透明或半透明電池制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種裡離子電池的制造方法，具體地，設(shè)及一種透明或半透明裡離子 電池的制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 透明電子學(xué)是新一代電子和光電子設(shè)備的關(guān)鍵技術(shù)。透明器件已經(jīng)在不同的應(yīng)用 中被廣泛使用，如光電路、觸摸屏、顯示器和太陽能電池。此外，市場(chǎng)也為電子產(chǎn)品公司推出 各種透明器件（比如透明手機(jī)和透明顯示器）提供了動(dòng)力。
[0003] 雖然越來越多的公司開始著手透明電子器材，例如，透明的移動(dòng)電話或透明的顯 不器，舉例來說，LG的GD900Crystal、SonyEricsson的XP邸lAPureness、LenovoS800、 ExplayCrystalJujitsuI3;rick、NTTDoCoMo和化lytronix的化lytron，但是實(shí)踐中需要 更透明且實(shí)用的裡離子電池。然而，被認(rèn)為是電子器件中主要元件的電池還沒有被充分地 證明能夠作為透明器件，原因在于電池的許多元件（如陽極和陰極材料）通常為黑色。由 于電池在該些器件中占有相當(dāng)大的面積和體積，因此，很難實(shí)現(xiàn)完全整合并且透明的器件。 該限制了真正的透明/半透明裡離子電池和透明/半透明電子器件的發(fā)展。研究人員曾經(jīng) 報(bào)道過一種制備柔性袋裝電池的方法，該方法通過制備點(diǎn)或條帶的網(wǎng)格結(jié)構(gòu)電極，并利用 微流體輔助方法將電極材料填充到網(wǎng)格結(jié)構(gòu)電極的溝槽中來實(shí)現(xiàn)。但是，由于對(duì)準(zhǔn)和封裝 水平較差，他們的電池樣品的整個(gè)透明度很低。
[0004] 因此，需要一種制備裡離子電池的方法，來制備高透明度并且容易制造的透明裡 離子電池。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明提供了一種實(shí)用、容易控制并能夠重復(fù)制備的透明/半透明裡離子電池及 其制造方法。采用該方法制備的電池具有高透明度。
【附圖說明】
[0006] 下面參考附圖，更詳細(xì)的描述本發(fā)明的各個(gè)實(shí)施例，其中：
[0007] 圖1顯示了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的制造透明/半透明裡離子電池的方法的步驟的流 程圖。
[000引圖2示出了用于形成本發(fā)明具有多重形狀預(yù)設(shè)計(jì)圖案的示例。
[0009] 圖3(a) - (d)為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例圖案化的透明裡離子電池的示意圖。
[0010] 圖4(a) - 4(d)示出了顯微鏡下觀測(cè)的圖案化的娃片。
[0011] 圖5 (a), 5(b)，5(c)，5(e)示出了PDMS膜的圖案，其轉(zhuǎn)移了圖案化娃片上的圖案。 [001引圖5(d)，5訊示出了顯微鏡下觀測(cè)的圖案化的PDMS膜。
[0013] 圖6(a)示出了在顯微鏡下觀測(cè)的填充陽極材料的陽極。
[0014] 圖6(b)展示了該陽極的透明程度。
[0015] 圖6(c)示出了在顯微鏡下觀測(cè)的填充陰極材料的陰極。
[0016] 圖6(d)展示了該陰極的透明程度。
[0017] 圖7(a)示出了干燥前驅(qū)體得到的半透明且彎曲的固體PVDF-HFP。
[001引圖7(b)示出了浸泡溶劑后得到的透明且平坦的隔離膜。
[0019] 圖8(a)和圖8(b)分別示出了透明/半透明裡離子電池的樣片及樣片的尺寸。
[0020] 圖9示出了表示透明裡離子電池的透明度的紫外-可見光譜。
[0021] 圖10示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的W圖案化的石英片制造的透明裡離子電池的 容量和充放電周期之間的關(guān)系的圖形。
