一种芯片与电池一体化集成方法及设备与流程

1.本发明涉及电池制造技术领域，特别是一种芯片与电池一体化集成方法及设备。


背景技术：

2.全球气候变化和人们对能源日益增长的需求促进了绿色能源特别是电池技术的飞速发展。电池通常由正极、负极、隔膜、电解液等构成，是能将化学能转化成电能的装置。电池的应用领域非常广泛，在现代社会生活中的各个方面发挥着巨大作用。
3.另一方面，5g的到来，将会加速物联网的发展，对媒体网络、移动网络、物联网网络、数据中心产生巨大的冲击，世界正步入物联网时代，随着物联网技术的逐渐普及，与物联网芯片或终端相匹配的电池需求也在不断增加。与传统电器不同，物联网器件大多应用于感应、无线连接场景，需要随时支持信号在设备间快速连接，同时物联网器件趋向于小型化、微型化，这对芯片及电池的结构设计带来了新的挑战。
4.常规的物联网器件大多分开设计、分开制造、分开装配，不仅不利于物联网器件的小型化，更有悖于智能高速制造的发展趋势。有鉴于此，需要将芯片与电池进行一体化流水线生产，提升生产效率的同时实现物联网器件的小型化、微型化。


技术实现要素：

5.为解决现有技术中存在的问题，本发明的目的是提供一种芯片与电池一体化集成方法及设备，在芯片导电外壳上连续不间断地制备为芯片供电的电池，最大化利用pcb电路板空间的同时实现芯片与电池的一体化流水线生产，实现物联网器件的小型化、微型化的同时提升了生产效率。
6.为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
7.一种芯片与电池一体化集成方法，包括以下几个步骤：
8.步骤a、将正极材料浆料在芯片导电外壳表面均匀打印或涂覆成正极膜，并烘干处理；
9.步骤b、正极膜上依次盖上隔膜、负极材料，构成电池“三明治结构”；
10.步骤c、在电池“三明治结构”上盖上底座带有密封圈的电芯外壳，并在密封圈与芯片导电外壳接触处打上绝缘热熔胶固定；
11.步骤d、分别连接正、负极连接线至pcb印刷电路板。
12.作为本发明的进一步改进，所述正极材料浆料的厚度为:0.05微米～2000微米，打印或涂敷正极材料浆料的设备为丝网印刷机、盲板印刷机、涂布机、喷墨打印机、喷射阀点胶机、螺杆阀点胶机中的一种或几种。
13.作为本发明的进一步改进，所述步骤a中烘干处理的温度为60～110℃，时间为18～24小时。
14.作为本发明的进一步改进，所述隔膜为聚乙烯隔膜、聚丙烯隔膜或固态电解质。
15.作为本发明的进一步改进，所述固态电解质聚为聚合物固态电解质、氧化物固态
电解质或硫化物固态电解质。
16.作为本发明的进一步改进，所述负极材料为金属锂、钛酸锂、石墨或硅碳。
17.作为本发明的进一步改进，所述热熔胶采用厌氧胶、密封胶、ab胶、uv胶、快干胶、340胶水、耐高温胶水中的一种或多种。
18.本发明采用的技术方案还包括：
19.一种芯片与电池的集成设备，包括pcb印刷电路板、芯片导电外壳、电芯本体、电芯外壳、密封圈、热熔胶和连接线，电芯本体为由正极、隔膜和负极依次组成的电池“三明治结构”，隔膜位于正极和负极之间，正极设置于芯片导电外壳外，电芯外壳盖合于电芯本体上，通过密封圈与芯片导电外壳相连接，密封圈与芯片导电外壳、电芯外壳的接触处设置有热熔胶，通过热熔胶进行固定，正、负极连接线分别与pcb印刷电路板相连接。
20.作为本发明的进一步改进，所述电芯外壳为不锈钢制作而成。
21.本发明的有益效果是：
22.本发明的一种芯片与电池的集成方法及其设备，省去了正极材料的集流体，优化了芯片和电池的整体结构，易于实现芯片与电池的一体化流水线生产，提升生产效率的同时实现物联网器件的小型化、微型化；还通过控制正极材料浆料及印刷或喷涂设备的各项参数从而调控正极的电化学性能，满足不同功能芯片的供电需求，提高了适用性。
附图说明
23.图1为本发明实施例7中一种芯片与电池的集成设备的结构示意图。
24.附图标记：1
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pcb印刷电路板；2
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芯片导电外壳；3
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正极；4
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隔膜；5
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负极；6
