CN102569944B

CN102569944B - 平板电池

Info

Publication number: CN102569944B
Application number: CN201010585569.0A
Authority: CN
Inventors: 廖重宾
Original assignee: Innot Bioenergy Holding Co
Current assignee: Innot Bioenergy Holding Co
Priority date: 2010-12-13
Filing date: 2010-12-13
Publication date: 2015-04-15
Anticipated expiration: 2030-12-13
Also published as: US8592073B2; CN102569944A; US20120148905A1

Abstract

本发明实施例提供了一平板电池，其包括负极结构层、平铺在所述负极结构层上的第一隔离膜、平铺在所述第一隔离膜上的叶绿素涂层、平铺在所述叶绿素涂层上的第二隔离膜、平铺在所述第二隔离膜上的正极结构层、上平板以及下平板，其中所述负极结构层、第一隔离膜、叶绿素层、第二隔离膜、正极结构层夹设在所述上平板与所述下平板之间。由于本发明实施例的平板电池采用天然的环保物质代替传统电池中的污染成分，用完即使丢弃也不会对环境造成污染，环保程度远胜于传统电池。

Description

平板电池

技术领域

本申请请求在2008年12月24日递交的美国专利申请第12/344,211号以及在2008年5月16日递交的台湾专利申请第97118207号的在先权益。以上两件专利文献的全部内容在此作为参考引用引入本申请。

本发明涉及一种平板电池及其制造方法，特别涉及一种使用叶绿素来产生电能的平板电池及其制造方法。

背景技术

近年来，陆续出现了移动电话、手提式摄影机、笔记本电脑、数字相机、PDA、CD player等轻便型电子机器，并谋求其小型及轻量化，而伴随此，作为可携带的轻便电源电池也同样受到关注。电池种类包括干电池、镍氢电池、锂电池与燃料电池等。下面将简单介绍一下常见电池。

日常使用的干电池是大多是锌锰电池，也叫碳锌电池。碳锌电池的外壳一般由锌构成，其既可以作为电池的容器，又可以作为电池的负极。碳锌电池是从液体Leclanché电池发展而来。传统或一般型碳锌电池以氯化铵为电解质；超级或高能碳锌电池则通常是使用氯化锌为电解质的碳锌电池，是一般廉价电池的改良版。碳锌电池的正极主要是由粉末状的二氧化锰和碳构成。电解液是把氯化锌和氯化铵溶于水中所形成的糊状溶液。碳锌电池是最便宜的原电池，因此成为很多厂商的首选，因为这些厂商所销售的设备中常常需要配送电池。锌碳电池可以用于遥控器、闪光灯、玩具或晶体管收音机等功率不大的设备。

然而，当碳锌电池使用一段时间以后，由于金属锌被氧化成为锌离子，锌外壳会逐渐变薄。因此，氯化锌溶液常常可以从电池中泄漏出来。泄漏出来的氯化锌往往会使电池表面变粘。一些老的电池没有泄漏保护。锌碳电池的使用寿命比较短，保存期一般为一年半。另外，就算电池没有使用，电池内的氯化铵有弱酸性，可以与锌反应，锌外壳也会慢慢的变薄。

现在3C产业常提到的锂电池其实是锂钴电池，广义的可充放锂电池是指由一个石墨负极、一个采用钴、锰或磷酸铁的正极、以及一种用于运送锂离子的电解液所构成。而一次锂离子电池则可以锂金属或者嵌锂材料作为负极。锂电池产业发展20多年来一直集中在3C产业为主，鲜少应用在市场经济规模更大的储能和动力电池(瞬间需要较大电流)市场，这市场涵盖纯电动车、油电混合车、中大型UPS、太阳能、大型储能电池、电动手工具、电动摩托车、电动自行车、航天设备与飞机用电池等领域。其主要原因是过去锂电池采用的锂钴正极材料(LiCoO₂，就是现在最常见的锂电池)，无法应用在需要大电流、高电压、高扭力以及要耐受穿刺、冲撞和高温、低温等条件等特殊环境，更重要的是，因无法满足人们对安全的绝对要求而饱受诟病。