[0022] 圖11示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的W圖案化的石英片制造的透明裡離子電池的工 作電壓和時(shí)間之間的關(guān)系的圖形。
【具體實(shí)施方式】
[0023] 在下面的描述中，透明/半透明裡離子的制造方法W優(yōu)選實(shí)施例的方式進(jìn)行闡 述。在不背離本發(fā)明范圍和精神的情況下，可W做出包括增加和/或替代在內(nèi)的修改，該對(duì) 所屬領(lǐng)域技術(shù)人員來說是顯而易見的。可W忽略具體細(xì)節(jié)，W避免使本發(fā)明不清楚；但是， 寫出的公開內(nèi)容能夠使所屬領(lǐng)域技術(shù)人員在不過度實(shí)驗(yàn)的情況下實(shí)踐該里的教導(dǎo)。
[0024] 如本文所用，裡離子（Li-ion)電池被限定為透明裡離子電池或半透明裡離子電 池。
[0025] 圖1顯示根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的制造透明/半透明裡離子電池的方法的步驟的流程 圖。在步驟101，設(shè)置用于支撐電極結(jié)構(gòu)的固定器；一般來說，該固定器透明且具有一定硬 度，例如玻璃或石英片，W支撐用于形成電極結(jié)構(gòu)的材料。在步驟102,在固定器上形成圖 案化的膜；其中先在娃片上形成預(yù)設(shè)計(jì)圖案，再將圖案轉(zhuǎn)移到膜上，所述膜可W為例如聚二 甲基硅氧烷（有機(jī)娃，即PDM巧膜。在步驟103,利用圖案化的PDMS膜在固定器上制備陽 極或陰極；使用導(dǎo)電材料作為集電器，所述導(dǎo)電材料可為諸如納米級(jí)碳，金屬或透明導(dǎo)電聚 合物，導(dǎo)電材料沉積在圖案化PDMS膜凹陷部分的底部，并調(diào)節(jié)透明度，其中所述調(diào)節(jié)透明 度的方式為通過填充區(qū)域和空白區(qū)域（即圖案化PDMS膜的凸起部分）的比率控制來改變 陽極、陰極和整個(gè)單元的透明度。在步驟104,利用凝膠材料來制備陽極或陰極之間的隔離 膜。在步驟105,封裝裡離子電池；首先，在對(duì)準(zhǔn)和預(yù)密封之后，將電解質(zhì)溶液引入到凝膠材 料中；然后，將整個(gè)單元再次密封并封裝成透明/半透明裡離子電池。
[0026] 圖2示出了用于形成本發(fā)明具有多重形狀預(yù)設(shè)計(jì)圖案的示例。多重形狀的圖案可 W為圓形和正方形、六邊形和圓形、八邊形和正方形、六邊形和菱形等。圖案上的白色部分 代表透明的凸出區(qū)域，在凸出區(qū)域不填充電極材料。圖案上的黑色部分代表凹陷區(qū)域，在凹 陷區(qū)域填充電極材料。所述預(yù)設(shè)計(jì)圖案也可W是單一形狀，例如圓形、正方形、六邊形或八 邊形圖案等。
[0027] 圖3(a)- (d)是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例圖案化的透明裡離子電池的示意圖。該示意 圖包括預(yù)設(shè)計(jì)的圖案，所述預(yù)設(shè)計(jì)的圖案可W是對(duì)稱的合成圖案，并且可W是重復(fù)的，具有 使得透明/半透明裡離子電池的后續(xù)封裝更加容易且很少出現(xiàn)錯(cuò)位的標(biāo)記301，該標(biāo)記可 W位于圖案化區(qū)域304的中屯、線上，該標(biāo)記要足夠大，使肉眼能夠看見，但是不能大到影響 整個(gè)圖案的外觀，任何容易看見且重疊的形狀，例如十字、星形或其他記號(hào)。圖案化區(qū)域304 包括凹陷部分和凸出部分。除了定位標(biāo)記301與圖案化區(qū)域304W外，還包括圖案的邊界 302和外電極303。邊界302具有與其他重復(fù)區(qū)域不同的形狀和尺寸，包括給外電極303提 供的特殊設(shè)計(jì)。另外，邊界302用于阻擋外部材料（如密封膠）影響內(nèi)部材料（如電解質(zhì) 和電極材料），并且使得圖案成為完整的全電池。該邊界可W根據(jù)設(shè)計(jì)需要而改進(jìn)。