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电芯外壳；7
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密封圈；8
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热熔胶。
具体实施方式
25.下面结合附图对本发明的实施例进行详细说明。
26.本发明提供一种芯片与电池一体化集成方法，包括以下几个步骤：
27.a、将正极材料浆料在芯片导电外壳表面均匀打印或涂覆成一定形状、一定厚度的膜并烘干，得到表面固化有正极的芯片导电外壳；
28.其中，打印或涂敷正极材料浆料的设备可以是丝网印刷机、盲板印刷机、涂布机、喷墨打印机、喷射阀点胶机、螺杆阀点胶机等，且并不限于使用其中的一种或几种。正极材料浆料均匀涂敷，涂敷厚度为:0.05微米～2000微米，优选为0.1微米、1微米、2微米、10微米、100微米、200微米、1000微米等，但并不仅限于所列举的数值，以上各数值范围内其他未列举的数值同样适用。正极材料浆料涂敷在芯片导电外壳表面后置于烘箱中烘干的温度为60～110℃，优选为60℃、65℃、70℃、75℃、80℃、85℃、90℃、95℃、100℃等，但并不仅限于所列举的数值，以上各数值范围内其他未列举的数值同样适用；烘干时间为18～24小时，优选为18h、18.5h、19h、20h、21h、22h或23h等，但并不仅限于所列举的数值，以上各数值范围内其他未列举的数值同样适用。
29.b、在步骤a所述正极上依次盖上隔膜、负极材料，构成电池“三明治结构”；
30.其中，隔膜可采用常用的聚乙烯隔膜和聚丙烯隔膜等，或固态电解质。
31.固态电解质可以为：聚合物固态电解质，如peo固态聚合物、聚碳酸酯、聚烷氧基、
聚合物锂单离子导体基等；氧化物固态电解质,如nasicon、lisicon、lipon等；硫化物固态电解质，如thio
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lisicon、lgps、li
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aegyrodite等。
32.负极材料包括金属锂、钛酸锂、石墨、硅碳等。
33.c、在上述电池“三明治结构”上盖上底座带有密封圈的电芯外壳，并在密封圈与芯片导电外壳接触处打上绝缘热熔胶固定；
34.其中，电芯外壳的底座带有密封圈或其他绝缘材料，以防电池短路；“底座带有密封圈的电芯外壳”，可以是不同型号的扣式电池负极壳。绝缘热熔胶可采用厌氧胶、密封胶、ab胶、uv胶、快干胶、340胶水、耐高温胶水中的至少一种或多种。
35.d、分别连接正、负极连接线至pcb印刷电路板，包括通过焊接方式将导线两端分别焊接到正负极和电路板，以及插入式和贴片式等方法，即成为芯片与电池一体化集成设备。
36.实施例1
37.本发明实施例提供一种芯片与电池一体化集成方法，包括以下几个步骤：
38.步骤a1、通过盲板印刷机将含有二氧化锰的正极材料浆料在芯片导电外壳表面均匀涂成方形膜，厚度通过盲板印刷机控制为800微米，并于100℃真空干燥22小时，得到表面固化有正极片的芯片导电外壳；
39.步骤b1、在步骤a1所述的正极片上依次盖上电解液浸润的聚乙烯隔膜、锂片负极材料，构成电池“三明治结构”；
40.步骤c1、在步骤b1所述的电池“三明治结构”上盖上带有密封圈的电芯外壳并在四周打上厌氧胶固定；
41.步骤d1、分别连接正、负极连接线至pcb电路板，即成为芯片与电池一体化集成设备。
42.实施例2
43.本发明实施例提供一种芯片与电池一体化集成方法，包括以下几个步骤：
44.步骤a2、通过喷墨打印机将含有钴酸锂的正极材料浆料在芯片导电外壳表面均匀喷涂成圆形膜，厚度通过喷墨打印机控制为10微米，并于60℃真空干燥18小时，得到表面固化有正极片的芯片导电外壳；
45.步骤b2、在步骤a2所述的正极片上依次盖上电解液浸润的聚乙烯隔膜、硅碳负极材料，构成电池“三明治结构”；
46.步骤c2、在步骤b2所述的电池“三明治结构”上盖上扣上电池负极壳并在四周打上耐高温胶水固定；
47.步骤d2、分别连接正负极连接线至pcb电路板，即成为芯片与电池一体化集成设备。
48.实施例3
49.本发明实施例提供一种芯片与电池一体化集成方法，包括以下几个步骤：
50.步骤a3、通过丝网印刷机将含有磷酸铁锂的正极材料浆料在芯片导电外壳表面均匀涂成圆形膜，厚度通过丝网印刷机模板控制为600微米，并于90℃真空干燥21小时，得到表面固化有正极片的芯片导电外壳；