同时，锂钴电池也无法达到快速充电与完全避免二次污染等目的，而且一定要设计保护电路以防止过度充电或过度放电，否则就会造成爆炸等危险，甚至出现如Sony电池爆炸导致全球品牌NB业者投下巨资回收的情况。

另外，钴的价格愈来愈高昂，全球钴元素最大生产国刚果，战乱纷扰多，导致钴元素价格不断升高。锂钴电池的粉体因钴元素价格不断上涨，现在已从原先的每公斤40美元涨价到60～70美元。磷酸锂铁粉体依质量好坏，每公斤售价在30～60美元。

镍氢电池的设计源于镍镉电池。1982年美国OVONIC公司请求储氢合金用于电极制造的专利，使得此一材料受到重视，继之为1985年荷兰飞利浦公司突破了储氢合金在充放电过程中容量衰减的问题终使镍氢电池脱颖而出。目前在日本有8家以上镍氢电池制造厂，德国，美国，香港，台湾也有镍氢电池生产，市场反应良好。而且镍氢电池所造成的污染，会比含有镉的镍镉电池小很多，因此，目前镍镉电池已逐渐被镍氢电池取代。

燃料电池(Fuel cell)是一种使用燃料进行化学反应产生电力的装置，最早在1839年由英国的Grove所发明。最常见是以氢氧为燃料的质子交换膜燃料电池，由于燃料价格平宜，加上对人体无化学危险、对环境无害，发电后产生纯水和热，1960年代应用在美国军方，后在1965年应用在美国双子星座计划双子星座5号飞船。现在也有一些笔记本电脑开始研究使用燃料电池。但由于产生的电量太小，且无法瞬间提供大量电能，只能用于平稳供电上。燃料电池是一个电池本体与燃料箱组合而成的动力机制。燃料的选择性非常高，包括纯氢气、甲醇、乙醇、天然气，甚至在现在运用最广泛的汽油，都可以做为燃料电池的燃料。

不论是新型强调环保的碳锌电池、碱性电池及二次电池，在制程上还是会使用少量的汞或其他重金属如锌、锰与锂等，而且在原料及制程上使用具污染性的物质，对环境以及人体都具有较大危害。

目前应用广泛的锂电池属不稳定的电化学装置，若制作过程、封装不当、运作在低负载，可能会引起爆炸。因此需要多重复杂的保护机制，比如包括保护电路、排气孔、隔离膜等，其中保护电路用于防止过充、过放、超载、过热；排气孔用于避免电池内部压强过大；隔离膜具有较高的抗穿刺强度，以防止内部短路，且在电池内部温度过高时还能融化，阻止锂离子通过，阻滞电池反应，升高内阻(至2kΩ)。

锂电池的主要原料锂矿越来越少，使其价格快速上涨。

锂电池在温度稍高的室外或环境之下效能与寿命皆开始快速降减。

镍镉电池或镍氢电池因具有记忆效应，很容易因充放电不良，而造成可用容量降低。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种平板电池，其可利用天然的环保物质代替传统电池中的污染成分，用完即使丢弃也不会对环境造成污染，环保程度远胜于传统电池。

为解决上述问题，本发明实施例提供了一平板电池，其包括负极结构层、平铺在所述负极结构层上的第一隔离膜、平铺在所述第一隔离膜上的叶绿素涂层、平铺在所述叶绿素涂层上的第二隔离膜、平铺在所述第二隔离膜上的正极结构层、上平板以及下平板，其中所述负极结构层、第一隔离膜、叶绿素层、第二隔离膜、正极结构层夹设在所述上平板与所述下平板之间。