[002引上述步驟102中，通過下列步驟在娃片上形成預(yù)設(shè)計(jì)圖案：清潔并干燥娃片，涂覆 光刻膠；利用具有預(yù)設(shè)計(jì)圖案的掩模覆蓋涂覆有光刻膠的娃片；在曝光和顯影后，通過溶 劑去除過多的光刻膠；利用感應(yīng)充電等離子深反應(yīng)離子蝕刻機(jī)（ICP-DRffi)蝕刻娃片沒有 光刻膠涂覆的區(qū)域；去除剩余的光刻膠。該樣預(yù)設(shè)計(jì)的圖案轉(zhuǎn)移到娃片上，W得到圖案化的 娃晶片。圖4(a) -4(d)示出了顯微鏡下觀測(cè)的圖案化的娃片。
[0029] 上述步驟102中，通過下列步驟將圖案轉(zhuǎn)移到膜上：利用溶劑清潔圖案化的娃 片；干燥圖案化的娃片；并利用作為脫模劑的化學(xué)材料，例如，蠟、JAEGE民⑩脫模劑、 GIRAFFE⑧刷涂漆和S甲基氯硅烷（TMCS)，處理該圖案化的娃片；在脫模劑干燥之后，將 PDMS的前驅(qū)體混合物倒入圖案化的娃片；在排氣和固化之后，切割并剝離圖案化的PDMS。 圖5 (a), 5(b)，5(c)，5(e)示出了PDMS膜的圖案，其轉(zhuǎn)移了圖案化娃片上的圖案。圖5(d) -5訊示出了顯微鏡下觀測(cè)的圖案化的PDMS膜。
[0030] 上述步驟103中，使用圖案化的PDMS制備透明/半透明陽極和/或陰極的具體 步驟如下；將圖案化的PDMS放置在透明的固定器底材上，例如，玻璃或石英片；使用一片 紙或透明塑料膜，例如，耐高溫聚醋薄膜（PET)，來覆蓋沒有圖案并位于透明固定器底材下 面的PDMS區(qū)域；通過瓣射將導(dǎo)電材料，例如，銷、金或碳，涂覆在圖案化的區(qū)域上，或者將導(dǎo) 電聚合物，例如，聚（3, 4-己撐二氧唾吩）；聚（苯己締橫酸）（P邸OT:PSS)，填充到PDMS的 圖案中，包括該圖案的凹陷和凸出區(qū)域；將陽極或陰極材料的懸浮液前后刷涂在PDMS的 圖案上，直到PDMS圖案上具有足夠的陽極或陰極材料，其中陽極懸浮液的例子包括W下部 分雨墨、碳黑、1-甲基-2-[i比咯燒酬（l-meth5d-2-prrolidone)和聚偏氣己締一六氣丙締 共聚物或偏氣己締-六氣丙締共聚物（PVDF-HFP)，陰極懸浮液的例子包括W下部分：含裡 的材料（例如裡鋪氧化物（LiMn204)、裡鉆氧化物（LiCo02)和磯酸裡鐵（LiFeP04))、碳黑、 PVDF-HFP和1-甲基-2-化咯燒酬；通過加熱干燥陽極或陰極材料；W粘合劑或膠帶去除凸 出區(qū)域上過多的陽極或陰極材料化及導(dǎo)電材料；將小的金屬片粘貼到PDMS圖案上的外部 電極位置。由此，形成透明/半透明裡離子電池的陽極或陰極?？蛇x擇的，在上述涂覆導(dǎo)電 材料或填充導(dǎo)電聚合物的步驟之前，還可W具有一個(gè)涂覆金屬過渡層，諸如銀，的步驟，由 于銀對(duì)圖案的凹陷部分的表面張力不同，該涂覆層將只覆蓋圖案中的凸出部分。在通過粘 合劑或膠帶去除了陽極或陰極材料W及導(dǎo)電材料的步驟中，具有該過渡金屬層將使該去除 步驟更加容易。圖6(a)示出了在顯微鏡下觀測(cè)的填充陽極材料的陽極，圖6(b)展示了該 陽極的透明程度，圖6(c)示出了在顯微鏡下觀測(cè)的填充陰極材料的陰極，圖6(d)示出了該 陰極的透明程度。
[003U上述步驟104中，利用凝膠材料制備陽極和陰極之間隔離膜的具體步驟如下；所 述凝膠材料指的是，例如，偏氣己締-六氣丙締共聚物（PVDF-HFP)、聚氧化己締（PEO)、聚丙 締膳（PAN)或聚甲基丙締酸甲醋（PMMA)。
[0032] 通過攬拌或超聲波破碎法混合凝膠材料前驅(qū)體，所述前驅(qū)體由娃酬樹脂184娃酬 彈性體（S^gard184siliconeelastomer)基質(zhì)、娃酬樹脂184娃酬彈性體固化劑、己酸 己醋和甲苯形成，將其添加到容器中；在烤爐中干燥前驅(qū)體W得到固態(tài)PVDF-HFP，其中干 燥的PVDF-HFP是半透明且彎曲的；將PVDF-HFP浸入到電解質(zhì)溶液的溶劑中，例如碳酸二己 醋值EC)、碳酸二甲醋值MC)/碳酸己