CN115588748B - 一种电池与电路板的集成装置及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电池与电路板的集成装置及其制备方法，涉及电池领域，该集成装置以双面覆铜印制电路板其中一面的铜箔作为正极集流体，将电路与电池集成到一起，缩短了电池与电路之间的距离；通过使用正极集流体的一部分作为正极极耳，或者直接将正极极耳穿过覆铜板将正极极耳伸出，减少了导线的使用，减小了电池和电路共同占有的体积，使得同样体积内能够放下更大的电池，提高了设备的使用寿命。

Description

一种电池与电路板的集成装置及其制备方法

技术领域

本发明涉及电池领域，更具体地，本发明涉及一种电池与电路板的集成装置及其制备方法。

背景技术

随着物联网技术的不断普及，信息技术基础设施的升级，我国正步入物联网时代。而现有的物联网设备在应用中往往受到多方面的技术局限，尤其在户外使用，无长期持续供电的应用场景，电池本身的电量直接影响到设备的使用寿命。这对物联网终端器件供能设备的电量密度以及充电模式提出了更高的要求，目前的技术虽然可以通过增加电池组提高电量，但这势必会增加设备的体积，如何在有限的空间内，实现更长的使用寿命成为了物联网终端器件亟需解决的一个问题。

发明内容

本发明克服了现有技术的不足，提供一种电池与电路板的集成装置及其制备方法，以期望可以解决目前物联网终端器件能量密度较低的问题。

为解决上述的技术问题，本发明的一种实施方式采用以下技术方案：

一种电池与电路板的集成装置，其特征在于，以双面覆铜印制电路板其中一面的铜箔作为正极集流体，正极集流体上依次安装有正极极片、隔膜、负极极片、负极集流体和盖板，双面覆铜印制电路板另一面安装电子元器件，构成电路；

所述隔膜将正极极片、负极极片隔开不接触；

所述盖板四边设置有边框，盖板、边框和双面覆铜印制电路板形成一个封闭空间，将上述正极极片、隔膜、负极极片、负极集流体封闭，所述封闭空间内注入有电解液；

所述正极集流体与正极极耳连接，所述负极集流体与负极极耳连接，正极极耳与负极极耳互不接触，正极极耳、负极极耳伸出封闭空间。

进一步的技术方案为：所述正极集流体的一部分作为正极极耳，从所述封闭空间中伸出。

更进一步的技术方案为：所述正极极耳穿过双面覆铜印制电路板上通孔，伸出所述封闭空间，接到双面覆铜印制电路板设计有电路的一面。

通过将正极极耳穿过双面覆铜印制电路板上通孔，能够直接将正极导通至双面覆铜印制电路板另一面，极大方便了电路的设计和使用。

更进一步的技术方案为：所述正极极片厚度为0.5～3.5mm，所述负极极片为金属锂片，厚度与正极极片相匹配，为0.1～1mm；所述隔膜材质为PP/PE/PP复合膜，厚度为8～25μm。

本发明还提供了一种电池与电路板的集成装置制备方法，包括以下步骤：

S1、将双面覆铜印制电路板刻蚀出正极集流体，制作正极极耳连接正极集流体；

S2、将正极活性物质、导电剂、粘结剂充分研磨，混合均匀后，向混合物中加入N-甲基吡咯烷酮，充分搅拌混合均匀，制备成正极浆料；

S3、根据电路板上正极集流体的形状与尺寸制备掩模版，采用涂布或印刷方法在正极集流体上制备正极极片；

S4、在60℃～80℃下烘干集成装置至肉眼无溶剂，再转入真空干燥箱中在100℃～130℃下干燥10～15h；

S5、对上述集成装置进行静压，将正极极片压至合适的厚度，极片厚度在0.5～3.5mm之间；

S6、制备边框，用密封胶将边框与电路板进行封装；

边框材质为聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯、聚四氟乙烯、玻纤板、环氧树脂板中的一种；

