单元和/或控制单元。

如上所述的二次电池，其中，所述二次电池为锂离子电池。

本发明还提供一种直流电装置，所述直流电装置包括上述任一所述的二次电池。

本发明的实施，至少具有以下优势：

1、本发明的具有光伏特性的柔性封装膜不仅能够用于电芯的封装，还能够使封装得到的电池具有光伏特性，因此，本发明具有光伏特性的柔性封装膜有助于获得高质量的、具有自充电功能的二次电池，适宜进行大范围的推广和应用；

2、本发明的具有光伏特性的柔性封装膜使用方便、可操作性强，与普通的铝塑膜的使用方法相同，因此能够以简单、快捷的方法获得高质量的、具有自充电功能的二次电池，提高了具有自充电功能的二次电池的集成度和便携性；

3、本发明的二次电池，由于采用了上述具有光伏特性的柔性封装膜进行封装，因此在具有自充电功能的同时不仅不会影响其工作效率以及工作寿命，还能够通过光伏充电实现对电池的充放电机制的调节，比如避免过度放电，从而提高该集成系统的工作效率和使用寿命；

4、本发明的直流电装置，由于采用上述二次电池作为电源供给，因此具有优异的续航能力。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明一实施例的具有光伏特性的柔性封装膜的结构示意图；

图2为本发明一实施例的光伏薄膜单元的结构示意图；

图3为本发明又一实施例的具有光伏特性的柔性封装膜的结构示意图；

图4为本发明又一实施例的具有光伏特性的柔性封装膜的结构示意图。

附图标记说明：

1：光伏薄膜层；

11：光伏薄膜单元；

11a：基板；

11b：光伏薄膜子单元；

2：热封层；

3：绝缘保护层；

4：封装层。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明的实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“竖直”“、水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或者位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或者暗示所指的装置或者元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非是另有精确具体地规定。

图1为本发明一实施例的具有光伏特性的柔性封装膜的结构示意图。如图1所示，本实施例的具有光伏特性的柔性封装膜包括：光伏薄膜层1以及热封层2；

其中，光伏薄膜层1包括n个光伏薄膜单元11，n个光伏薄膜单元11设置于热封层2的上表面，n≥1。

本发明的具有光伏特性的柔性封装膜主要用于封装，例如，可以用于电芯的封装。

该具有光伏特性的柔性封装膜包括热封层2以及设置于热封层2上表面的包括n个光伏薄膜单元11的光伏薄膜层1，其中，热封层2在一定的加热温度下能够熔融并在冷却后粘合，因此在封装过程中热封层2与待封装物接触并为待封装物提供密闭空间；光伏薄膜层1具有光伏特性以及可挠性，其设置于热封层2的上表面且在对待封装物完成封装时处于最外部，用于在平面或非平面的条件下将太阳能转换为电能并对电能进行存储。

具体在制备过程中，例如，可以先在载板上表面设置热封层2，然后在热封层2上表面通过机械压合或者粘结的方式设置n个光伏薄膜单元11，最后将载板脱除，得到本实施例的具有光伏特性的柔性封装膜。

以电芯为例，在具体使用上述具有光伏特性的柔性封装膜对电芯进行封装时，首先将具有光伏特性的柔性封装膜进行冲坑操作，并对折形成三面开口的且相对两面为热封层2的区域，然后将电芯置于该区域内部的坑内，充入电解液进行一次热封，化成后放气，再进行二次热封，得到二次电池。能够理解的是，如果制备固态电池，则通过正极/固态电解质膜/负极的叠片或卷绕形成电芯，不需要加入电解液。

使用上述具有光伏特性的柔性封装膜对电芯进行封装的方法与现阶段利用铝塑膜对电芯进行封装的方法一样，因此能够快捷高效的完成对电芯的有效封装，不会发生由于封装不彻底而导致漏液，因此能够有效保证二次电池的工作表现以及工作寿命。

