CN104350632A - 层叠薄膜电池 - Google Patents
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Abstract
本发明揭示能够发挥高容量，并在层叠之后，即使在表面不形成额外的隔膜也无妨的层叠薄膜电池。本发明的层叠薄膜电池的特征在于，在第一面形成有正极电流集电体及负极电流集电体的第一薄膜电池及第二薄膜电池以各个第一面相向的形态层叠，上述第一薄膜电池和第二薄膜电池的正极电流集电体与正极端子进行电连接，上述第一薄膜电池和第二薄膜电池的负极电流集电体与负极端子进行电连接。
Description
技术领域
本发明涉及薄膜电池，更详细地，涉及能够发挥高容量，能够容易地体现外部端子，并在层叠之后，还能省略额外的表面隔膜的层叠薄膜电池。
背景技术
薄膜电池为将基本电池的结构要素薄膜化，使厚度变薄的电池。
薄膜电池的正极/电解质/负极的所有结构要素均呈固体状态，且通过化学气相沉积(CVD，Chemical Vapor Deposition)、物理气相沉积(PVD，Physical VaporDeposition)等蒸镀方法，在薄的基板上制成数微米(μm)左右的厚度。
薄膜电池具有如下优点：由于使用LiPON之类的固体电解质而具有较少的爆炸危险，在高温条件下，稳定性优秀，且自我放电率低，寿命特性优秀等。
另一方面，提出了如下技术：由于薄膜电池本身容量小，因此，为了提高容量，层叠单位薄膜电池，从而对两个以上的薄膜电池进行电连接。
韩国公开专利公报第10-2009-0113106号(2009年10月29日公开)公开了层叠单位薄膜电池的形态的高容量薄膜电池模块。
根据上述文献，第一薄膜电池和第二薄膜电池以第一薄膜电池的第一面(集电体的形成面)和第二薄膜电池的第二面(基板的下部面)相向的形态层叠。
但在这种形态的薄膜电池层叠结构的情况下，需要在层叠之后位于顶部的薄膜电池上形成用于防止水分渗透的厚隔膜，并且难以体现外部端子。
发明内容
本发明要解决的技术问题
本发明的目的在于，提供能够发挥高容量，能够省略层叠之后的厚隔膜的形成，且容易体现外部端子的层叠薄膜电池。
技术方案
用于实现上述目的的本发明实施例的层叠薄膜电池的特征在于，在第一面形成有正极电流集电体及负极电流集电体的第一薄膜电池及第二薄膜电池以各个第一面相向的形态层叠；上述第一薄膜电池和第二薄膜电池的正极电流集电体与正极端子进行电连接，上述第一薄膜电池和第二薄膜电池的负极电流集电体与负极端子进行电连接。
此时，优选地，在上述第一薄膜电池及第二薄膜电池之间形成有密封层。
并且，上述正极端子及负极端子可利用导电胶带、金属浆料及导电粘结剂来固定于上述第一薄膜电池或第二薄膜电池的正极电流集电体及负极电流集电体，并进行电连接。并且，上述正极端子及负极端子能够通过热接合方式或超声波接合方式固定于上述第一薄膜电池或第二薄膜电池的正极电流集电体及负极电流集电体，并进行电连接。并且，上述正极端子及负极端子能够利用胶带、粘结剂或浆料来固定于上述第一薄膜电池或第二薄膜电池的正极电流集电体及负极电流集电体，并通过引线键合方式与上述第一薄膜电池或第二薄膜电池的正极电流集电体及负极电流集电体进行电连接。
此时，上述第一薄膜电池可在第一面的第一侧形成有正极电流集电体，在第二侧形成有负极电流集电体；上述第二薄膜电池可在第一面的第二侧形成有正极电流集电体，在第一侧形成有负极电流集电体。
相反，上述第一薄膜电池可在第一面的第一侧形成有正极电流集电体，在第二侧形成有负极电流集电体；上述第二薄膜电池可在第一面的第一侧形成有正极电流集电体，在第二侧形成有负极电流集电体；各个正极电流集电体能够与上述正极端子进行电连接，各个负极电流集电体与上述负极端子进行电连接，具有用于分离上述正极电流集电体和负极电流集电体的绝缘部的双面通电结构物可配置于上述第一薄膜电池和第二薄膜电池之间。在这种情况下，相对于上述第一薄膜电池，上述第二薄膜电池能够以沿着水平方向旋转180°的形态层叠。并且，相对于上述第一薄膜电池，上述第二薄膜电池能够以沿着水平方向旋转360°的形态层叠；在上述双面通电结构物的内部可具有相互交叉形态的配线部。
