柔性一体化太阳电池/锂离子电池薄膜复合电池的制备方法技术

本发明专利技术涉及一种柔性一体化太阳电池/锂离子电池薄膜复合电池的制备方法。本发明专利技术属于电能源技术领域。柔性一体化太阳电池/锂离子电池薄膜复合电池的制备方法，采用同一柔性薄膜衬底，分别位于柔性薄膜衬底的正反两面；制备过程：1)制备柔性薄膜太阳电池；2)制备柔性薄膜太阳电池/锂离子电池一体化电池：太阳电池一侧掩膜保护，另一侧整体溅射一层铝膜、涂覆一层正极材料；PI/Cu复合薄膜涂覆一层负极材料，热压形成一个整体；电解液加入柔性锂离子电池，电池整体封装；柔性薄膜太阳电池和柔性薄膜锂离子电池分别连接柔性电源控制器。本发明专利技术具工艺稳定、操作方便，产品为真正柔性一体化电池，重量轻，携带方便，高比能量，能适应不同安装面等优点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于电能源
，特别是涉及一种柔性一体化太阳电池/锂离子电池薄膜复合电池的制备方法。
技术介绍
目前，柔性一体化太阳电池/锂离子电池薄膜复合电池是一种新型电源，具有柔性，能适应不同的安装面，便于携带等特点，利用薄膜太阳电池给锂电池充电，因此具有自充电功能，能长时间、远距离为电子设备供电。已知的太阳电池/锂电池一体化电源系统由太阳能电池、蓄电池和电源控制器组成，其中太阳能电池、蓄电池和电源控制器均为非柔性刚性结构或只有太阳能电池为柔性结构。专利CN103280846A“一种柔性光伏一体化电源系统”中太阳电池为具有柔性背板，采用柔性衬底制备的非晶硅叠层内联薄膜太阳电池。蓄电池和电源控制器均为非柔性结构，太阳电池和蓄电池各自独立封装，电源控制器和太阳电池、蓄电池用电缆连接，非真正一体化电源系统，具有重量大，体积大，携带不方便，安装受限等缺点，因此应用范围有限，存在某些特殊场合无法应用等技术问题。
技术实现思路
本专利技术为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种柔性一体化太阳电池/锂离子电池薄膜复合电池的制备方法。本专利技术的目的是提供一种产品为真正柔性一体化电池，具有重量轻，携带方便，高比能量，能适应不同安装面，使用范围广等特点的柔性一体化太阳电池/锂离子电池薄膜复合电池的制备方法。本专利技术太阳电池和锂离子电池采用同一柔性薄膜衬底，分别位于柔性薄膜衬底的正反两面，柔性电源控制器分别连接柔性太阳电池与柔性锂离子电池，控制太阳电池对锂离子电池充电及锂离子电池对外接负载放电。首先制备柔性薄膜太阳电池，具体制备步骤参照专利CN101459200A“柔性铜铟镓硒薄膜太阳电池及其吸收层的制备方法”所述方法制备柔性薄膜铜铟镓硒太阳电池，柔性衬底优选聚酰亚胺薄膜。柔性太阳电池制备完成后，采用共衬底技术在聚酰亚胺薄膜另一侧，即没有铜铟镓硒太阳电池的一侧用磁控溅射方法整体溅射一层铝薄膜，铝膜厚度约为5-10μm。在铝膜手动上涂覆一层锂离子电池正极材料薄膜，在铝膜的四边各留2-10mm的空白。将带胶铝极耳用热压机固定于预留的铝膜空白处。正极薄膜包括正极材料，导电剂和粘结剂，正极材料为钴酸锂、锰酸锂、层状三元材料或磷酸铁锂其中之一，导电剂为乙炔黑、SP或KS系列导电剂其中之一或两种以上，粘结剂为PVDF。柔性锂离子电池的负极集流体选用铜箔与柔性薄膜的复合材料，柔性薄膜材料为尼龙、PET或聚酰亚胺薄膜，优选聚酰亚胺(PI)薄膜。铜箔/PI复合薄膜厚度为20-100微米，在其上手动涂覆一层锂离子电池负极薄膜，在左、右、下三边各留5-10mm空白，在上边预留极耳处留10-20mm空白，用裁刀或手术刀将预留极耳的多余部分裁掉，做出柔性锂离子电池负极极耳。