一种直立结构的全固态薄膜锂离子电池极耳引出方法技术

本发明专利技术公开了一种直立结构的全固态薄膜锂离子电池极耳引出方法，包括，在具有正极极耳的基底上利用磁控溅射先后镀上粘附层、正极集流体、正极膜、电解质膜、负极膜、负极集流体；通过绝缘薄膜材料和导电粘结胶或微型连接将具有正极极耳的负极极耳固定在负极集流体上。有益效果是：解决电池在不同基底的极耳引出，该结构能使电池空间利用率最大化；粘附层、正极集流体、电解质镀膜时无需利用模具，负极和负极集流体只需同一模具，方法简单，易实现产业化；直接利用绝缘膜阻挡正极与负极，防止正负极活性及其集流体薄膜边缘接触形成短路，可以不限制全固态薄膜电池的电极材料厚度，既保证了电池的安全性，又可以大大提高单体薄膜锂离子电池容量。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及全固态薄膜锂离子电池的
，特别涉及具有直立结构的全固态薄膜锂离子电池极耳引出方法。
技术介绍
近年来，锂离子电池以其高容量、高工作电压及无记忆效应等优点成为了新型绿色能源与便携电子设备电池的首选，并在动力能源领域得到了巨大的发展。然而，当前商用的锂离子电池由于使用的有机电解液易燃易爆易挥发，存在着一定的安全隐患。采用固态电解质替代有机液态电解液并制备全固态薄膜锂离子电池是解决当前锂离子电池安全问题的根本途径。此外，全固态薄膜锂离子电池相较于当前锂离子电池拥有更高的能量密度、更长的使用寿命，还突破了传统电池形状上的单一性、厚重性，具有超薄、可弯曲、可以在小芯片内集成等特点，可广泛地应用于微型电子器件(如：智能卡、电子标签、微机电系统、集成电路),在可穿戴电子设备、军事、医学、航天领域的用途尤为突出。目前应用最广的结构设计是美国橡树岭实验室BATES等研制出的经典的全固态薄膜电池叠层结构(SolidStateTechnology1993,36(7):59-64)。已有美国CymbetCorpration、InfinitePowerSolutions、FrontsEdgeTechnology、SAKTI3，日本ULVAC，韩国三星等使用这种经典的结构(JournalofAeronauticalMaterials,2014,36(6):1-20)。这种结构极耳引出方式较为简单直接，但是基片的空间利用率低，在一定程度上限制了容量的大小。而直立型结构的全固态薄膜电池最大化的利用了基片面积，并且结构简单，减少了模具的使用，但是这种结构，负极极耳引出极为困难，尤其在电极材料空间利用率很高的情况下，极易出现断路和短路现象。因而开发这种极耳引出方法，是提高单体全固态薄膜锂离子电池能量密度的一种有效方式。
技术实现思路
本专利技术所解决的技术问题是，提供了一种简便易行、低成本、适合工业化生产的极耳引出新方法。本专利技术所采用的技术方案是：一种直立结构的全固态薄膜锂离子电池极耳引出方法，包括步骤：(1)在具有正极极耳的基底上利用磁控溅射先后镀上粘附层、正极集流体、正极膜、电解质膜、负极膜、负极集流体；(2)通过绝缘薄膜材料和导电粘结胶或微型连接将具有正极极耳的负极极耳固定在负极集流体上。所述基底为预留出正极极耳的导电基底，所述基底为不锈钢箔、Al片或铜片，基底为任意厚度。所述基底为聚酰亚胺或云母片不导电基底，基底为任意厚度。所述粘附层为Ti或V金属薄膜；所述集流体为Au、Pt、Cu或Al金属，金属由磁控溅射获得，厚度控制在50～1000nm。所述正极膜为LiMn2O4、LiCoO2、LiNixMn1-xO2(0<x<1)、LiNixCo1-xO2(0<x<1)、LiNi1-x-yCoxMnyO2(0<x<1,0<y<1)或LiNiO2，为二维或三维正极，厚度范围为任意厚度。所述电解质膜包括，晶体形无机固体电解质、玻璃态及无定形无机固体电解质和复合锂离子无机固体电解质，厚度0.1～10μm。所述负极膜为非金属TiO2、Si、Sn和金属Li，厚度0.1～1000μm。所述负极极耳通过绝缘材料薄膜与负极集流体以外的薄膜隔绝。所述绝缘材料薄膜为聚酰亚胺薄膜、聚乙烯薄膜、聚四氟乙烯薄膜或高温聚酯薄膜，厚度为1～1000μm。所述负极极耳材料为镍、铜、铝或不锈钢，负极极耳为“L”形，厚度为10～1000μm；所述负极极耳引出方向为任意方向。所述导电粘结胶包括Ag和铜导电胶。所述微型连接包括共晶键合连接或微型焊接连接。本专利技术的有益效果是：解决了电池在不同基底的极耳引出，该结构能使电池空间利用率最大化；粘附层、正极集流体、电解质镀膜时无需利用模具，而负极和负极集流体只需同一模具，方法简单，节省工序，成本低廉，易实现产业化；直接利用绝缘膜阻挡正极与负极，具有防止正负极活性及其集流体薄膜边缘接触形成短路，可以不限制全固态薄膜电池的电极材料厚度，既保证了电池的安全性，又可以大大提高单体薄膜锂离子电池容量；直接利用导电粘结胶或微焊技术，具有结合力强、导电性优异，具有高重复弯曲的性能；本方法利用的基底和负极极耳均可机械加工获得，极大地提高了产品生产效率。对于提高单体全固态薄膜锂离子电池能量密度问题提供了一种新思路。附图说明图1为本专利技术全固态薄膜电池截面图；图2a至图2i为本专利技术电池极耳引出流程图；图3为本专利技术全固态薄膜电池性能示意图。具体实施方式下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细说明：本专利技术一种直立结构的全固态薄膜锂离子电池极耳引出方法，包括步骤：(1)在具有正极极耳的基底上利用磁控溅射先后镀上粘附层、正极集流体、正极膜、电解质膜、负极膜、负极集流体；(2)通过绝缘薄膜材料和导电粘结胶或微型连接将具有正极极耳的负极极耳固定在负极集流体上。基底为预留出正极极耳的导电基底，所述基底为不锈钢箔、Al片或铜片等导电基底，基底为任意厚度。基底也可以为不导电基底，如，聚酰亚胺或云母片等导电基底，基底为任意厚度；基底优选不锈钢基底。所述粘附层为Ti或V等金属薄膜；所述正极集流体负极集流体为Au、Pt、Cu或Al等金属，粘附层优选Ti，正极集流体、负极集流体优选Pt，金属由磁控溅射技术获得，厚度控制在50～1000nm。所述正极薄膜为LiMn2O4、LiCoO2、LiNixMn1-xO2(0<x<1)、LiNixCo1-xO2(0<x<1)、LiNi1-x-yCoxMnyO2(0<x<1,0<y<1)、LiNiO2，可以是二维或三维正极，厚度范围为任意厚度；正极薄膜优选三维LiMn2O4；固态电解质膜优选LiPON；负极薄膜优选TiO2。所述电解质膜包括，晶体形无机固体电解质、玻璃态及无定形无机固体电解质和复合锂离子无机固体电解质，厚度0.1～10μm。所述负极膜为非金属TiO2、Si、Sn等，也可以是金属Li，厚度0.1～1000μm。所述负极极耳通过绝缘材料薄膜与负极集流体以外的薄膜隔绝。所述绝缘材料薄膜为聚酰亚胺薄膜、聚乙烯薄膜、聚四氟乙烯薄膜或高温聚酯薄膜，厚度为1～1000μm；负极极耳绝缘材料膜优选PE。所述负极极耳材料为镍、铜、铝或不锈钢，负极极耳优选材料为不锈钢箔，负极极耳通过机械加工成“L”形，厚度为10～1000μm；所述负极极耳是在绝缘材料膜的上直接利用物理结合技术，连接极耳和负极集流体，极耳可以从任意一侧引出。所述导电粘结胶包括Ag、铜导电胶等；连接材料优选导电粘结胶，如Ag浆、Cu导电胶。所述微型连接技术包括共晶键合技术或微型焊接技术等，如，电脑精密双针电焊机。指得指出的是，绝缘材料膜在用之前必须利用乙醇超声，获得清洁表面，防止灰尘带来的微短路。实施例1：图1是本专利技术全固态薄膜电池截面图，如图1所示，本专利技术直立结构的全固态薄膜锂离子电池极耳引出的方法，包括不锈钢箔基底1、Ti粘附层2、Pt正极集流体3、LiMn2O4正极4、LiPON电解质5、、TiO2负极6、Pt负极集流体2、负极极耳8、PE绝缘薄膜材料7、银浆9。图2a至图2i是本专利技术电池极耳引出流程图，如图所示，图2a是具有具有正极极耳的不锈钢箔基底；图2b本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种直立结构的全固态薄膜锂离子电池极耳引出方法，其特征在于，包括步骤：(1)在具有正极极耳的基底上利用磁控溅射先后镀上粘附层、正极集流体、正极膜、电解质膜、负极膜、负极集流体；(2)通过绝缘薄膜材料和导电粘结胶或微型连接将具有正极极耳的负极极耳固定在负极集流体上。

