一种微纳集成固态薄膜锂电池及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种微纳集成固态薄膜锂电池及其制备方法，其包括衬底及形成在所述衬底之上的多个薄膜锂电池微单元，所述衬底上设有导电线路，多个所述薄膜锂电池微单元与导电线路电连接，所述薄膜锂电池微单元包括在衬底上依次形成的两个独立设置的集流体、正电极膜、固态电解质膜及负电极膜，其中，两个集流体分别电连接至所述导电线路，其中一集流体与正电极膜电接触，另一集流体与负电极膜电接触，所述固态电解质膜设于所述正电极膜与所述负电极膜之间。本发明专利技术的微纳薄膜固态锂电池能够满足高电压、高能量密度、高功率密度的使用需求。

A micro nano integrated solid film lithium battery and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
一种微纳集成固态薄膜锂电池及其制备方法
本专利技术涉及固态电池
，其特别涉及一种微纳集成固态薄膜锂电池及其制备方法。
技术介绍
随着电子产品的微型化、集成化成为了当今技术发展的大趋势，运用在电子产品上的电池同样需要微型化。微电池在未来便携式电子设备、国防装备及微电子机械系统(MEMS)等方面有着广泛的应用前景，受到人们的重视。国内外积极开展研究的微电池系列有：锂电池、锌镍电池、太阳能电池、燃料电池等。锂电池被认为是最合适的电源。目前绝大多数锂电池采用液态电解液实现离子传输过程，液态电解液的使用给电池带来了密封和安全性问题，所以，使用固态电解质的全固态锂电池成为研究开发的热点。全固态薄膜锂电池由于具有重量轻、体积小、循环寿命长、能量密度高、使用温度范围宽和安全性能好等优点已成为目前研究的热点。目前对无机全固态薄膜锂电池的研究方向主要分为：(1)研发新的电池结构，提高电池单位面积的容量、放电功率，解决薄膜锂电池单位面积容量和功率低的问题；(2)研究新型高离子电导率的固态电解质，解决无机固态电解质锂离子电导率低的问题；(3)研究新型正、负极，使成膜后的正、负极具有更高的电流密度和比能量；(5)研发新的成膜技术，使成膜过程更快速、简便、成功率更高。然而，目前对无机全固态薄膜锂电池的研发都是针对单个电池单元，单个微型储能薄膜锂电池的输出电压和电流有限，难以满足需要高电压、大电流驱动的电子器件的应用需求。因此，亟待提供一种可有效解决上述问题的新型技术方案。
技术实现思路
为解决现有单个微型储能薄膜锂电池存在的难以满足需要高电压、大电流驱动电子器件的技术问题，本专利技术提供一种微纳集成固态薄膜锂电池及其制备方法。本专利技术为解决上述技术问题，提供如下的技术方案：一种微纳集成固态薄膜锂电池，其包括衬底及形成在所述衬底之上的多个薄膜锂电池微单元，所述衬底上设有导电线路，多个所述薄膜锂电池微单元与导电线路电连接，所述薄膜锂电池微单元包括在衬底上依次形成的两个独立设置的集流体、正电极膜、固态电解质膜及负电极膜，其中，两个集流体分别电连接至所述导电线路，其中一集流体与正电极膜电接触，另一集流体与负电极膜电接触，所述固态电解质膜设于所述正电极膜与所述负电极膜之间。优选地，多个所述薄膜锂电池微单元之间采用多层堆叠。优选地，所述微纳集成固态薄膜锂电池还包括封装膜，所述封装膜对多个所述薄膜锂电池微单元进行封装保护，或对所述微纳集成固态薄膜锂电池整体进行封装保护。优选地，所述封装膜的材料包括聚二甲基硅氧烷，所述聚二甲基硅氧烷通过对所述薄膜锂电池微单元或所述微纳集成固态薄膜锂电池进行包覆以实现封装保护。