薄膜固態二次電池制造技術

一種薄膜固態二次電池，其組成包括：一固態電解質電離子穿透層、一負極層及一正極層，該負極層設置于該固態電解質電離子穿透層的一表面，且依序包括：一負極電離子層、一第二石墨烯層、一第二復合離子氧化物層、一負極集電體層；該正極層設置于該固態電解質電離子穿透層的另一表面，且依序包括：一正極離子層、一第一石墨烯層、一第一復合離子氧化物層及一正極集電體層。上述每一層結構在實施上均可以涂覆方式形成涂層、或以電鍍方式形成鍍層。借此組成，以構成一安全、質輕、能量密度高且循環性強的創新電池。

【技術實現步驟摘要】
薄膜固態二次電池
本技術涉及一種二次電池，特別涉及一種薄膜固態二次電池。
技術介紹
二次鋰電池(Lithium-ionsecondarybatteries)或鋰電池(lithium-ionbatteries)漸受重視，且已被廣泛應用于各種電子產品，如筆記本電腦和移動電話。在二次電池(secondarybatteries)中，產生電子和消耗電子的反應多為可逆反應，因此，此種電池可以在充電狀態和放電狀態之間進行電化學循環。可攜式電子裝置已朝向微型化及輕型化發展，且性能也大幅改善。因此，需要開發具有成本效益，并具有高能量密度和高輸出的可充電式鋰電池或二次鋰電池。另外，特別是在高溫環境下，在經過一定次數的儲存及循環后，一些鋰電池可能會產生氣體，其會降低鋰電池的壽命。因此，有必要提供一種能延長其使用壽命的堅固電芯，以應用于薄膜鋰電池領域。全固態薄膜鋰電池在與傳統鋰離子電池的主要不同點在于傳統鋰離子電池使用液態電解質，全固態薄膜鋰電池則使用固態/膠態電解質，使用固態/膠態電解質可改善液態電解質的許多缺點。全固態薄膜鋰電池主要的優點為輕薄、高安全、可高溫充放電、壽命長、高充電及放電電流容忍度及具彈性等等，故全固態薄膜鋰電池可被制作于各種不同的基板上，且能有簡易且良好的電路設計。然而，由于工藝技術上的限制，使用全固態薄膜鋰電池的體積能量密度無法有效地提高，因此，如此克服全固態薄膜鋰電池工藝技術上的瓶頸已成為了一個重要的課題。目前業界已針對全固態薄膜鋰電池進行相關技術研究，但欲仍然無法解決全固態薄膜鋰電池工藝技術上的瓶頸，使其體積能量密度有效地提高。因此，如何提出一種全固態薄膜鋰電池及其制作方法，能夠有效改善現有技術的固態薄膜鋰電池的體積能量密度無法有效提升的情況已成為一個刻不容緩的問題。
技術實現思路
有鑒于上述現有技術的問題，本技術的目的即在提供一種薄膜固態二次電池，以解決現有技術的固態薄膜鋰電池的體積能量密度無法有效提升的問題。本技術另一目的，在于提供一種改善電容量、使用壽命、安全性能、耐高溫性能的薄膜固態二次電池。本技術再一目的，在于提供電離子很好的遷移率，使整體的導電性、蓄電性大幅地提升的薄膜固態二次電池。根據上述各目的，本技術提出一種薄膜固態二次電池，其組成包括：一正極集電體層；一第一復合離子氧化物層，覆合在該正極集電體層的表面上；一第一石墨烯層，覆合在該第一復合離子氧化物層的表面上；一正極離子層，覆合在該第一石墨烯層的表面上；一固態電解質電離子穿透層，覆合在該正極離子層的表面上；一負極電離子層，覆合在該固態電解質電離子穿透層的表面上；一第二石墨烯層，覆合在該負極電離子層的表面上；一第二復合離子氧化物層，覆合在該第二石墨烯層的表面上；一負極集電體層，覆合在該第二復合離子氧化物層的表面上。上述該正極集電體層表面上的該第一復合離子氧化物層與該第二石墨烯層表面上的該第二復合離子氧化物層的厚度介于0.5～3nm。上述該正極集電體層是以鋁箔為主的導體，其厚度介于15～300nm。上述該第一石墨烯層與第二石墨烯層為一由碳原子構成的極薄網狀結構，具有很好的遷移率，使整體的導電性、蓄電性大幅地提升，其厚度介于0.5～3nm。上述該正極離子層與該正極集電體層表面上的該第一復合離子氧化物層為具有充放電性能的正極復合材料，其選自鈷酸鋰、錳酸鋰、鎳酸鋰中任一種，通過本身具有超長的循環壽命、極好的安全性能、較好的高溫性能和相對低廉的價格，以改善或提高鋰電池整體的性能。上述該固態電解質電離子穿透層為一種聚合物，具有為電離子提供快速遷移的通道，并具有較高的導電率，且因為固態型式而不在形狀及厚度上均不受到任何限制為陶瓷聚合物，其厚度介于50～300nm。上述該負極電離子層與該正極離子層的厚度介于10～30nm。上述該負極電離子層與該第二石墨烯層表面上的該第二復合離子氧化物層為具有充放電性能的負極復合材料，其選自碳、硅或鈦中任一種，以改善電容量及使用壽命，并提高鋰電池的整體性能。上述該負極集電體層是以銅箔為主的導體，其厚度介于8～300nm。本技術薄膜固態二次電池在制作上，可利用化學氣相沉積(ChemicalVaporDeposition，CVD)的制備包覆技術、或物理氣相沉積(PhysicalVaporDeposition，PVD)制備鍍膜技術，甚至是以等離子增強化學氣相沉積（PlasmaEnhancedChemicalVaporDeposition，PECVD）方式形成的涂層或鍍層，所有結構層皆為涂層或鍍層形式。該薄膜固態二次電池中每一層在實施上均在通過層疊規定厚度下依序完成，借以構成一安全、質輕、能量密度高且循環性強的創新二次電池。通過上述層疊的規定，可選用該正極集電體層為基層，或選用該負極集電體層為基層，以逐層涂覆或鍍層完成層疊的工序，組成一完整的該薄膜固態二次電池。附圖說明圖1本技術的一較佳實施例結構示意圖。圖2本技術的另一較佳實施例結構示意圖。附圖標記說明薄膜固態二次電池1正極層10正極離子層11第一石墨烯層12第一復合離子氧化物層13正極集電體層14負極層20負極電離子層21第二石墨烯層22第二復合離子氧化物層23負極集電體層24固態電解質電離子穿透層30。具體實施方式下面結合本技術實施例中的附圖，對本技術實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述。在下面的描述中闡述了很多具體細節以便于充分理解本技術，但是本技術還可以采用其他不同于在此描述的其它方式來實施，本領域技術人員可以在不違背本技術內涵的情況下做類似推廣，因此本技術不受下面公開的具體實施例的限制。請參閱圖1，薄膜固態二次電池實施例示意圖。如圖所示，該薄膜固態二次電池1的組成包括：一正極層10、一負極層20及一固態電解質電離子穿透層30；該正極層10設置于該固態電解質電離子穿透層30的一表面，且依序層疊包括：一正極離子層11、一第一石墨烯層12、一第一復合離子氧化物層13及一正極集電體層14；該負極層20設置于該固態電解質電離子穿透層30的另一表面，且依序層疊包括：一負極電離子層21、一第二石墨烯層22、一第二復合離子氧化物層23、一負極集電體層24。該正極集電體層14與該負極集電體層24本身作用即為提供電池在充放電時的電子的導體，故在材料的選用上，該正極集電體層14以鋁箔為主，而該負極集電體層24則以銅箔為主。該正極層10中的該正極離子層11與該第一復合離子氧化物層13為具有充放電性能正極復合材料，實施在鋰電池中可選自鈷酸鋰、錳酸鋰、鎳酸鋰中任一種，通過本身具有超長的循環壽命、極好的安全性能、較好的高溫性能和相對低廉的價格，以改善或提高鋰電池整體的性能。該第一石墨烯層12和第二石墨烯層22為一由碳原子構成的極薄網狀結構，所以電離子的遷移所受限制很小，正因此而具有很好的遷移率，使電離子在該第一石墨烯層12和第二石墨烯層22中達到光速運動，而使整體的導電性、蓄電性大幅地提升。該固態電解質電離子穿透層30為一種聚合物，在本實施例中采用陶瓷固態電解質，以取代電解液，作為該正極層10與該負極層20之間的中間隔離層作用；該固態電解質電離子穿透層30具有為電離子提供快速遷移的通道，并具有較高的導電率，且因為固態型式而不本文檔來自技高網...