【技术特征摘要】
1.一种直立结构的全固态薄膜锂离子电池极耳引出方法，其特征在于，包括步骤：(1)在具有正极极耳的基底上利用磁控溅射先后镀上粘附层、正极集流体、正极膜、电解质膜、负极膜、负极集流体；(2)通过绝缘薄膜材料和导电粘结胶或微型连接将具有正极极耳的负极极耳固定在负极集流体上。2.根据权利要求1所述的直立结构的全固态薄膜锂离子电池极耳引出方法，其特征在于，所述基底为预留出正极极耳的导电基底，所述基底为不锈钢箔、Al片或铜片，基底为任意厚度。3.根据权利要求1所述的直立结构的全固态薄膜锂离子电池极耳引出方法，其特征在于，所述基底为聚酰亚胺或云母片不导电基底，基底为任意厚度。4.根据权利要求1所述的直立结构的全固态薄膜锂离子电池极耳引出方法，其特征在于，所述粘附层为Ti或V金属薄膜；所述集流体为Au、Pt、Cu或Al金属，金属由磁控溅射获得，厚度控制在50～1000nm。5.根据权利要求1所述的直立结构的全固态薄膜锂离子电池极耳引出方法，其特征在于，所述正极膜为LiMn2O4、LiCoO2、LiNixMn1-xO2(0<x<1)、LiNixCo1-xO2(0<x<1)、LiNi1-x-yCoxMnyO2(0<x<1,0<y<1)或LiNiO2，为二维或三维正极，厚度范围...

【专利技术属性】
技术研发人员：夏晖，孙硕，夏求应，昝峰，徐璟，岳继礼，
申请(专利权)人：天津瑞晟晖能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：天津;12