制造成型有机电荷存储单元的方法技术

本发明专利技术涉及制造成型的有机电荷存储单元，尤其是二次电池的方法，该电荷存储单元的电极包含有机氧化还原活性聚合物，且其包括聚合物固体电解质。本发明专利技术还涉及该成型的有机电荷存储单元本身。与传统折叠式电荷存储单元比较，本发明专利技术的电荷存储电源相比于现有技术的成型电池表现出更大的耐变形性，且其表现出较低的电容量下降与在成型过程中断裂减少的趋势。电容量下降与在成型过程中断裂减少的趋势。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】制造成型有机电荷存储单元的方法
[0001]本专利技术涉及制造成型有机电荷存储单元的方法，尤其是制造二次电池所述的方法，其电极包含有机氧化还原活性聚合物，且其包括聚合物固体电解质。本专利技术还涉及该成型有机电荷存储单元本身。与现有技术的成型有机电荷存储单元比较，本专利技术的电荷存储单元显示更大的耐变形性，这表现为在成型过程中断裂的趋势降低。

技术介绍

[0002]电荷存储单元，例如二次电池，在暴露于高机械应力的领域中具有多种用途。
[0003]例如，在以患者为中心的实验室诊断领域中需要电池，其中电池被施加至柔性基材，例如纸、纺织品或绷带材料。
[0004]在体育界还需要电子测量装置，它们测量各种身体功能，例如心跳、燃烧的卡路里等，并由运动人员穿戴在身体上。因为它们被穿戴在身体上，并且当它们被施加至织物上，例如由于穿戴者的运动而经受机械剪切力和冲击时，这种测量装置和其中包含的电池需要高的机械稳定性和小的空间需求。
[0005]此外，在消费品和电气工业中，也需要被施加至柔性基材并且可以被成型而不失去其功能的能力的电池。例如，对于电子玩具、电子乐器或电子玩物(electronic joke)制品的外壳就是这种情况。
[0006]包装材料的制造通常需要通过拉伸或压缩使制品变形，如果它们不具有足够的机械耐久性，这也会影响施加至其上的电极。
[0007]为了这些目的，现有技术描述了各种耐久的且可成型的电荷存储单元。
[0008]WO 2015/160944 A1描述了一种施加于纸的基于金属的电池，其可用于可穿戴电子设备。
[0009]WO 2015/100414 A1描述了一种可被施加于例如包装材料的可成型锂离子电池。
[0010]然而，现有技术中描述的这些电池具有的缺点是它们对与上述应用相关的机械应力不具有良好的耐受性。另外，例如，WO2015/160944A1中描述的电池是不能再充电的一次电池。WO2015/100414A1中描述的电池难以制造，并且该电池含有重金属和可容易地泄露的有毒液体电解质。
[0011]因此，需要没有上述问题且以高机械耐久性为特征的柔性的、耐用的电荷存储单元。还需要具有高容量的有效的有机电荷存储单元。
[0012]专利技术详述
[0013]现在已经发现解决这些问题的制造成型有机电荷存储单元的方法。
[0014]即，已经令人惊讶地发现，有机氧化还原活性聚合物具有高机械稳定性，因此特别适用于成型的、尤其是折叠的有机电荷存储单元。与聚合物电解质的组合尤其有助于柔性和机械耐久性。因此，根据本专利技术的电荷存储单元是可印刷的，可快速制造的，并且由于其可成型性而确保所提供的空间有更好的利用。
[0015]尤其是对比于折叠的基于金属的电荷存储单元，观察到了改善的机械稳定性，与根据本专利技术的基于有机氧化还原聚合物的电池相比，该折叠的基于金属的电荷存储单元在
制造过程中更经常破裂。
[0016]此外，根据本专利技术的电荷存储单元是有机的，因此可以用于与现有技术的基于金属的电池接近的与健康有关的应用领域。根据本专利技术的电荷存储单元还具有高容量的特征。
[0017]1.第一方面：制造成型有机电荷存储单元的方法
[0018]在第一方面，本专利技术涉及一种制造成型有机电荷存储单元L
org