优选地，所述衬底的材料包括绝缘材料，具体包括布料、海绵、纸基材料、PET、PI、mSiO2·nH2O、聚氨酯、硅基材料、SiO2、MgO、SrTiO3、NdGaO3、云母、(LaAlO3)0.3-(SrAl0.5Ta0.5O3)0.7、Gd3Gd5O12中的一种。优选地，所述集流体包括不锈钢、Cu、Ni、Al、Au、Ag、Cr、Pt、Ti中的一种；所述固态电解质膜包括Li3N、硫化物、无定形硼酸盐(Li2O-B2O3–SiO2)、硅酸盐(Li2O-V2O5-SiO2)、LiPON、Li3xLa2/3-xTiO3(LLTO)、LiNbO3、LiTaO3、Li1+xMxTi2-x(PO4)3(LATP)、Li3OCl、Li7La3Zr2O12(LLZO)中的任一种。优选地，所述正电极膜包括TiS2、FeS、V2O5、LiCoO2、LiNiO2、LiMn2O4、LiFePO4、LiMnPO4、LiNi0.5Mn1.5O4、LiCoMnO4、LiNi1-x-yMnxCoyO2、LiNi0.8Co0.15Al0.05O2、Li[Li0.2Mn0.54Ni0.13Co0.13]O2中的任一种；所述负电极膜包括Li、LiAl、Si、Sn、Si37C63、SiCu、Li2SiS3、Li4Ti5O12、TiO2、SnO2、Sn3N4、SnO或Co3O4中的任一种。优选地，所述微纳集成固态薄膜锂电池是通过多个所述薄膜锂电池微单元进行串联或并联得到。优选地，所述导电线路包括引线和金手指，每一所述薄膜锂电池微单元的正/负电极膜上均设有所述引线，所述金手指设于多个所述薄膜锂电池微单元线路集中的一端，所述引线汇集至所述金手指处并与所述金手指连通；所述微纳集成固态薄膜锂电池还包括电路控制模块，所述电路控制模块包括电芯阵列金手指端和用能端插拔口，所述电芯阵列金手指端与所述金手指连通，所述用能端插拔口位于电路控制模块远离所述微纳集成固态薄膜锂电池的一侧，所述用能端插拔口可插拔，通过对所述用能端插拔口的插拔可实现所述电路控制模块对所述微纳集成固态薄膜电池的控制。本专利技术为解决上述技术问题，提供又一技术方案如下：一种微纳集成固态薄膜锂电池及其制备方法，所述微纳集成固态薄膜锂电池中包括多个薄膜锂电池微单元，每个所述薄膜锂电池微单元采用如下制备方法获得：步骤S1，提供一具有导电线路的衬底；步骤S2，在所述衬底上形成两个独立设置的集流体，每个所述集流体电连接至衬底的导电线路之上；及步骤S3，在其中一所述集流体上制备正电极膜，在另一所述集流体上制备负电极膜，并在正电极膜与负电极膜之间形成固态电解质膜。本专利技术所提供的一种微纳集成固态薄膜锂电池及其制备方法具有如下的有益效果：本专利技术的微纳集成固态薄膜锂电池包括衬底及形成在所述衬底之上的多个薄膜锂电池微单元，所述衬底上设有导电线路，多个所述薄膜锂电池微单元与导电线路电连接，所述薄膜锂电池微单元包括在衬底上依次形成的两个独立设置的集流体、正电极膜、固态电解质膜及负电极膜，其中，两个集流体分别电连接至所述导电线路，其中一集流体与正电极膜电接触，另一集流体与负电极膜电接触，所述固态电解质膜设于所述正电极膜与所述负电极膜之间。本专利技术的微纳集成固态薄膜锂电池通过在一个衬底上设置多个薄膜锂电池微单元，并将多个所述薄膜锂电池微单元与导电线路电连接，实现将多个薄膜锂电池微单元集成为具备高电压、大电流的集成阵列，从而使得本专利技术的微纳薄膜固态锂电池能够满足高电压、高能量密度、高功率密度的使用需求。进一步地，导电线路包括引线和金手指，每一所述薄膜锂电池微单元的正电极膜/负电极膜上均设有所述引线，所述金手指设于多个所述薄膜锂电池微单元线路集中的一端，所述引线汇集至所述金手指处并与所述金手指连通。