固態電池結構制造技術

一種固態電池結構，至少包括：一正極層、一固態電解質電離子穿透層、及一負極層，該正、負極層分別設置于該固態電解質電離子穿透層的相對表面。該正極層依下至上順序包括：一正極集電體層、一復合離子氧化物層、一石墨烯層及一正極離子材料層；該負極層依下至上順序包括：一負極電子離材料層、一石墨烯層、一復合離子氧化物層及一負極集電體層。上述每層結構均以涂層或鍍層型態并在到達預定厚度后順序層疊而成，如此得構成一全新的固態電池。

【技術實現步驟摘要】
固態電池結構
本專利技術涉及一種固態電池，特別涉及一種固態二次電池。
技術介紹
二次鋰電池(Lithium-ionsecondarybatteries)或鋰電池(lithium-ionbatteries)備受重視，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。然而傳統的鋰電池，一方面在微小化有相當困難度，另一方面液態有機電解質對環境及人體都具毒性，長時間的使用易產生漏液現象，甚至造成燃燒或爆炸，大大危害安全。因此，如此克服傳統鋰電池工藝技術上的瓶頸已成為了一個重要的課題。目前業界已對此不斷進行相關技術研究，期能突破技術上的瓶頸，并使其體積能量密度及安全性有效地提高。因此，如何提出一種全新的固態電池，能夠有效改善現有鋰電池的缺失已成為一個刻不容緩的問題。
技術實現思路
本專利技術的首要目的即在提供一種固態電池結構，可解決現有技藝的鋰電池的體積能量密度無法有效提升的問題，同時以固體電解質取代傳統液態電解質，實現更高安全性的固態電池。本專利技術另一目的，在于提供一種能有效改善能量密度、循環使用壽命，并提升安全可靠又耐高溫性能的固態電池結構。本專利技術另一目的，在于提供一種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固態電池。根據本專利技術的所有目的，于是提出一種全新的固態電池結構，至少包括：一正極層、一固態電解質電離子穿透層及一負極層，該正、負極層分別設置于該固態電解質電離子穿透層的相對表面。該正極層依下至上順序包括：一正極集電體層、一復合離子氧化物層、一石墨烯層及一正極離子材料層；該負極層依下至上順序包括：一負極電子離材料層、一石墨烯層、一復合離子氧化物層及一負極集電體層。上述每層結構均以涂層、或鍍層型態并在到達預定厚度后順序層疊而成。根據本專利技術的目的提出的固態電池結構，其實施方法包括以化學氣相沉積(ChemicalVaporDeposition，CVD)、物理氣相沉積(PhysicalVaporDeposition，PVD)、等離子增強化學氣相沉積（PlasmaEnhancedChemicalVaporDeposition，PECVD）中任一種方式形成的涂層或鍍層。附圖說明圖1為固態電池一較佳實施例的結構示意圖。具體實施方式下面結合本專利技術實施例中的附圖，對本專利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專利技術，但是本專利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專利技術內涵的情況下做類似推廣，因此本專利技術不受下面公開的具體實施例的限制。請參閱圖1，公開了固態電池一實施例的結構示意圖。如圖所示，該固態電池1的組成至少包括：正極層10、負極層20及固態電解質電離子穿透層15。其中該正極層10進一步包括：正極離子材料層11、石墨烯層12、復合離子氧化物層13、正極集電體層14；該負極層20則進一步包括：負極電離子材料層16、石墨烯層17、復合離子氧化物層18與負極集電體層19。在一實施例中，該正極集電體層14與該負極集電體層19本身作用即為提供電池在充放電時的電子的導體，在一實施例中材料的選用上，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。在一實施例中，該正極層10中的該正極離子材料層11與該復合離子氧化物層13為具有充放電性能正極復合材料，可選自鈷酸鋰、錳酸鋰、鎳酸鋰中任一種，具備有超長的循環壽命、極好的安全性能、較好的高溫性能和相對低廉的價格。在一實施例中，該石墨烯層12、17為一由碳原子構成的極薄網狀結構，所以電離子的遷移時所受限制很小，因而具有很好的遷移率，使電離子在該石墨烯層12、17中達到近光速運動，使整體的導電性、蓄電性大幅地提升。在一實施例中，該固態電解質電離子穿透層15為一種聚合物，在一實施例中采陶瓷固態電解質，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15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。在一實施例中，該負極層20中的該負極電離子材料層16與該復合離子氧化物層18為具有充放電性能負極復合材料，可選自碳、硅或鈦中任一種，以改善電容量及使用壽命，提高鋰電池的整體性能。關于本專利技術的固態電池1在制作上，利用化學氣相沉積(ChemicalVaporDeposition，CVD)、物理氣相沉積(PhysicalVaporDeposition，PVD)、等離子增強化學氣相沉積（PlasmaEnhancedChemicalVaporDeposition，PECVD）中任一種方法形成的涂層或鍍層。本專利技術提供的固態電池1，在一實施例中，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11為基層，或選用該負極集電體層19為基層，以逐層涂覆或鍍層型態完成層疊的工序，組成一完整的固態電池1，其具體的實施順序如下：實施例一，以該正極集電體層11做為基層，并選用涂層或鍍層方法實施的各層結構覆合順序為：該正極集電體層11做為基層；該復合離子氧化物層12覆在該正極集電體層11的表面；該石墨烯層13覆在該復合離子氧化物層12的表面；該正極離子材料層14，覆在該石墨烯層13的表面；該固態電解質電離子穿透層15覆在該正極離子材料層14的表面；該負極電離子材料層16覆在該固態電解質電離子穿透層15的表面；該石墨烯層17覆在該負極電離子材料層16的表面；該復合離子氧化物層18覆在該石墨烯層17的表面；該負極集電體層19覆在該復合離子氧化物層18的表面。實施例二，以該負極集電體層19為基層，同樣的選用涂層或鍍層方法實施的各層結構順序為：該負極集電體層19為基層；該復合離子氧化物18覆合在該負極集電體層19的表面；該石墨烯層17覆在該復合離子氧化物18的表面；該負極電離子材料層16覆在該石墨烯層17的表面；該固態電解質電離子穿透層15覆在該負極電離子材料層16的表面；該正極離子材料層14覆在該固態電解質電離子穿透層15的表面；該石墨烯層13覆在該正極離子材料層14的表面；該復合離子氧化物層12覆在該石墨烯層13的表面；該正極集電體層11覆在該復合離子氧化物層12的表面。本專利技術的固態電池是以全新的固態電解質電離子穿透層為中間層，特別是采用陶瓷固態電解質，且兩側分別包括一個正極層與負極層所構成的完整的固態電池結構；由以上說明可知，本專利技術一方面可有效提升電池高能量密度、循環使用壽命、高安全性能、耐高溫性能，特別是該石墨烯層能提供電離子很好的遷移率，使電子在石墨烯層中能達到近光速的運本文檔來自技高網...