的方法，该成型有机电荷存储单元优选是二次电池，所述方法包括以下步骤：
[0019]a)将包含至少一种有机氧化还原活性聚合物P
redox1
、至少一种导电性添加剂L1、至少一种溶剂Solv1、任选存在的至少一种粘合剂添加剂B1和任选存在的至少一种离子液体IL1的混合物M1施加至基材S1；
[0020]B)至少部分地移除溶剂Solv1，
[0021]以获得施加至基材S1的电极E1；
[0022]c)将聚合物电解质P
el
施加至电极E1；
[0023]d)将包含至少一种有机氧化还原活性聚合物P
redox2
、至少一种导电性添加剂L2、至少一种溶剂Solv2、任选存在的至少一种粘合剂添加剂B2和任选存在的至少一种离子液体IL2的混合物M2施加至聚合物电解质P
el
；
[0024]e)至少部分地移除溶剂Solv2，
[0025]以获得施加至聚合物电解质P
el
的电极E2；
[0026]f)将基材S2施加至电极E2；
[0027]以获得有机电荷存储单元L
org
；
[0028]其特征在于：
[0029]g)在基材S1的被电极E1覆盖的区域中成型基材S1，以获得成型的有机电荷存储单元L
org
。
[0030]根据本专利技术的方法能够制造有机电荷存储单元，其已经被成型，并且与常规成型的电荷存储单元相比可以以更通用的方式使用。这使得由根据本专利技术的方法制备的电荷存储单元能够用于非平面表面上，例如当电池必须安装在角落上或凹面或凸面的表面上时。因此，本专利技术为安装具有高抗断裂性的电荷存储单元开辟了新的节省空间的选择，例如在包装、玩具、实验室诊断、绷带材料、化妆品、衣服，尤其是运动服、水族设备(用于较小水族箱的过滤器、加热器、电子温度计)、乐器中。正在寻求节省空间解决方案的另一使用领域是智能电话或电视用品，尤其是具有柔性表面/显示器的那些设备，其因此还需要确保和容忍相应的柔性的电荷存储单元。对于这些应用领域，也可以使用根据本专利技术的电荷存储单元L
org
。
[0031]1.1根据本专利技术的方法的步骤(a)
[0032]在本专利技术的第一方面中的根据本专利技术的方法的步骤a)中，将包含至少一种有机氧化还原活性聚合物P
redox1
、至少一种导电性添加剂L1、至少一种溶剂Solv1、任选存在的至少一种粘合剂添加剂B1和任选存在的至少一种离子液体IL1的混合物M1施加至基材S。
[0033]1.1.1基材S1[0034]基材S1尤其是选自导电材料，优选选自金属、碳材料、氧化物物质。这些导电材料可以靠其自身形成基材S1，或者如在本专利技术中优选的，可被施加于非导电材料，例如特别地
施加于选自以下组中的材料：塑料，尤其是聚对苯二甲酸乙二醇酯(＝PET)或聚氨酯、纺织品、纤维素，尤其是纸、木材。有用的基材S1包括涂覆有碳纳米管(CNT)的纤维素纤维(其制造描述于WO 2015/100414的[0104]，[0105]段中)。
[0035]进一步优选的基材S1是金属箔。
[0036]优选适合作为基材S1、且也可以以纳米颗粒或箔的形式使用的金属选自银、铂、金、铁、铜、铝、锌或这些金属的组合。适合作为基材的优选的碳材料选自炭黑、玻璃状碳、石墨箔、石墨烯、碳皮、碳纳米管(CNT)。适合作为基材S1的优选的氧化物物质例如选自铟锡氧化物(ITO)、铟锌氧化物(IZO)、锑锌氧化物(AZO)、氟锡氧化物(FTO)或锑锡氧化物(ATO)、氧化本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于制造成型的有机电荷存储单元L
org
的方法，包括以下步骤：a)将包含至少一种有机氧化还原活性聚合物P
redox1
、至少一种导电性添加剂L1、至少一种溶剂Solv1、任选存在的至少一种粘合剂添加剂B1和任选存在的至少一种离子液体IL1的混合物M1施加至基材S1，b)至少部分移除所述溶剂Solv1，以获得施加至所述基材S1的电极E1；c)将聚合物电解质P