负极薄膜包括负极材料，导电剂和粘结剂，负极材料为石墨、硬碳或尖晶石钛酸锂其中之一，导电剂为乙炔黑、SP或KS系列导电剂其中之一或两种以上，粘结剂为PVDF。用锂离子电池隔膜完全覆盖负极材料薄膜，隔膜可为PP单层膜，PP/PE/PP三层复合膜，陶瓷涂层隔膜其中之一。用热熔胶压住隔膜边缘约1-2mm，用热压机将隔膜/热熔胶/铜箔/PI复合薄膜的四边都热合在一起，热合温度为140-160℃，热合时间2-5秒。注意，热熔胶四边宽度最好大于铜箔/PI复合薄膜边缘1-2mm。热熔胶可以是单层的马来酸或丙烯酸改性PP热熔胶，也可以是锂离子电池中通用的三层复合PP材质的白色、黄色、黑色极耳胶。热熔胶的宽度范围4-10mm，厚度范围为30-100μm。将粘好隔膜和热熔胶的柔性衬底负极薄膜与正极薄膜调整好相对位置，用封边机将左、右、下三边正负极薄膜热合在一起，热合温度160-200℃，热合时间3-10秒钟，留上边极耳处不封。将柔性一体化电池整体移入手套箱中，注入配制好的聚合物凝胶电解液，充分浸润后抽出多余电液，常温在手套箱中放置2-4小时，或加热30-60℃放置1-3小时，然后在惰性气氛保护下移出手套箱。在干燥气氛下(如干燥间中，相对湿度<1％)，置于真空封口机中，使用透光性好的柔性聚酯薄膜，在抽真空和一定压力下将柔性一体化电池一体热合封装，热合温度150-200℃，热合时间3-10秒钟。聚合物凝胶电解液主要由电解质锂盐、有机溶剂、聚合单体、交联剂和引发剂组成。电解质锂盐为六氟磷酸锂(LiPF6)和高氯酸锂(LiClO4)的一种或两者混合物；有机溶剂为碳酸酯类有机溶剂，包括碳酸乙烯酯(EC)、碳酸二甲酯(DMC)、碳酸甲乙酯(EMC)；聚合单体为甲基丙烯酸甲酯(MMA)，丙烯腈(AN)、环氧乙烷(EO)、四氟乙烯(VDF)四种之中的一种；交联剂为正己基丙烯酸酯；引发剂为偶氮二异丁腈、过氧化二苯甲酰、过氧化二碳酸异丙酯中的一种或两种以上。柔性电源控制器采用柔性电路板(FPC)来设计，FPC柔性电路板以聚酰亚胺或聚酯膜为基材制成，具有可靠性高，绝佳的可挠性，重量轻，厚度薄等优点，可以方便的与薄膜太阳电池和薄膜锂离子电池进行复合，从而实现一体化电源系统的整体柔性化。其设计方案为充电及放电采用MOS功率管作为开关控制元件，MOS管的控制采用由晶体构成的互锁结构进行驱动，电压点控制采用由低功耗运放构成的电压比较器实现。为了减小控制器厚度，所有器件采用贴片封装。电源控制器外形可根据电池及安装要求进行灵活设计，可最大限度满足不同电子设备的使用需求。将柔性聚合物锂离子电池和柔性薄膜铜铟镓硒太阳电池分别连接柔性电源控制器，有太阳光照时，由太阳电池给锂离子电池充电同时给外接负载供电，当太阳光照不足或没有时，由锂离子电池对外接负载供电，实现了该柔性电源系统的自充电功能，可以长时间、远距离、独立为电子设备提供电能源；该电源系统整体采用柔性材料，易弯曲，外形设计可以更灵活方便，可以适应不同形状的安装面或附着面，大大拓展了该电源的应用范围。本专利技术柔性一体化太阳电池/锂离子电池薄膜复合电池的制备方法所采取的技术方案是：一种柔性一体化太阳电池/锂离子电池薄膜复合电池的制备方法，其特点是：柔性一体化太阳电池/锂离子电池薄膜复合电池的太阳电池和锂离子电池采用同一柔性薄膜衬底，分别位于柔性薄膜衬底的正反两面；柔性电源控制器分别连接柔性太阳电池与柔性锂离子电池；在柔性薄膜衬底上制备太阳电池后，再在同一柔性薄膜衬底的反面制备锂离子电池，其制备过程包括：1)制备柔性薄膜太阳电池柔性衬底聚酰亚胺薄膜上制备柔性薄膜铜铟镓硒太阳电池；3)制备柔性薄膜太阳电池/锂离子本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种柔性一体化太阳电池/锂离子电池薄膜复合电池