并且，上述第一薄膜电池和第二薄膜电池可包括：形成于基板上的正极电流集电体及负极电流集电体；正极，形成于上述正极电流集电体上；负极，形成于上述负极电流集电体上；以及电解质，形成于上述正极及负极之间。
在这种情况下，上述第一薄膜电池和第二薄膜电池还可以包括隔膜(barrier)，上述隔膜用于覆盖除上述正极电流集电体及负极电流集电体的一部分之外的剩余部分。
有益效果
本发明的层叠薄膜电池能够通过电池层叠来串联第一薄膜电池和第二薄膜电池，因而能够发挥高容量。
尤其，本发明的层叠薄膜电池呈第一薄膜电池和第二薄膜电池以形成有集电体的面相向的形态层叠的结构，从而在层叠之后，无需形成额外的厚薄膜。
并且，由于本发明的层叠薄膜电池为形成有集电体的面相向的形态，因此，可在第一薄膜电池和第二薄膜电池之间容易地体现外部端子。
附图说明
图1表示能够适用于本发明的薄膜电池的例。
图2及图3表示本发明第一实施例的层叠薄膜电池。
图4及图5表示本发明第二实施例的层叠薄膜电池。
图6及图7表示本发明第三实施例的层叠薄膜电池。
图8简要表示能够适用于本发明第三实施例的双面通电结构物。
具体实施方式
参照详细后述的实施例及附图，就能明确本发明的优点、特征及实现这些优点及特征的方法。
但本发明并不局限于以下所公开的实施例，能够以互不相同的多种形态体现，本实施例只用于使本发明的公开更加完整，并为了向本发明所属技术领域的普通技术人员完整地告知本发明的范畴而提供，本发明仅由发明要求保护范围来定义。
以下，对本发明的层叠薄膜电池进行详细说明。
图1表示能够适用于本发明的薄膜电池的例。
参照图1，薄膜电池呈将正极电流集电体(Cathode Current Collector；CCC)120、正极130、负极电流集电体(Andoe Current Collector；ACC)140、电解质150及负极160分别以薄膜形态依次层叠于基板110上的结构。这种薄膜电池的所有要素由固相薄膜形成，且除基板110之外的整体厚度以数μm至数十μm左右的厚度非常薄地制成。
图1虽然提出了薄膜电池形态的一例，但本发明的薄膜电池并不局限于这种形态，可具有多种形态。
如上所述，由于薄膜电池本身的容量并不大，因此，能够为了发挥高容量而对两个以上的薄膜电池进行电连接来使用，为此，在结构上需要层叠两个以上的薄膜电池。
本发明提供层叠两个薄膜电池，但与以往不同，呈形成有集电体的面相向的结构的层叠薄膜电池。
图2及图3表示本发明第一实施例的层叠薄膜电池。
参照图2及图3，本发明的层叠薄膜电池基本上包括第一薄膜电池210a、第二薄膜电池210b、负极端子220a及正极端子220b。
第一薄膜电池210a和第二薄膜电池201b分别在第一面形成有正极电流集电体211、213及负极电流集电体212、214。
参照图3，在本发明中，第一薄膜电池210a及第二薄膜电池210b以各个第一面相向的形态层叠。并且，第一薄膜电池210a和第二薄膜电池210b的正极电流集电体211、213与正极端子220b以电方式进行共同连接，并且，第一薄膜电池210a和第二薄膜电池210b的负极电流集电体212、214与负极端子220以电方式进行共同连接。
像这样，第一薄膜电池210a和第二薄膜电池210b的第一面相向的层叠结构为耐水分渗透性弱的薄膜电池的第一面相向的形态，因此，不会使第一薄膜电池210a的第二面向上部露出或使第二薄膜电池210b的第二面向下部露出。即，在适用于本发明的薄膜电池的层叠结构中，相当于耐水分渗透性相对强的基板的背面的第二面向上部或下部露出。因此，可以省略为了防止在层叠之后，水分通过薄膜电池的表面渗透而在顶部的薄膜电池的第一面形成厚度为数十μm左右的额外的隔膜的过程。