51.步骤b3、在步骤a3所述的正极片上依次盖上电解液浸润的聚丙烯隔膜和石墨负极材料，构成电池“三明治结构”；
52.步骤c3、在步骤b3所述的电池“三明治结构”上盖上扣上电池负极壳并在四周打上密封胶固定；
53.步骤d3、分别连接正负极连接线至pcb电路板，即成为芯片与电池一体化集成设备。
54.实施例4
55.本发明实施例提供一种芯片与电池一体化集成方法，包括以下几个步骤：
56.步骤a4、通过喷射阀点胶机将含有三元nmc的正极浆料在芯片导电外壳表面均匀喷涂成方形膜，厚度通过点胶量控制为100微米，并于70℃真空干燥19小时，得到正极片固化在芯片导电外壳表面；
57.步骤b4、在上述正极片上依次盖上固态电解质和锂片负极材料，构成电池“三明治结构”；
58.步骤c4、在上述电池“三明治结构”上盖上底座带有密封圈的电芯外壳并在四周打上ab胶固定；
59.步骤d4、分别连接正负极连接线至pcb电路板，即成为一体化结构的芯片
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电池。
60.实施例5
61.本发明实施例提供一种芯片与电池一体化集成方法，包括以下几个步骤：
62.步骤a5、通过螺杆阀点胶机将含有三元nca的正极浆料均匀喷涂在芯片导电外壳表面，厚度通过点胶量控制为200微米，并于80℃真空干燥2小时，得到正极片固化在芯片导电外壳表面；
63.步骤b5、在上述正极片上依次盖上电解液浸润的聚乙烯隔膜和锂片负极材料，构成电池“三明治结构”；
64.步骤c5、在上述电池“三明治结构”上盖上底座带有密封圈的电芯外壳并在四周打上快干胶固定；
65.步骤d5、分别连接正负极连接线至pcb电路板，即成为一体化结构的芯片
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电池。
66.实施例6
67.本发明实施例提供一种芯片与电池一体化集成方法，包括以下几个步骤：
68.步骤a6、通过涂布机将含有锰酸锂的正极浆料均匀涂在芯片导电外壳表面，厚度通过涂布机刮刀高度控制为1000微米，并于110℃真空干燥23小时，得到正极片固化在芯片导电外壳表面；
69.步骤b6、在上述正极片上依次盖上电解液浸润的聚丙烯隔膜和石墨负极材料，构成电池“三明治结构”；
70.步骤c6、在上述电池“三明治结构”上盖上底座带有密封圈的电芯外壳并在四周打上耐高温胶水固定；
71.步骤d6、分别连接正负极连接线至pcb电路板，即成为一体化结构的芯片
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电池。
72.实施例7
73.如图1所示，本发明实施例提供一种芯片与电池的集成设备，可通过上述实施例1
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6任一的方法制作而成，包括：pcb印刷电路板1、芯片导电外壳2、电芯本体、电芯外壳6、密封圈7、热熔胶8和连接线，电芯本体为由正极3、隔膜4和负极5依次组成的电池“三明治结构”，其中，隔膜位于正极和负极之间，正极设置于芯片导电外壳外表面，电芯外壳盖合于电芯本
体上，并通过密封圈与芯片导电外壳相连接，作为优选，电芯外壳为不锈钢制作而成；密封圈与芯片导电外壳、电芯外壳的接触处设置有热熔胶，通过热熔胶对其进行固定。正、负极连接线分别与pcb印刷电路板相连接，以此实现芯片与电池的集成。
74.本发明提供的一种芯片与电池的集成方法及其设备，省去了正极材料的集流体，优化了芯片和电池的整体结构，易于实现芯片与电池的一体化流水线生产，提升生产效率的同时实现物联网器件的小型化、微型化；此外，通过控制正极材料浆料及印刷或喷涂设备的各项参数从而调控正极的电化学性能，可满足不同功能芯片的供电需求。
75.综上所述，在阅读本详细公开内容之后，本领域技术人员可以明白，前述详细公开内容可以仅以示例的方式呈现，并且可以不是限制性的。尽管这里没有明确说明，本领域技术人员可以理解本技术意图囊括对实施例的各种合理改变，改进和修改。这些改变，改进和修改旨在由本技术提出，并且在本技术的示例性实施例的精神和范围内。
76.最后，应理解，本文公开的申请的实施方案是对本技术的实施方案的原理的说明。其他修改后的实施例也在本技术的范围内。因此，本技术披露的实施例仅仅作为示例而非限制。本领域技术人员可以根据本技术中的实施例采取替代配置来实现本技术中的申请。因此，本技术的实施例不限于申请中被精确地描述过的实施例。