而且在封装后，由于整个二次电池的外部即为光伏薄膜层1，因此通过对电芯的封装就完成了对二次电池自充电的性能的赋予，使二次电池具有光伏特性。因此，利用本发明的具有光伏特性的柔性封装膜能够在二次电池的封装过程中就以较为便捷且高效的途径使二次电池具有光伏特性，无需花费大量的人力以及物力成本。

上述热封层2的材料可以采用本领域现阶段热封层的材料，例如，热封层2可以是聚乙烯、聚丙烯等聚烯烃材料、离子型聚合物、乙烯-丙烯酸聚合物、乙烯-丙烯酸乙酯、乙烯-甲基丙烯酸中的一种或多种，且热封层2的厚度也可以与本领域现阶段的铝塑膜中聚烯烃热封层的厚度一致。

本发明的光伏薄膜层1包括至少一个光伏薄膜单元11(图1中光伏薄膜层1由三个光伏薄膜单元11组成)，光伏薄膜单元11是指具有光伏特性，可以独立的将太阳能转换为电能的单元。在本发明中，每个光伏薄膜单元11的大小、能量转换原理等可以相同或不同，只要能够实现太阳能向电能的转换以及电能的存储，并且具有可挠性即可。当然，根据常识可知，一致性更高的光伏薄膜单元11在进行串联或并联的时候，能够最大限度发挥各个单元的作用。

在本发明中，可以根据需要对光伏薄膜单元11的个数进行确定。具体地，由于每个光伏薄膜单元11对太阳能的转化率有限，因此可以根据二次电池的实际充电电压确定光伏薄膜单元11的具体个数。能够理解的是，二次电池的实际充电电压越高，组成光伏薄膜层1的光伏薄膜单元11的个数越多。当光伏薄膜单元11的个数大于1时，多个光伏薄膜单元11在热封层2的上表面阵列分布以形成光伏薄膜层1。

在一种实施方式中，光伏薄膜单元11可以为本领域的厚度为1～2μm的微晶硅薄膜太阳能电池。

由于薄膜太阳能电池的厚度在微米级别且具有可挠性，因此本发明的具有光伏特性的柔性封装膜不仅能够实现有效封装、具有光伏特性，并且具有一定程度的可弯曲性，不会由于弯折而导致电芯封装的破裂失效，因此应用范围更加广泛。并且由于薄膜太阳能电池的厚度小，质量轻，能够将对二次电池的质量能量密度和体积能量密度造成的消极影响降到最低。

进一步的，上述n个薄膜光伏单元11中，任意两个薄膜光伏单元11之间可以是并联或者串联的关系，且n个光伏薄膜单元11互相连接后能够形成具有光伏特性的柔性封装膜的电能的输出端，即第一电极和第二电极，第一电极可以是正极或负极，第二电极与第一电极的极性相反。其中，任意两个薄膜光伏单元11之间的连接关系可以根据二次电池的充电电压进一步确定。

图2为本发明一实施例的光伏薄膜单元的结构示意图。如图2所示，本实施例的光伏薄膜单元11包括基板11a以及设置于基板11a上表面的光伏薄膜子单元11b，基板11a设置于热封层2的上表面。

本实施例中的光伏薄膜子单元由下至上包括基板11a以及光伏薄膜子单元11b，其中，光伏薄膜子单元11b是光伏薄膜单元11的主体结构，能够独立将太阳能转换为电能，厚度可以为0.1-100μm，进一步为1-20μm；基板11a用于承载光伏薄膜子单元11b，可以是金属或者聚合物，其中，金属选自不锈钢、钼、钛、铜、铝等，聚合物为熔点大于200℃的聚酰亚胺或者聚酯类聚合物，聚酯类聚合物例如为聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚萘二甲酸乙二醇酯，基板的厚度可以为1-100μm，进一步为20-60μm。具体地，基板11a通过粘结层粘结于热封层2的上表面，其中，粘结层可以是聚乙烯亚胺类胶黏剂、聚氨酯胶黏剂或三聚氰胺类胶黏剂中的一种或多种，粘结层的厚度为1-20μm。本发明不限制粘结层的具体设置方式，可以是只在n个光伏薄膜单元11的下表面设置粘结层，也可以在整个热封层2的上表面设置粘结层。