并且，第一薄膜电池210a和第二薄膜电池210b的第一面相向的层叠结构能够将与外部相连接的负极端子220a及正极端子220b插入于薄膜电池210a、210b之间，因而能够容易地形成外部端子。
另一方面，在本发明中，由于第一薄膜电池和第二薄膜电池的第一面呈相向的层叠结构，因此，水分能够向第一薄膜电池及第二薄膜电池的第一面渗透，且灰尘等异物能够向第一薄膜电池及第二薄膜电池的第一面进入。为了防止这些，还可以在第一薄膜电池的第一面和第二薄膜电池的第一面之间形成有密封层(图3的230)。密封层230既能形成于第一薄膜电池的第一面和第二薄膜电池的第一面之间的整面或一部分，也能如图3所示，形成于边缘。
这种密封层230可由环氧树脂、流延聚丙烯(CPP，Casted Polypropylene)、沙林树脂(surlyn)及玻璃等形成。在环氧树脂的情况下，可通过热固化方式、紫外线固化方式等形成，流延聚丙烯、沙林树脂及玻璃等可通过热熔敷方式等形成。
另一方面，负极端子220a及正极端子220b能够利用导电胶带、金属浆料、热、超声波、引线等与第一薄膜电池210a的第一面的正极电流集电体211及负极电流集电体212相粘结或与第二薄膜电池210b的第一面的正极电流集电体213及负极电流集电体214相粘结，以便能够固定于第一薄膜电池210a或第二薄膜电池210a。
更具体地，负极端子220a及正极端子220b能够利用导电胶带、金属浆料及导电粘结剂来固定于第一薄膜电池210a或第二薄膜电池210b的正极电流集电体211、213及负极电流集电体212、214，并能进行电连接。
并且，负极端子220a及正极端子220b还能通过热接合方式或超声波接合方式固定于第一薄膜电池210a或第二薄膜电池210b的正极电流集电体211、213及负极电流集电体212、214，并能进行电连接。
并且，负极端子220a及正极端子220b还能通过引线键合方式与第一薄膜电池210a或第二薄膜电池210b的正极电流集电体211、213及负极电流集电体212、214进行电连接。但在这种情况下，优选地，为了固定负极端子220a及正极端子220b，能够利用胶带、粘结剂或浆料将负极端子220a及正极端子220b固定于第一薄膜电池210a或第二薄膜电池210b的正极电流集电体211、213及负极电流集电体212、214。
图2及图3所示的层叠薄膜电池具有第一薄膜电池210a和第二薄膜电池210b反转的形态。
即，参照图2及图3，第一薄膜电池210a在第一面的第一侧形成有正极电流集电体211，在与第一面的第一侧隔开的第二侧形成有负极电流集电体212。相反，第二薄膜电池210b在第一面的第二侧形成有正极电流集电体213，在第一侧形成有负极电流集电体214。
在这种情况下，具有即使不使用额外的双面通电结构物(图4的420，图6的620)，也能直接与正极端子220b及负极端子220a相连接的优点。
图4及图5表示本发明第二实施例的层叠薄膜电池。
在图4及图5所示的层叠薄膜电池的情况下，也由第一薄膜电池410a的形成有正极电流集电体412及负极电流集电体411的第一面和第二薄膜电池410b的形成有正极电流集电体414和负极电流集电体413的第一面以相向的形态层叠。并且，第一薄膜电池410a的正极电流集电体412和第二薄膜电池410b的正极电流集电体414与正极端子421a共同连接，且第一薄膜电池410a的负极电流集电体411和第二薄膜电池410b的负极电流集电体413与负极端子421b共同连接。
但在图4及图5中，第一薄膜电池和第二薄膜电池具有并非反转的形态的相同形态。
即，第一薄膜电池410a在第一面的第一侧形成有正极电流集电体412，在与上述第一面的第一侧隔开的第二侧形成有负极电流集电体411。第二薄膜电池410b在第一面的第一侧形成有正极电流集电体414，在第二侧形成有负极电流集电体413。
在这种情况下，为了使第一薄膜电池410a的第一面和第二薄膜电池410b的第一面以相向的方式层叠并体现串联，需要如图4所示的额外的双面通电结构物420。