el
施加至所述电极E1；d)将包含至少一种有机氧化还原活性聚合物P
redox2
、至少一种导电性添加剂L2、至少一种溶剂Solv2、任选存在的至少一种粘合剂添加剂B2和任选存在的至少一种离子液体IL2的混合物M2施加至所述聚合物电解质P
el
；e)至少部分地移除所述溶剂Solv2，以获得施加至所述聚合物电解质P
el
的电极E2；f)将基材S2施加至所述电极E2；以获得有机电荷存储单元L
org
；其特征在于：g)在所述基材S1的被所述电极E1覆盖的区域中成型所述基材S1，以获得成型的有机电荷存储单元L
org
。2.根据权利要求1所述的方法，其中步骤(g)以这样的方式进行，使得在所述基材S1的被所述电极E1覆盖的区域中形成至少一个凹面、或至少一个凸面或至少一个边缘。3.根据权利要求1或2所述的方法，其中步骤(a)中的所述基材S1是平面的。4.根据权利要求1
‑
3中任一项所述的方法，其中所述基材S1为选自塑料、碳、金属、金属氧化物、纸、纤维素、纺织品、木材中的至少一种。5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中所述有机氧化还原活性聚合物P
redox1
和P
redox2
各自独立地选自聚酰亚胺和包含m个通式(III)的单元的聚合物：其中m是整数≥4的整数，W是重复单元，Sp是有机间隔基，R
X
是有机氧化还原活性基团，其中在式(III)的单元中由(i)标识的键与在式(III)的相邻单元中由(ii)标识的键结合。6.根据权利要求5所述的方法，其中所述有机氧化还原活性聚合物P
redox1
和P
redox2
各自独立地是包含m个通式(III)的单元的聚合物，其中R
X
选自通式(III
‑
A)、(III
‑
B)、(III
‑
C)、(III
‑
D)、(III
‑
E)、(III
‑
F)的化合物，其中
并且其中，在所述结构(III
‑
A)、(III
‑
B)和(III
‑
C)中，至少一个芳族碳原子可以被选自烷基、卤素基、烷氧基、羟基的基团取代。7.根据权利要求5所述的方法，其中所述有机氧化还原活性聚合物P
redox1
和P
redox2
各自独立地是选自结构(IV
‑
1)、(IV
‑
2)、(IV
‑
3)、(IV
‑
4)、(IV
‑
5)、(IV
‑
6)、(IV
‑
7)、(IV
‑
8)、(IV
‑
9)的聚酰亚胺：
其中每个n为≥4的整数，并且在所述结构(IV
‑
1)、(IV
‑
2)、(IV
‑
3)、(IV
‑
4)、(IV
‑
5)、(IV
‑
6)、(IV
‑
7)、(IV
‑
8)、(IV
‑
9)中，由(iv)所标识的键在每种情况下与由(v)所标识的键结合，并且其中Ar
I
、Ar
II
各自独立地为具有至少一个芳基的烃基，并且其中在所述结构(IV
‑
1)、(IV
‑
2)、(IV
‑
3)、(IV
‑
4)、(IV
‑
5)、(IV
‑
6)、(IV
‑
7)、(IV
‑
8)、(IV
‑
9)中，至少一个芳族碳原子可以被选自烷基、卤素、烷氧基、OH的基团取代，优选被卤素、OH取代。8.根据权利要求5或6所述的方法，其中所述结构(III)中的W基选自结构(W1)、(W2)、(W3)：其中在每种情况下，所述式(W1)、(W2)、(W3)的单元中由(i)标识的键与所述式(W1)、(W2)或(W3)的相邻单元中由(ii)标识的键结合，其中由(iii)标识的键表示指向Sp的键，并且其中R
W1
、R
W2
、R
W3
、R
W4
、R
W5
、R
W6
、R
W7
独立地选自氢、烷基、卤代烷基、
‑
COOR
W8
，其中R
W8
＝H或烷基，且所述结构(III)中的Sp选自...

【专利技术属性】
技术研发人员：S，
申请(专利权)人：赢创运营有限公司，
类型：发明
国别省市：