在具体实施方式中，当光伏薄膜单元11为非晶硅薄膜太阳能电池时，基板11a可以为金属箔层，光伏薄膜子单元11b按照依次远离基板11a的方向可以包括：金属背电极、n层(n型氢化非晶硅膜层)、i层(本征氢化非晶硅膜层)、p层(p型氢化非晶碳化硅或硅膜层)、透明导电氧化物顶电极、金属栅线。

当光伏薄膜单元11为砷化镓薄膜太阳能电池时，基板11a可以为金属箔层，光伏薄膜子单元11b按照依次远离基板11a的方向可以包括：砷化镓衬底、砷化镓缓冲层、砷化铝镓、砷化镓基层、砷化镓发射层、砷化铝镓窗口层、上电极。

当光伏薄膜单元11为铜铟镓硒薄膜太阳能电池时，基板11a为金属箔层，光伏薄膜子单元11b按照依次远离基板11a的方向可以包括：钼背接触层、铜铟镓硒吸收层、缓冲层(硫化镉或其他无镉材料)、窗口层(本征氧化锌或掺铝氧化锌)、减反射层二氟化镁、顶电极。

当光伏薄膜单元11为碲化镉薄膜太阳能电池时，基板11a可以为金属箔层，光伏薄膜子单元11b按照依次远离基板11a的方向可以包括：背接触、p型碲化镉层、n型硫化镉、透明导电氧化物。

当光伏薄膜单元11为铜锌锡硫薄膜太阳能电池时，基板11a可以为不锈钢，光伏薄膜子单元11b按照依次远离基板11a的方向可以包括：钼层、铜锌锡硫层、硫化镉层、本征氧化锌层、掺铝氧化锌层、二氟化镁层、镍-铝层。

此外，本发明的光伏薄膜单元11还可以是本领域常见的有机薄膜太阳能电池、染料敏化薄膜太阳能电池、钙钛矿薄膜太阳能电池等，上述电池的具体结构不再赘述。本发明的光伏薄膜单元11还可以是多结太阳能电池结构。多结太阳能电池的原理是将具有不同带隙宽度的材料做成多个子电池，然后把子电池按照带隙宽度从上到下叠合起来，因此又称叠层太阳能电池。每个子电池只能吸收和转换太阳光谱中与其带隙宽度相匹配波段的光子能量，这样组成的多结太阳能电池比单结太阳能电池更能充分吸收和转换太阳能量，提高转换效率，比如algaas/gaas双结结构，或者gainp/gaas双结结构，或者cuingase/钙钛矿双结结构，或者gainp/gaas/ge三结结构。

图3为本发明又一实施例的具有光伏特性的柔性封装膜的结构示意图。在上述实施例的基础上，本实施例的具有光伏特性的柔性封装膜还包括绝缘保护层3，该绝缘保护层3填充于n个光伏薄膜单元11之间且设置于热封层2的上表面。

绝缘保护层3不仅用于进一步阻止外界水汽进入封装内部空间，而且当n个光伏薄膜单元11通过不具有绝缘性能的金属栅线相互连接时，通过在n个光伏薄膜单元11之间填充绝缘保护层3可以避免金属栅线对外界导电。