【技術保護點】
1.一種固態電池結構，主要采由下自上且通過層疊預定厚度順序形成下一層的制法，其特征在于，其組成包括：一正極集電體層；一復合離子氧化物層，覆在該正極集電體層的表面；一石墨烯層，覆在該復合離子氧化物層的表面；一正極離子材料層，覆在該石墨烯層的表面；一固態電解質電離子穿透層，覆在該正極離子材料層的表面；一負極電離子材料層，覆在該固態電解質電離子穿透層的表面；一石墨烯層，覆在該負極電離子材料層的表面；一復合離子氧化物層，覆在該石墨烯層的表面；一負極集電體層，覆在該復合離子氧化物層的表面。

【技術特征摘要】
1.一種固態電池結構，主要采由下自上且通過層疊預定厚度順序形成下一層的制法，其特征在于，其組成包括：一正極集電體層；一復合離子氧化物層，覆在該正極集電體層的表面；一石墨烯層，覆在該復合離子氧化物層的表面；一正極離子材料層，覆在該石墨烯層的表面；一固態電解質電離子穿透層，覆在該正極離子材料層的表面；一負極電離子材料層，覆在該固態電解質電離子穿透層的表面；一石墨烯層，覆在該負極電離子材料層的表面；一復合離子氧化物層，覆在該石墨烯層的表面；一負極集電體層，覆在該復合離子氧化物層的表面。2.一種固態電池結構，主要采由下自上且通過層疊預定厚度順序形成下一層的制法，...

【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：發明
國別省市：中國臺灣,71