的制备方法，其特征是：柔性一体化太阳电池/锂离子电池薄膜复合电池的太阳电池和锂离子电池采用同一柔性薄膜衬底，分别位于柔性薄膜衬底的正反两面；柔性电源控制器分别连接柔性太阳电池与柔性锂离子电池；在柔性薄膜衬底上制备太阳电池后，再在同一柔性薄膜衬底的反面制备锂离子电池，其制备过程包括：1)制备柔性薄膜太阳电池柔性衬底聚酰亚胺薄膜上制备柔性薄膜铜铟镓硒太阳电池；2)制备柔性薄膜太阳电池/锂离子电池一体化电池柔性铜铟镓硒太阳电池一侧进行掩膜保护，在聚酰亚胺薄膜的另一侧整体溅射一层铝膜，溅射得到铝膜厚度8‑10μm；正极材料为钴酸锂，将钴酸锂、乙炔黑和PVDF球磨得到的混合均匀浆料，在铝膜上涂覆一层正极材料，涂膜时用薄膜进行掩盖，使四边留有4‑6mm空白，浆料干燥后，在预留的空白处用热压机将带胶铝极耳与铝膜粘结在一起，制得柔性锂离子电池的正极部分；PI/Cu复合薄膜材料厚度为30‑50微米，铜层做负极的集流体，PI层既可做铜箔的柔性衬底，又可做柔性锂离子电池一侧的封装层；复合薄膜材料涂覆一层负极材料，负极材料为天然石墨；隔膜为陶瓷涂覆的PP/PE/PP三层复合膜，厚度为30‑40μm；用隔膜完全覆盖负极涂层部分，用热压机将隔膜、热熔胶和负极薄膜四边都热合在一起，使隔膜热熔胶与负极薄膜形成一个整体；将负极薄膜与正极薄膜部分调整相对位置后，用胶带定位，用封边机将左、右、下三边正负极薄膜热合在一起；将聚合物凝胶电解液在预留口中加入柔性锂离子电池，使用聚酯薄膜在真空条件下，将柔性一体化电池整体封装；柔性薄膜太阳电池和柔性薄膜锂离子电池分别连接柔性电源控制器，通过电源控制器的控制，在充足光照情况下，实现了太阳电池对锂离子电池充电，同时对外供电，在其他情况锂离子电池可对外接负载供电。...

【技术特征摘要】
1.一种柔性一体化太阳电池/锂离子电池薄膜复合电池的制备方法，其特征是：柔性
一体化太阳电池/锂离子电池薄膜复合电池的太阳电池和锂离子电池采用同一柔性
薄膜衬底，分别位于柔性薄膜衬底的正反两面；柔性电源控制器分别连接柔性太阳
电池与柔性锂离子电池；在柔性薄膜衬底上制备太阳电池后，再在同一柔性薄膜衬
底的反面制备锂离子电池，其制备过程包括：
1)制备柔性薄膜太阳电池
柔性衬底聚酰亚胺薄膜上制备柔性薄膜铜铟镓硒太阳电池；
2)制备柔性薄膜太阳电池/锂离子电池一体化电池
柔性铜铟镓硒太阳电池一侧进行掩膜保护，在聚酰亚胺薄膜的另一侧整体溅射
一层铝膜，溅射得到铝膜厚度8-10μm；
正极材料为钴酸锂，将钴酸锂、乙炔黑和PVDF球磨得到的混合均匀浆料，在铝
膜上涂覆一层正极材料，涂膜时用薄膜进行掩盖，使四边留有4-6mm空白，浆料干燥
后，在预留的空白处用热压机将带胶铝极耳与铝膜粘结在一起，制得柔性锂离子电池
的正极部分；
PI/Cu复合薄膜材料厚度为30-50微米，铜层做负极的集流体，PI层既可做铜
箔的柔性衬底，又可做柔性锂离子电池一侧的封装层；复合薄膜材料涂覆一层负极材
料，负极材料为天然石墨；
隔膜为陶瓷涂覆的PP/PE/PP三层复合膜，厚度为30-40μm；用隔膜完全覆盖负
极涂层部分，用热压机将隔膜、热熔胶和负极薄膜四边都热合在一起，使隔膜热熔胶
与负极薄膜形成一个整体；
将负极薄膜与正极薄膜部分调整相对位置后，用胶带定位，用封边机将左、右、
下三边正负极薄膜热合在一起；
将聚合物凝胶电解液在预留口中加入柔性锂离子电池，使用聚酯薄膜在真空条
件下，将柔性一体化电池整体封装；
柔性薄膜太阳电池和柔性薄膜锂离子...

【专利技术属性】
技术研发人员：王磊，桑林，丁飞，许寒，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第十八研究所，
类型：发明
国别省市：天津;12