密封胶为热熔胶、环氧树脂胶、聚丙烯酸树脂、聚氨酯、有机硅密封胶、湿气固化胶、紫外固化胶中的一种；

S7、在惰性气氛手套箱中，以铜箔、铝箔、镍箔、铜网、铝网、镍网中的一种作为负极集流体，以镍带、铜带中的一种作为负极极耳，并将集流体与极耳焊接，所述负极极耳厚度为0.02～0.1mm，宽度为2～5mm；

将金属锂片压制在负极集流体上制备成负极极片；

所述金属锂片厚度与正极极片相匹配，在0.1～1mm之间；

S8、装配器件，在正极极片表面依次盖上隔膜、负极极片与负极集流体，使用密封胶将盖板与边框完成封闭，将正极极耳、负极极耳伸出封闭空间外，注入电解液，最后使用密封胶完成封装。

进一步的技术方案为：S2中所述的正极活性物质为热处理后的电解二氧化锰或氟化碳；

导电剂为石墨、导电炭黑、乙炔黑、碳纳米管、石墨烯中的一种或多种组合；

粘结剂为聚偏氟乙烯、聚丙烯酸酯、聚丙烯腈中的一种或多种组合。

更进一步的技术方案为：所述S3中的印刷方法可采用孔板印刷、丝网印刷的一种。

与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：通过将双面覆铜印制电路板其中一面的铜箔作为正极集流体，将电路与电池集成到一起，缩短了电池与电路之间的距离；通过使用正极集流体的一部分作为正极极耳，或者直接将正极极耳穿过双面覆铜印制电路板将正极极耳伸出，减少了导线的使用，减小了电池和电路共同占有的体积，使得同样体积内能够放下更大的电池，提高了设备的使用寿命。

附图说明

图1为本发明实施例1的侧面剖视结构图；

图2为本发明实施例1的双面覆铜印制电路板、正极集流体、正极极耳的俯视结构图；

图3为本发明实施例2的侧面剖视结构图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1：

一种电池与电路板的集成装置，参见图1，以双面覆铜印制电路板101其中一面的铜箔作为正极集流体102，正极集流体102上依次设置有正极极片103、隔膜104、负极极片105、负极集流体106和盖板107；双面覆铜印制电路板101另一面安装电子元器件，构成电路；

所述隔膜104将正极极片103与负极极片105隔开不接触，材质为PP/PE/PP复合膜，厚度为25μm；

所述盖板107四边设置有边框108，盖板107、边框108和双面覆铜印制电路板101形成一个封闭空间，将上述正极极片103、隔膜104、负极极片105、负极集流体106封闭，所述封闭空间内注入有电解液；

所述正极集流体102与正极极耳109连接，所述负极集流体106与负极极耳110连接，正极极耳109与负极极耳110互不接触，正极极耳109、负极极耳110伸出封闭空间；

所述正极极片103厚度为0.1mm，所述负极极片105为金属锂片，厚度为150μm；所述负极集流体106由镍带与铝网焊接组成；

如图2所示，所述正极集流体102的一部分作为正极极耳109，从所述封闭空间中伸出，通过导体接到双面覆铜印制电路板101设计有电路的一面。

实施例2：

一种电池与电路板的集成装置，参见图1，以双面覆铜印制电路板201其中一面的铜箔作为正极集流体202，正极集流体202上依次设置有正极极片203、隔膜204、负极极片205、负极集流体206、盖板207；双面覆铜印制电路板201另一面安装电子元器件，构成电路；

所述隔膜204将正极极片203与负极极片205隔开不接触，材质为PP/PE/PP复合膜，厚度为25μm；

所述盖板207四边设置有边框，盖板207、边框208和双面覆铜印制电路板201形成一个封闭空间，将上述正极极片202、隔膜203、负极极片204、负极集流体205封闭，所述封闭空间内注入有电解液；