优选地，所述负极结构层包括导电材料层。

优选地，所述导电材料层由铝、金、金属化合物或导电高分子材料制成。

优选地，所述负极结构层进一步包括金属屑层，其中所述金属屑层平铺在导电材料层上。

优选地，所述第一隔离膜以及第二隔离膜分别采用高纤维材质制成。

优选地，所述高纤维材质为纸类。

优选地，所述第一隔离膜以及第二隔离膜中分别吸附有有机盐类水溶液。

优选地，所述叶绿素涂层包括叶绿素。

优选地，所述叶绿素为叶绿素a、叶绿素b、叶绿素c1、叶绿素c2、叶绿素d、及叶绿素e中的一种或多种。

优选地，所述叶绿素为粉末状或液状。

优选地，所述叶绿素涂层进一步包括高聚体溶液。

优选地，所述正极结构层包括活性化的导电高分子层以及导电高分子层。

优选地，所述活性化的导电高分子层包括碳布、碳末或者奈米导电高分子粉末。

优选地，所述导电高分子的材料选自杂环或芳香族杂环化合物。

优选地，所述活性化的导电高分子层进一步包括叶绿素粉末。

优选地，所述上平板以及所述下平板为压克力板、复合材料板、完全金属板、导电玻璃板、氧化金属板或合金板。

本发明实施例所揭示的平板电池可利用叶绿素涂层中的叶绿素或/及正极结构层中的叶绿素即可进行储氢从而达到供电的目的。此外由于本发明的平板电池采用天然的环保物质代替传统电池中的污染成分，用完即使丢弃也不会对环境造成污染，环保程度远胜于传统电池。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。

附图说明

图1是本发明一实施例所揭示的平板电池的结构示意图。

图2是本发明一实施例所揭示的平板电池的制作方法的流程图。

图3是图2所示步骤S3的流程图。

图4是图2所示步骤S7的具体流程图。

具体实施方式

为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的电池其具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。

图1绘示为本发明一实施例所揭示的平板电池的结构示意图。如图1所示，本发明实施例提供了一种平板电池100，其包括负极结构层110、第一隔离膜120、叶绿素涂层130、第二隔离膜140、正极结构层150、上平板160以及下平板170。其中第一隔离膜120平铺在负极结构层110上，叶绿素涂层130平铺在第一隔离膜120上，第二隔离膜140平铺在叶绿素涂层130上，而正极结构层150平铺在第二隔离膜140上。也就是说，负极结构层110、第一隔离膜120、叶绿素涂层130、第二隔离膜140以及正极结构层150依次迭加在一起，并夹设在上平板160以及下平板170之间从而构成了平板电池100。

其中，负极结构层110包括导电材料层111以及金属屑层112。其中，导电材料层111由导电材料而制成。导电材料可以是金属、金属化合物或导电高分子材料。金属可以选自铝和/或金。金属化合物可以选自一氧化锰、氧化锌和氧化镁中的一种或多种。导电高分子材料选自杂环或芳香族杂环化合物。根据本发明的一优选实施例，导电高分子材料选自以下化合物中的一种或多种：聚乙炔、聚芳香烃乙烯、聚噻吩、聚苯胺、聚咇咯、聚吡咯和上述化合物的衍生物。此外，导电材料层111可经过打磨处理而产生一粗糙面(未标示)。优选地，在本实施例中，导电材料层111可选取铝片而制成。

金属屑层112包括金属屑，其可以通过喷洒平铺在导电材料层111上，从而可单独形成一材料层。金属屑具有增强电极导电能力的作用。金属屑可以选自以下一个或多个元素族的元素：II族、III族和VII族。其中，II族的元素可以选自以下元素的一种或多种：镁、钙和锌。III族的元素可以选自硼和/或铝。VII族的元素可以选自锰和/或铁。金属屑重量为负极结构层重量的25％或更少。金属屑的重量可以为0.5g～12g。优选地，在本实施例中，金属屑层112中的金属屑的重量可设定为4g。