【技術保護點】
1.一種薄膜固態二次電池，其特征在于，其組成包括：一正極集電體層；一第一復合離子氧化物層，覆合在該正極集電體層的表面上；一第一石墨烯層，覆合在該第一復合離子氧化物層的表面上；一正極離子層，覆合在該第一石墨烯層的表面上；一固態電解質電離子穿透層，覆合在該正極離子層的表面上；一負極電離子層，覆合在該固態電解質電離子穿透層的表面上；一第二石墨烯層，覆合在該負極電離子層的表面上；一第二復合離子氧化物層，覆合在該第二石墨烯層的表面上；一負極集電體層，覆合在該第二復合離子氧化物層的表面上。

【技術特征摘要】
1.一種薄膜固態二次電池，其特征在于，其組成包括：一正極集電體層；一第一復合離子氧化物層，覆合在該正極集電體層的表面上；一第一石墨烯層，覆合在該第一復合離子氧化物層的表面上；一正極離子層，覆合在該第一石墨烯層的表面上；一固態電解質電離子穿透層，覆合在該正極離子層的表面上；一負極電離子層，覆合在該固態電解質電離子穿透層的表面上；一第二石墨烯層，覆合在該負極電離子層的表面上；一第二復合離子氧化物層，覆合在該第二石墨烯層的表面上；一負極集電體層，覆合在該第二復合離子氧化物層的表面上。2.如權利要求1所述的薄膜固態二次電池，其特征在于，該正極集電體層表面上的該第一復合離子氧化物層與該第二石墨烯層表面上的該第二復合離子氧化物層的厚度介于0.5～3nm。3.如權利要求1所述的薄膜固態二次電池，其特征在于，該正極集電體層是以鋁箔為主的導體，其厚度介于15～300nm。4.如權利要求1...

【專利技術屬性】
技術研發人員：陳立翔，
申請(專利權)人：陳立翔，
類型：新型
國別省市：中國臺灣,71