所述正极集流体202与正极极耳209连接，所述负极集流体205与负极极耳210连接，正极极耳209与负极极耳210互不接触，正极极耳209、负极极耳210伸出封闭空间；

所述正极极片203厚度为0.1mm，所述负极极片205为金属锂片，厚度为150μm；所述负极集流体205由镍带与铝网焊接组成；

如图3所示，所述正极极耳209穿过双面覆铜印制电路板201上通孔，伸出所述封闭空间，接到双面覆铜印制电路板201设计有电路的一面。

实施例3：

一种电池与电路板的集成装置制备方法，包括以下步骤：

S301、将双面覆铜印制电路板刻蚀出25mm×25mm正方形区域作为正极集流体，并在正极集流体旁刻蚀出正极极耳，正极极耳通过导体接到双面覆铜印制电路板设计有电路的一面；

S302、将热处理后的电解二氧化锰、导电炭黑、聚偏氟乙烯充分研磨，混合均匀后，向混合物中加入N-甲基吡咯烷酮，充分搅拌混合均匀，制备成正极浆料；

S303、在正极集流体上制备25mm×25mm的掩模版，采用丝网印刷在正极集流体上印刷出2mm厚正极极片；

S304、在80℃下烘干集成装置至肉眼无溶剂，再转入真空干燥箱中在110℃下干燥10h；

S305、对上述集成装置进行静压，将正极极片压至2mm厚；

S306、以玻纤板材质制备边框，用热熔胶将边框与电路板封装；

S307、在惰性气氛手套箱中，采用将镍带与铝网焊接为负极集流体，所述负极集流体的尺寸为24mm×24mm，制作负极极耳连接负极集流体，所述负极极耳为0.05mm厚、5mm宽镍带；

将长宽为24mm×24mm，200μm厚金属锂片压制在负极集流体上制备成负极极片；

S308、装配器件，在正极极片表面依次盖上长宽为25mm×25mm，厚度为25μm的隔膜、制备好的负极极片与负极集流体，使用热熔胶将玻纤板盖板与玻纤板边框封闭，将正极极耳、负极极耳伸出封闭空间外，注入电解液，最后使用热熔胶完成封装。

实施例4：

一种电池与电路板的集成装置制备方法，包括以下步骤：

S401、将双面覆铜印制电路板刻蚀出90mm×40mm长方形区域作为正极集流体，所述正极极片与正极极耳连接，正极极耳穿过双面覆铜印制电路板上通孔，伸出所述封闭空间，接到双面覆铜印制电路板设计有电路的一面；

S402、将氟化碳、石墨、聚丙烯酸酯充分研磨，混合均匀后，向混合物中加入N-甲基吡咯烷酮，充分搅拌混合均匀，制备成正极浆料；

S403、在正极集流体上制备90mm×40mm的掩模版，采用孔板印刷在正极集流体上印刷出2.5mm厚正极极片；

S404、在80℃下烘干集成装置至肉眼无溶剂，再转入真空干燥箱中在110℃下干燥10h；

S405、对上述集成装置进行静压，将正极极片压至2.5mm厚；

S406、以环氧树脂板制备边框，用环氧树脂胶将边框与电路板封装；

S407、在惰性气氛手套箱中，采用将镍带与铝网焊接为负极集流体，所述负极集流体的尺寸为90mm×40mm，制作负极极耳连接负极集流体，所述负极极耳为0.05mm厚、5mm宽镍带；

将长宽为90mm×40mm，250μm厚金属锂片压制在负极集流体上制备成负极极片；

S408、装配器件，在正极极片表面依次盖上长宽为90mm×40mm，厚度为20μm的隔膜、制备好的负极极片与负极集流体，使用环氧树脂胶将环氧树脂板盖板与环氧树脂板边框封闭，将正极极耳、负极极耳伸出封闭空间外，注入电解液，最后使用环氧树脂胶完成封装。