本专利技术的每一薄膜锂电池微单元的正电极膜/负电极膜所在的正极/负极均包括独立的引线与金手指连通，使得多个薄膜锂电池微单元集成的微纳集成固态薄膜锂电池输出的电压、电流、功率可控，从而保证能输出适应用能侧需求的电压、电流及功率。更进一步地，微纳集成固态薄膜锂电池还包括电路控制模块，所述电路控制模块包括电芯阵列金手指端和用能端插拔口，所述电芯阵列金手指端与所述金手指连通，所述用能端插拔口位于电路控制模块远离所述微纳集成固态薄膜锂电池的一侧，所述用能端插拔口可插拔，通过对所述用能端插拔口的插拔可实现所述电路控制模块对所述微纳集成固态薄膜电池的控制。即在使用过程中，通过快速插拔用能端插拔口实现其与用能侧及电芯阵列金手指端的快速连接，即可调控多个所述薄膜锂电池微单元的工作，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种微纳集成固态薄膜锂电池，其特征在于：其包括衬底及形成在所述衬底之上的多个薄膜锂电池微单元，所述衬底上设有导电线路，多个所述薄膜锂电池微单元与导电线路电连接，所述薄膜锂电池微单元包括在衬底上依次形成的两个独立设置的集流体、正电极膜、固态电解质膜及负电极膜，其中，两个集流体分别电连接至所述导电线路，其中一集流体与正电极膜电接触，另一集流体与负电极膜电接触，所述固态电解质膜设于所述正电极膜与所述负电极膜之间。

【技术特征摘要】
1.一种微纳集成固态薄膜锂电池，其特征在于：其包括衬底及形成在所述衬底之上的多个薄膜锂电池微单元，所述衬底上设有导电线路，多个所述薄膜锂电池微单元与导电线路电连接，所述薄膜锂电池微单元包括在衬底上依次形成的两个独立设置的集流体、正电极膜、固态电解质膜及负电极膜，其中，两个集流体分别电连接至所述导电线路，其中一集流体与正电极膜电接触，另一集流体与负电极膜电接触，所述固态电解质膜设于所述正电极膜与所述负电极膜之间。2.如权利要求1中所述的微纳集成固态薄膜锂电池，其特征在于：多个所述薄膜锂电池微单元之间采用多层堆叠。3.如权利要求1中所述的微纳集成固态薄膜锂电池，其特征在于：所述微纳集成固态薄膜锂电池还包括封装膜，所述封装膜对多个所述薄膜锂电池微单元进行封装保护，或对所述微纳集成固态薄膜锂电池整体进行封装保护。4.如权利要求3中所述的微纳集成固态薄膜锂电池，其特征在于：所述封装膜的材料包括聚二甲基硅氧烷，所述聚二甲基硅氧烷通过对所述薄膜锂电池微单元或所述微纳集成固态薄膜锂电池进行包覆以实现封装保护。5.如权利要求1中所述的微纳集成固态薄膜锂电池，其特征在于：所述衬底的材料包括绝缘材料，具体包括布料、海绵、纸基材料、PET、PI、mSiO2·nH2O、聚氨酯、硅基材料、SiO2、MgO、SrTiO3、NdGaO3、云母、(LaAlO3)0.3-(SrA10.5Ta0.5O3)0.7、Gd3Gd5O12中的一种。6.如权利要求1中所述的微纳集成固态薄膜锂电池，其特征在于：所述集流体包括不锈钢、Cu、Ni、Al、Au、Ag、Cr、Pt、Ti中的一种；所述固态电解质膜包括Li3N、硫化物、无定形硼酸盐(Li2O-B2O3–SiO2)、硅酸盐(Li2O-V2O5-SiO2)、LiPON、Li3xLa2/3-xTiO3(LLTO)、LiNbO3、LiTaO3、Li1+xMxTi2-x(PO4)3(LATP)、Li3OCl、Li7La3Zr2O12(LL...

【专利技术属性】
技术研发人员：向勇，彭晓丽，张晓琨，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：四川,51