本发明不限制绝缘保护层3与n个光伏薄膜单元11发生连接的先后顺序，可以在对n个光伏薄膜单元11完成连接后再设置绝缘保护层3，或者当绝缘保护层3先于n个光伏薄膜单元11设置于热封层2表面时，可以在对n个光伏薄膜单元11完成连接后，在暴露金属栅线的部分再覆盖绝缘保护层3。值得注意的是，当绝缘保护层3先于n个光伏薄膜单元11设置于热封层2表面时，绝缘保护层3的厚度不能高于光伏薄膜单元11的基板11a厚度，原因在于n个光伏薄膜单元11之间的连接实质是n个光伏薄膜子单元11b上下表面的电极之间的连接，因此若绝缘保护层3的厚度高于光伏薄膜单元11的基板11a的厚度，难以利用金属栅线将n个光伏薄膜子单元11b下表面的电极引出。

在具体设置绝缘保护层3时，绝缘保护层3可以通过机械压合或者粘结的方式填充于n个光伏薄膜单元11之间的热封层2。

上述绝缘保护层3的材料可以是聚酰亚胺，聚对苯二甲酸乙二醇酯，或聚萘二甲酸乙二醇酯；且绝缘保护层3的厚度也可以与本领域现阶段的绝缘保护层(尼龙或聚对苯二甲酸乙二醇酯)的厚度一致。

图4为本发明又一实施例的具有光伏特性的柔性封装膜的结构示意图。在前述实施例的基础上，本实施例的具有光伏特性的柔性封装膜还包括封装层4，封装层4设置于光伏薄膜层1与热封层2之间，且封装层4在热封层2的投影与热封层2的上表面完全重合。

如图4所示，本实施例的封装层4设置于热封层2的靠近光伏薄膜层1以及绝缘保护层3的整个表面，用于进一步对封装在热封层2中的电芯进行保护，避免外界水汽以及外力对电芯的影响。

在一种实施方式中，该封装层4可以为金属层，例如铝；该封装层4的厚度可以为10-80μm。

具体在制备过程中，本发明不限制热封层2、封装层4、绝缘保护层3、光伏薄膜层1之间的顺序。

例如，可以先在载板上表面设置热封层2，然后依次在热封层2上表面设置封装层4、绝缘保护层3，在封装层4暴露的部分设置光伏薄膜层1，最后将载板脱除，得到本实施例的具有光伏特性的柔性封装膜；

还可以先在载板上表面设置封装层4，然后在封装层4上表面设置光伏薄膜层1，将载板脱除，再在封装层4的下表面设置热封层2，最后在封装层4暴露的部分设置绝缘保护层3，得到本实施例的具有光伏特性的柔性封装膜。

其中，封装层4可以通过粘结或机械压合的方式设置于热封层2的上表面，绝缘保护层3可以通过粘结或机械压合的方式设置于封装层4的上表面；光伏薄膜层1通过粘结层设置于封装层4的上表面，粘结层可以是聚乙烯亚胺类胶黏剂、聚氨酯胶黏剂或三聚氰胺类胶黏剂中的一种或多种，粘结层的厚度为1-20μm。

此外，还可以在光伏薄膜层1的上表面设置聚合物防护层以对光伏薄膜层1进行防护，从而保证光伏薄膜层1中光伏薄膜单元11的光伏性能，延长光伏寿命。能够理解的是，为了保证光伏性能的最大化，该聚合物防护层需要具有良好的透光特性，例如可以是透明的。

在具体制备过程中，上述聚合物防护层也可以在封装完电芯后再进行设置，以进一步保护电芯外层的光伏薄膜单元11。

本发明的具有光伏特性的柔性封装膜不仅能够用于对电芯进行有效封装，并且由于其具有光伏特性，能够在封装电芯的同时赋予封装后的二次电池自充电的性能，因此，利用本发明的具有光伏特性的柔性封装膜能够以更加快速、便捷的方法获得高质量的、具有自充电性能的二次电池。

