[发明专利]一种高效率、低成本超薄柔性电池设计和制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及印刷涂布技术和超薄柔性电池技术领域，特别涉及一种应用丝网印刷技术批量生产的高效率低成本超薄柔性电池设计和制造方法。

背景技术

丝网印刷是将丝织物、合成纤维织物或金属丝网绷在网框上，采用手工刻漆膜或光化学制版的方法制作丝网印版。印刷时通过刮板的挤压，使油墨通过图文部分的网孔转移到承印物上，形成与原稿一样的图文。现代丝网印刷技术，则是利用感光材料通过照相制版的方法制作丝网印版(使丝网印版上图文部分的丝网孔为通孔，而非图文部分的丝网孔被堵住)。丝网印刷设备简单、操作方便，印刷、制版简易且成本低廉，适应性强。

超薄柔性电池，是用绝缘柔性基体(如纸张，布，塑料等)作为载体的电池，由银、碳等纳米线或锌、二氧化锰等材料制成的特殊墨水，涂在柔性基体上，制成“超薄柔性电池”，成为轻型、高效的新型储能装置。新兴出现的薄型柔性电池，已经在全球受到关注，2006年全球两家公司开发出了纸质电池：以色列Power Paper公司采用一面镀锌、另一面镀二氧化锰的薄层纸作为传导体和隔离器制得厚度不到0.7mm的纸电池；芬兰的Enfucell公司采用同样的材料也制成了超薄柔性电池。Power Paper已于2007年成功的将其产品推向市场，而Enfucell公司也于2009年有相关产品面市。近期，美国加州斯坦福大学用碳纳米管、银纳米线等材料制成可循环使用的超薄柔性电池，制作方法简单易行，并且其功效是锂电池的10倍。但还未能形成商业化的产品。随着微电子市场的逐渐推广，已经在微型标签显示器、智能卡、音乐贺卡、电子报纸、RFID标签以及小功率移动设备供电系统的找到立足之地，并且随着RFID技术的迅速发展，这种超薄柔性电池在未来的潜在市场有望达到几十亿美元。

发明内容

针对背景技术中的问题，本发明目的在于提供一种低成本、高效率制造超薄柔性电池的技术方法，采用丝网印刷技术将电池的两极分别按照所设计的尺寸大小，印刷在柔性衬底的两侧上，接下来将印刷电极的衬底切割成所需的单个电池单元，然后在每个电池单元的两侧分别接上铂或钛等金属良导体薄片作为集电极，最后利用过塑机进行封装，并露出金属电极，以方便外接负载。

为实现上述目的，本发明提供以下技术方案：

一种高效率、低成本超薄柔性电池设计和制造方法，由底层至上层依次为集电极层、Zn电极层、浆层纸和MnO₂电极层，其具体步骤如下：

A)首先将浆层纸浸润于质量分数为30％左右的ZnCl₂或MH₄Cl溶液中，压平烘干；

B)利用丝网印刷技术将负极材料压印在柔性衬底上，制版后，将正极材料通过刮板的挤压，使浆料通过图文部分的网孔转移到浆层纸上；

C)待浆层纸烘干整平后，将正极材料通过刮板的挤压，使浆料通过图文部分的网孔转移到浆层纸另一面上，正好对应于正极材料；

D)按设计尺寸通过纵向和横向切割步骤来切层以形成产品，其中浆层纸层具有比印刷电极材料大的面积；

E)分别将正负极层连接化学性质稳定并且不与电极材料以及电解质反应的金属材料作为集电极。

作为本发明的优选方案，所述步骤A中，电解质溶液主要成分为ZnCl₂或NH₄Cl，待烘干压平后分别印刷正负极材料。

作为本发明的优选方案，所述步骤B中，负极材料由Zn粉以及具有添加剂的电解质溶液的混合浆料组成，添加剂为聚四氟乙烯，以便将电极颗粒粘合到浆料中。

作为本发明的优选方案，所述步骤C中，正极材料由γ-MnO₂粉末以及具有添加剂的电解质溶液的混合浆料组成，所述添加剂为聚四氟乙烯和炭黑或碳纳米管或其他非活性的导电物质。

作为本发明的优选方案，所述步骤E中，集电极材料选择铂金箔。

本发明所带来的有益效果是：使用本发明所述设计和制造方法生产的产品具有成本低、超轻薄、持续稳定、耐久性高以及性能优异等优点，并且，可实现大批量、无污染、易产业化等优越的生产方案，即超薄柔性电池的高效、清洁制造。

附图说明

图1是本发明的超薄柔性电池单元结构原理示意图；

图2是本发明的电池单元的产品结构示意图。

图中标号为：

1-正电极层  2-隔离层  3-负电极层

具体实施方式

下面对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。