[发明专利]自充电薄膜锂离子电池

说明书

技术领域

本发明涉及一种固态锂离子电池，尤其是涉及一种自充电薄膜锂离子电池。

背景技术

随着电子工业的发展，目前很多微电子设备迫切需要一种体积小、重量轻、比容量高的微型致密电源。以无机化合物材料作为电解质的全固态薄膜锂离子电池可以很好的满足这一要求。

全固态薄膜锂离子电池是锂离子电池发展的最新领域，其厚度可达毫米甚至微米级。全固态薄膜锂离子电池包括阳极薄膜、电解质薄膜、阳极薄膜和基片。

全固态薄膜锂离子电池除了有重量轻、容量密度高、寿命长、抗震、耐冲撞和体积小的优点外，还有以下优点：（1）可根据产品的要求设计成任何形状；（2）可组装在不同材料的基底上；（3）可用标准的沉积条件实现薄膜电池的制备；（4）工作温度窗口宽（-15-150℃）；（5）没有固液接触界面，减小了固液界面电阻；（6）安全系数高，电池工作时没有气体产物。

上述优点使得全固态薄膜锂离子电池成为微电子器件的理想电源。目前有两种微型锂电池能满足上述要求：第一种是以高聚物电解质组装的薄膜锂电池；第二种是全固态无机薄膜锂电池。它们的功率大约在102-103μW·cm^-2，容量大约为103μA·h·cm^-2，工作电位在2-3V。全固态薄膜锂离子电池的可充放次数大约在104次。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有全固态薄膜锂离子电池需要外接电源充电的缺陷，提供一种自充电薄膜锂离子电池，能够应用摩擦发电机产生的电场完成锂离子电池的充电，使用便捷，特别适用于外部电源匮乏的场合使用。

本发明的自充电薄膜锂离子电池，在压力作用下，摩擦发电机会产生交流电，通过充电模块进行整流，使得在整个周期中对锂离子电池进行充电。本发明自充电锂离子电池具有在各种领域中应用的潜能。

为了解决上述技术问题，本发明提供的第一技术方案是，一种自充电薄膜锂离子电池，包括锂离子电池、摩擦发电机和充电模块，该充电模块包括两个交流输入端和两个直流输出端；

其中，所述锂离子电池包括依次层叠设置的电池阳极薄膜，电解质薄膜，以及电池阴极薄膜，所述充电模块的直流正极输出端连接电池阳极薄膜，直流负极输出端连接电池阴极薄膜；

摩擦发电机包括层叠设置的第一电极、第一高分子聚合物层、以及第二电极，在所述第一高分子聚合物层与第二电极之间形成间隙层，第一高分子聚合物层和第二电极相对设置的两个面中的至少一个面上设置有微纳凹凸结构；所述充电模块的两个交流输入端分别连接摩擦发电机的第一电极和第二电极。

前述的自充电薄膜锂离子电池，所述充电模块是单相全波桥式整流电路。

前述的自充电薄膜锂离子电池，所述充电模块包括：

变压模块，其包括两个交流输入端，所述两个交流输入端分别连接摩擦发电机的第一电极和第二电极，变压模块用于降低电压、升高电流；

整流模块，连接变压模块，用于将变压模块处理后的电压或电流脉冲进行整流，以得到单相脉动的直流电；

滤波模块，连接整流模块，用于滤出经过整流后的单相脉动的直流电中剩余的交流成分；以及

稳压模块，用于将经过滤波模块滤波后的单相脉动的直流电变成恒压的（脉动小的、平滑的）直流电；稳压模块包括两个直流输出端，分别连接锂离子电池的电池阳极薄膜和电池阴极薄膜。

前述的自充电薄膜锂离子电池，所述第一高分子聚合物层所用材料选自聚偏氟乙烯、聚酰亚胺薄膜、苯胺甲醛树脂薄膜、聚甲醛薄膜、乙基纤维素薄膜、聚酰胺薄膜、三聚氰胺甲醛薄膜、聚乙二醇丁二酸酯薄膜、纤维素薄膜、纤维素乙酸酯薄膜、聚己二酸乙二醇酯薄膜、聚邻苯二甲酸二烯丙酯薄膜、纤维（再生）海绵薄膜、聚氨酯弹性体薄膜、苯乙烯丙烯共聚物薄膜、苯乙烯丁二烯共聚物薄膜、人造纤维薄膜、聚甲基丙烯酸甲酯薄膜、聚乙烯醇薄膜、聚异丁烯薄膜、聚对苯二甲酸乙二醇酯薄膜、聚乙烯醇缩丁醛薄膜、甲醛苯酚缩聚物薄膜、氯丁橡胶薄膜、丁二烯丙烯共聚物薄膜、天然橡胶薄膜、聚丙烯腈薄膜、丙烯腈氯乙烯共聚物薄膜中的任意一种。

前述的自充电薄膜锂离子电池，所述第一高分子聚合物层表面上设置的微纳凹凸结构为纳米级至微米级的凹凸结构，优选凸起高度50nm-300nm的纳米凹凸结构。