双面通电结构物420使各个负极电流集电体411、413与负极端子421a进行电连接，使各个正极电流集电体412、141与正极端子421b进行电连接，且上述双面通电结构物420具有绝缘部425，上述绝缘部425用于对上述负极电流集电体411、413和正极电流集电体412、414进行电分离。
这种双面通电结构物420可配置于第一薄膜电池410a和第二薄膜电池410b之间。
在图4及图5所示的层叠薄膜电池的情况下，相对于第二薄膜电池410b，第一薄膜电池410a以沿着水平方向旋转180°的形态层叠。在这种情况下，由于可将各个正极电流集电体412、414位于一侧，将各个负极电流集电体411、413位于另一侧，因而能够简化双面通电结构物420的结构。
另一方面，在图4及图5所示的层叠薄膜电池中，正极端子421a及负极端子421b能够以一体方式形成于双面通电结构物420。并且，这些端子421a、421b能够利用金属浆料、导电性胶带等与双面通电结构物420相粘结。并且，这些端子421a、421b能够利用金属浆料、导电性胶带等与第一薄膜电池410a或第二薄膜电池410b的正极电流集电体412、414及负极电流集电体411、413相粘结，而在这种情况下，双面通电结构物420能够与端子421a、421b进行电连接。
图6及图7表示本发明第三实施例的层叠薄膜电池。
在图6及图7所示的层叠薄膜电池的情况下，也由第一薄膜电池610a的形成有正极电流集电体611及负极电流集电体612的第一面和第二薄膜电池610b的形成有正极电流集电体613和负极电流集电体614的第一面以相向的形态层叠。并且，第一薄膜电池610a的正极电流集电体611和第二薄膜电池610b的正极电流集电体613与正极端子621b共同连接，且第一薄膜电池610a的负极电流集电体612和第二薄膜电池610b的负极电流集电体614与负极端子621a共同连接。
并且，第一薄膜电池和第二薄膜电池呈并非相反的形态的相同形态。
但在图6及图7所示的层叠薄膜电池的情况下，相对于上述第二薄膜电池610b，第一薄膜电池610a以沿着水平方向旋转0°或360°的形态层叠。
在这种情况下，第一薄膜电池610a的正极电流集电体611和第二薄膜电池610b的负极电流集电体614相向，第一薄膜电池610a的负极电流集电体612和第二薄膜电池610b的正极电流集电体613相向。
在这种情况下，也额外需要双面通电结构物620。
图8简要表示能够适用于本发明第三实施例的双面通电结构物。
参照图8，为了形成图6及图7所示的层叠薄膜电池，可在双面通电结构物的内部具有相互交叉形态的配线部810a、810b，剩余部分形成为绝缘部820。
在图6及图7所示的层叠薄膜电池中，正极端子621b及负极端子621a与图4及图5所示的层叠薄膜电池一样，以一体方式形成于双面通电结构物620，或者与双面通电结构物620相粘结，或者与第一薄膜电池610a或第二薄膜电池610b的正极电流集电体611、613及负极电流集电体612、614相粘结。
另一方面，如图1所示，第一薄膜电池和第二薄膜电池包括：正极电流集电体120及负极电流集电体140，形成于基板110上；正极130，形成于上述正极电流集电体120上；负极160，形成于上述负极电流集电体140上；以及电解质150，形成于上述正极130及负极160之间。
此时，基板110能够由金属、玻璃、云母(mica)及高分子等形成。
并且，第一薄膜电池和第二薄膜电池还可以包括隔膜(barrier)170，上述隔膜170用于覆盖除正极电流集电体120及负极电流集电体140的一部分之外的剩余部分，来防止各个薄膜电池的负极160发生反应，防止水分向各个薄膜电池的内部渗透，并防止第一薄膜电池的负极和第二薄膜电池的负极相接触。
此时，隔膜170可由膜形态或薄膜形态形成。隔膜170的厚度不受太大限制，但在尺寸及制造费用方面，更优选地，以能够抑制负极的反应的最小限度的厚度形成，且优选为大约1～10μm左右的厚度。这与形成在常规的薄膜电池的上部的数十μm以上的隔膜相比，相当于显著薄的厚度。