另一方面，本发明还提供一种二次电池，该二次电池包括上述任一所述的具有光伏特性的柔性封装膜。

具体地，该二次电池是利用上述任一所述的具有光伏特性的柔性封装膜对电芯进行封装获得。

其中，电芯包括正极、负极以及隔膜，具体利用卷绕工艺或叠片工艺对正极、负极以及隔膜进行组装，得到电芯。

在封装过程中，首先将具有光伏特性的柔性封装膜进行冲坑操作，将电芯置于坑内，然后将具有光伏特性的柔性封装膜进行对折，使电芯被包裹在三面开口的区域内部，随后将相对的两面开口进行加热压合热封，注入电解液后再将剩余的一面开口热封，化成、排气后，再进行二次热封，得到本发明的二次电池。如采用的是全固态电池电芯，则不需要电解液的注入。

通过上述封装过程可以发现，利用本发明的具有光伏特性的柔性封装膜对电芯进行封装的方法，与本领域现阶段利用铝塑膜对电芯进行封装的方法相同，因此利用本发明的具有光伏特性的柔性封装膜对电芯进行封装就能够得到具有光伏特性的、高质量的二次电池，不仅简化了具有光伏特性二次电池的制备方法，还能够通过光伏充电实现对电池的充放电机制的调节，比如避免过度放电，从而提高该集成系统的工作效率和使用寿命。

在封装过程中可以使具有光伏特性的柔性封装膜中的光伏薄膜层的光伏薄膜单元与电芯的极耳连接，从而实现电能从具有光伏特性的柔性封装膜向电芯的转移。

具体地，光伏薄膜层的n个光伏薄膜单元互相连接后形成了具有光伏特性的柔性封装膜的第一电极和第二电极，其中第一电极可以通过第一导线与电芯的第一极耳连接，第二电极可以通过第二导线与电芯的第二极耳连接。其中，第一电极可以是正极或负极，对应地，当第一电极为正极时，与第一电极连接的极耳是正极极耳；当第一电极为负极时，与第一电极连接的极耳是负极极耳；

第二电极与第一电极相反，可以是负极或正极，对应地，当第二电极为负极时，与第二电极连接的极耳是负极极耳；当第二电极为正极时，与第二电极连接的极耳是正极极耳。

此外，本发明的二次电池还包括变压单元和/或控制单元。

其中，变压单元设置在绝缘保护层上面，用于调节并稳定具有光伏特性的柔性封装膜向电芯的输入电压，从而有助于使二次电池在正常的工作电压下实现自充电；

控制单元，设置在绝缘保护层上面，用于切断或连通具有光伏特性的柔性封装膜向电芯的电能的转移。

本发明不限制二次电池的类型，例如可以通过电解液以及电机材料的更换使具体为钠离子电池、锂离子电池、锂固态电池、锂硫电池等。

例如，当选用钴酸锂、镍酸锂、锰酸锂、镍钴锰三元材料、镍钴铝三元材料、磷酸铁锂(lfp)、镍锰酸锂、富锂锰基材料中的至少一种作为正极活性材料，人造石墨、硬炭、软炭中的至少一种作为负极材料，二氟磷酸锂(lipf2o2)、二氟双草酸磷酸锂(lidfop)、六氟磷酸锂(lipf6)、双氟磺酰亚胺锂(lifsi)、二氟草酸硼酸锂(lidfob)、双(三氟甲基磺酰)亚胺锂(litfsi)和双草酸硼酸锂(libob)中的一种或多种作为电解液中的锂盐，则利用上述任一所述的具有光伏特性的柔性封装膜进行封装后能够得到具有光伏特性的锂离子电池。

本发明另一方面还提供一种直流电装置，该直流电装置包括上述任一所述的二次电池。

具体地，可以将该二次电池置于直流电装置的靠近外部的部分，从而有利于二次电池的具有光伏特性的柔性封装膜吸收太阳光并转化为电能，从而实现二次电池向直流电装置的电能供给。

本发明不限制直流电装置的具体类型，可以是一切通过直流电输出供给能够进行工作的装置。例如，可以是手机、无人机、路灯、交通信号灯以及电动车等等。

本发明的直流电装置使用上述二次电池，因此该直流电装置具有优异的续航能力以及工作表现。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。