尽管这里参照本发明的解释性实施例对本发明进行了描述，但是，应该理解，本领域技术人员可以设计出很多其他的修改和实施方式，这些修改和实施方式将落在本申请公开的原则范围和精神之内。更具体地说，在本申请公开的范围内，可以对主题组合布局的组成部件和/或布局进行多种变型和改进。除了对组成部件和/或布局进行的变型和改进外，对于本领域技术人员来说，其他的用途也将是明显的。

Claims (5)

1.一种电池与电路板的集成装置，其特征在于，以双面覆铜印制电路板其中一面的铜箔作为正极集流体，正极集流体上依次安装有正极极片、隔膜、负极极片、负极集流体和盖板，双面覆铜印制电路板另一面安装电子元器件，构成电路；

所述隔膜将正极极片、负极极片隔开不接触；

所述盖板四边设置有边框，盖板、边框和双面覆铜印制电路板形成一个封闭空间，将上述正极极片、隔膜、负极极片、负极集流体封闭，所述封闭空间内注入有电解液；

所述正极集流体与正极极耳连接，所述负极集流体与负极极耳连接，正极极耳与负极极耳互不接触，正极极耳、负极极耳伸出封闭空间；

所述正极极耳穿过覆铜板上通孔，伸出所述封闭空间，接到双面覆铜印制电路板设计有电路的一面。

2.如权利要求1所述的一种电池与电路板的集成装置，其特征在于，所述正极极片厚度为0.5～3.5mm，所述负极极片为金属锂片，厚度与正极极片相匹配，为0.1～1mm；所述隔膜材质为PP/PE/PP复合膜，厚度为8～25μm。

3.一种电池与电路板的集成装置制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、将双面覆铜印制电路板刻蚀出正极集流体，制作正极极耳连接正极集流体；

S2、将正极活性物质、导电剂、粘结剂充分研磨，混合均匀后，向混合物中加入N-甲基吡咯烷酮，充分搅拌混合均匀，制备成正极浆料；

S3、根据电路板上正极集流体的形状与尺寸制备掩模版，采用涂布或印刷方法在正极集流体上制备正极极片；

S4、在60℃～80℃下烘干集成装置至肉眼无溶剂，再转入真空干燥箱中在100℃～130℃下干燥10～15h；

S5、对上述集成装置进行静压，将正极极片压至合适的厚度，极片厚度在0.5～3.5mm之间；

S6、制备边框，用密封胶将边框与电路板进行封装；

边框材质为聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯、聚四氟乙烯、玻纤板、环氧树脂板中的一种；

密封胶为热熔胶、环氧树脂胶、聚丙烯酸树脂、聚氨酯、有机硅密封胶、湿气固化胶、紫外固化胶中的一种；

S7、在惰性气氛手套箱中，以铜箔、铝箔、镍箔、铜网、铝网、镍网中的一种作为负极集流体，以镍带、铜带中的一种作为负极极耳，并将集流体与极耳焊接，所述负极极耳厚度为0.02～0.1mm，宽度为2～5mm；

将金属锂片压制在负极集流体上制备成负极极板；

所述金属锂片厚度与正极极片相匹配，在0.1～1mm之间；

S8、装配器件，在正极极片表面依次盖上隔膜、负极极板与负极集流体，使用密封胶将盖板与边框完成封闭，将正极极耳、负极极耳伸出封闭空间外，注入电解液，最后使用密封胶完成封装。

4.如权利要求3所述的一种电池与电路板的集成装置制备方法，其特征在于，S2中所述正极活性物质为热处理后的电解二氧化锰或氟化碳；

导电剂为石墨、导电炭黑、乙炔黑、碳纳米管、石墨烯中的一种或多种组合；

粘结剂为聚偏氟乙烯、聚丙烯酸酯、聚丙烯腈中的一种或多种组合。

5.如权利要求3所述的一种电池与电路板的集成装置制备方法，其特征在于，所述S3中的印刷方法可采用孔板印刷、丝网印刷的一种。

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