此外，本领域技术人员可以理解的是，负极结构层也可只包括导电材料层111，其并没有利用金属屑所构成的金属屑层112来增强负极结构层110的导电能力。

第一隔离膜120以及第二隔离膜140分别包括采用高纤维材质而制成，其中高纤维材质可以为纸类，纸类包括玻璃纸、棉纸、宣纸及绢纸等，且高纤维材质孔隙大小优选为0.01μm～1cm。且第一隔离膜120以及第二隔离膜140中分别吸附有有盐类水溶液，其中盐类水溶液的导电度为10ms/cm-500ms/cm。盐类可为非含锂的有机盐类。盐类可选自以下离子化合物中的一种或多种：碘化钠、氯化钠和氢氧化钠。

叶绿素涂层130主要由叶绿素而制成，其中叶绿素可以为叶绿素a、叶绿素b、叶绿素c1、叶绿素c2、叶绿素d、及叶绿素e中的一种或多种。叶绿素可以为粉末状或液状。优选地，本实施例所采用的叶绿素已去除叶绿素氧化酶。

此外，叶绿素涂层130也可以由叶绿素与高聚体溶液调制而成，例如，将叶绿素粉末与高聚体溶液依照一定比例进行调和搅拌，然后涂布成层状，再进行烘烤从而获得叶绿素涂层130。

高聚体溶液的导电度为50-250ms/cm。高聚体溶液可以包括硼、镁、铝、钙、锰及锌元素的一种或数种。高聚体溶液还用于叶绿素涂层130的功函数，俾使正负电极结构层间的电位差能达致所欲的伏特数，如1.5V。

高聚体溶液可以由金属离子与各类酸根离子的化合物、高聚体及溶剂按比例调配而成。高聚体可以为葡萄糖的高聚体。葡萄糖的高聚体可以为植物淀粉，例如为马铃薯淀粉、菱角淀粉、玉米淀粉、地瓜粉、莲藕淀粉、芥末粉和葛根粉中的一种或多种。金属离子与各类酸根离子的化合物可以为碳酸钙。金属离子与各类酸根离子的化合物可以为天然植物化学成分。天然植物化学成分包括木脂素类、低聚糖、多糖、黄酮类、环烯醚萜类、脂肪酸、东莨菪内酯、儿茶素、β谷固醇、虎刺素和生物碱类。溶剂可以为带极性且PH值大于3之溶剂，例如水、海水、茶、咖啡、果汁或酒等等。高聚体溶液的PH值优选为5.5-8。高聚体溶液还可以包括维生素，例如维生素D。

正极结构层150包括活性化的导电高分子层151以及导电高分子层152。其中活性化的导电高分子层151包括碳布、碳末或者奈米导电高分子粉末。碳布或者碳末包括白碳或称蜡石(Chaoite)、碳黑、碳烟(Carbon black)、玻璃碳或者玻碳(Glassy carbon)、奈米碳管(Carbon nanotube)、活性碳(Activated carbon)、钻石、金刚石(Diamond)、非晶质碳(Amorphous carbon)、石墨烯(Graphene)、富勒烯(Fulerene)、石墨(Graphite)、碳炔(Carbyne)、双原子碳(Diatomic carbon)、C3(Tricarbon)、原子碳(Atomic carbon)、石墨化性碳素、热分解碳类，焦炭类及其他碳的同素异形体。

此外，活性化的导电高分子层151也可进一步包括叶绿素粉末，从而增强平板电池100的供电能力。

上平板160以及下平板170可选择自压克力板、复合材料板、完全金属板(如铁，锡，铜等)、导电玻璃板、氧化金属板或合金板。

在本发明中，平板电池100工作时，叶绿素涂层130中的叶绿素或/及正极结构层中的叶绿素会因接收光线或遇到溶液而产生电子或空穴，从而在平板电池100的正极结构层150与负极结构层110之间形成电位差以提供持续的电流。也就是说，本发明的平板电池100以叶绿素涂层130中的叶绿素以及正极结构层中的叶绿素来作为能量来源来提供电能。