如上所述，本发明的层叠薄膜电池具有形成有正极电流集电体及负极电流集电体的第一面以相向的形态使第一薄膜电池和第二薄膜电池层叠的结构，因此，无需在层叠后形成额外的厚隔膜。
并且，由于本发明的层叠薄膜电池呈形成有集电体的面相向的形态，因此，可在第一薄膜电池和第二薄膜电池之间容易地体现外部端子。
以上，参照附图对本发明的实施例进行了说明，但本发明并不局限于上述实施例，能够变形为不同的多种形态，本发明所属技术领域的普通技术人员能够理解可以在不变更本发明的技术思想或必要特征的情况下，以其他不同的具体形态来实施。因此，要理解的是，以上所述的实施例在所有方面均为例示，并非限定。
Claims (12)
1.一种层叠薄膜电池，其特征在于，
在第一面形成有正极电流集电体及负极电流集电体的第一薄膜电池及第二薄膜电池以各个第一面相向的形态层叠；
所述第一薄膜电池和第二薄膜电池的正极电流集电体与正极端子进行电连接，所述第一薄膜电池和第二薄膜电池的负极电流集电体与负极端子进行电连接。
2.根据权利要求1所述的层叠薄膜电池，其特征在于，在所述第一薄膜电池的第一面及第二薄膜电池的第一面之间形成有密封层。
3.根据权利要求2所述的层叠薄膜电池，其特征在于，所述密封层由选自环氧树脂、流延聚丙烯、沙林树脂及玻璃中的材质形成。
4.根据权利要求1所述的层叠薄膜电池，其特征在于，
所述正极端子及负极端子利用导电胶带、金属浆料及导电粘结剂来固定于所述第一薄膜电池或第二薄膜电池的正极电流集电体及负极电流集电体，并进行电连接，或者，
通过热接合方式或超声波接合方式固定于所述第一薄膜电池或第二薄膜电池的正极电流集电体及负极电流集电体，并进行电连接，或者，
利用胶带、粘结剂或浆料来固定于所述第一薄膜电池或第二薄膜电池的正极电流集电体及负极电流集电体，并通过引线键合方式与所述第一薄膜电池或第二薄膜电池的正极电流集电体及负极电流集电体进行电连接。
5.根据权利要求1所述的层叠薄膜电池，其特征在于，
所述第一薄膜电池在第一面的第一侧形成有正极电流集电体，在第二侧形成有负极电流集电体；
所述第二薄膜电池在第一面的第二侧形成有正极电流集电体，在第一侧形成有负极电流集电体。
6.根据权利要求1所述的层叠薄膜电池，其特征在于，
所述第一薄膜电池在第一面的第一侧形成有正极电流集电体，在第二侧形成有负极电流集电体；
所述第二薄膜电池在第一面的第一侧形成有正极电流集电体，在第二侧形成有负极电流集电体；
各个正极电流集电体与所述正极端子进行电连接，各个负极电流集电体与所述负极端子进行电连接，具有用于分离所述正极电流集电体和负极电流集电体的绝缘部的双面通电结构物配置于所述第一薄膜电池和第二薄膜电池之间。
7.根据权利要求6所述的层叠薄膜电池，其特征在于，相对于所述第二薄膜电池，所述第一薄膜电池以沿着水平方向旋转180°的形态层叠。
8.根据权利要求6所述的层叠薄膜电池，其特征在于，
相对于所述第二薄膜电池，所述第一薄膜电池以沿着水平方向旋转360°的形态层叠；
在所述双面通电结构物的内部具有相互交叉形态的配线部。
9.根据权利要求1所述的层叠薄膜电池，其特征在于，所述第一薄膜电池和第二薄膜电池包括：
形成于基板上的正极电流集电体及负极电流集电体；
正极，其形成于所述正极电流集电体上；
负极，其形成于所述负极电流集电体上；以及
电解质，其形成于所述正极及负极之间。
10.根据权利要求9所述的层叠薄膜电池，其特征在于，所述第一薄膜电池和第二薄膜电池还包括隔膜，所述隔膜用于覆盖除所述正极电流集电体及负极电流集电体的一部分之外的剩余部分。
11.根据权利要求10所述的层叠薄膜电池，其特征在于，所述隔膜呈膜形态或薄膜形态。
12.根据权利要求9所述的层叠薄膜电池，其特征在于，所述基板由选自金属、玻璃、云母及高分子中的材质形成。
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