图2绘示为本发明一实施例所揭示的平板电池的制作方法的流程图。如图2所示，上述平板电池的制作方法包括以下步骤：

步骤S1：制备叶绿素涂层；

步骤S2：制备吸附有有机盐类水溶液的第一隔离膜与第二隔离膜；

步骤S3：提供负极结构层；

步骤S4：在负极结构层上平铺吸附有有机盐类水溶液的第一隔离膜；

步骤S5：平铺上叶绿素涂层；

步骤S6：平铺上吸附有有机盐类水溶液的第二隔离膜；

步骤S7：平铺上正极结构层；

步骤S8：将上述结构夹设在上平板与下平板之间。

此外，如图2所示，上述平面电池的制造方法在步骤S4与步骤S5之间进一步包括步骤S4a：以60～70公斤的重量平面加压第一隔离膜与负极结构层。

请参阅图3，其绘示为图2所示步骤S3的流程图。如图3所示，步骤S3进一步包括步骤S31：提供导电材料层，并对导电材料层进行打磨处理以获得一粗糙面；以及步骤S32：在导电材料层的粗糙面上喷洒平铺金属屑以得到金属屑层。

请参阅图4，其绘示为图2所示步骤S7的流程图。如图3所示，步骤S7进一步包括步骤S71：平铺活性化的导电高分子层；以及步骤S72：平铺导电高分子层。

本发明所揭示的平板电池可利用叶绿素涂层中的叶绿素或/及正极结构层中的叶绿素即可进行储氢从而达到供电的目的。此外由于本发明的平板电池采用天然的环保物质代替传统电池中的污染成分，用完即使丢弃也不会对环境造成污染，环保程度远胜于传统电池。

需要指出的是，在本发明实施例中提到的“第一”、“第二”等用语仅是根据需要采用的文字符号，在实务中并不限于此，并且所述文字符号可以互换使用。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims

1.一种平板电池，其特征在于包括：负极结构层、平铺在所述负极结构层上的第一隔离膜、平铺在所述第一隔离膜上的叶绿素层、平铺在所述叶绿素涂层上的第二隔离膜、平铺在所述第二隔离膜上的正极结构层、上平板以及下平板，其中所述负极结构层、第一隔离膜、叶绿素层、第二隔离膜、正极结构层夹设在所述上平板与所述下平板之间；该叶绿素层用以产生电子或空穴作为电池的能量来源，该叶绿素层由叶绿素与高聚体溶液调制后涂布成层状再进行烘烤制得，该高聚体溶液含有碳酸钙、高聚体及溶剂，该高聚体为葡萄糖的高聚体；所述负极结构层包括导电材料层，所述正极结构层包括活性化的导电高分子层以及导电高分子层，所述活性化的导电高分子层包括碳布、碳末或者纳米导电高分子粉末。

2.根据权利要求1所述的平板电池，其特征在于，所述导电材料层由铝、金、金属化合物或导电高分子材料制成。

3.根据权利要求1所述的平板电池，其特征在于，所述负极结构层进一步包括金属屑层，其中所述金属屑层平铺在导电材料层上。

4.根据权利要求1所述的平板电池，其特征在于，所述第一隔离膜以及第二隔离膜分别采用高纤维材质制成。

5.根据权利要求4所述的平板电池，其特征在于，所述高纤维材质为纸类。

6.根据权利要求4所述的平板电池，其特征在于，所述第一隔离膜以及第二隔离膜中分别吸附有有机盐类水溶液。

7.根据权利要求1所述的平板电池，其特征在于，所述叶绿素涂层包括叶绿素。

8.根据权利要求7所述的平板电池，其特征在于，所述叶绿素为叶绿素a、叶绿素b、叶绿素c1、叶绿素c2、叶绿素d、及叶绿素e中的一种或多种。

9.根据权利要求8所述的平板电池，其特征在于，所述叶绿素为粉末状或液状。

10.根据权利要求1所述的平板电池，其特征在于，所述纳米导电高分子的材料选自杂环或芳香族杂环化合物。

11.根据权利要求1所述的平板电池，其特征在于，所述活性化的导电高分子层进一步包括叶绿素粉末。

12.根据权利要求1所述的平板电池，其特征在于，所述上平板以及所述下平板为压克力板、完全金属板、导电玻璃板、氧化金属板或合金板。