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電化學(xué)裝置及其制造方法_5

文檔序號:8909255閱讀:來源:國知局
施例中,包含乙腈或碳酸亞丙酯)。
[0162] 8B.根據(jù)前述B示例性實(shí)施例中任一項(xiàng)所述的電容式電化學(xué)裝置,其中液體電解 質(zhì)包含潤濕劑或表面活性劑中的至少一者。
[0163] 9B.根據(jù)前述B示例性實(shí)施例中任一項(xiàng)所述的電容式電化學(xué)裝置,其中微粒分隔 體層包括非導(dǎo)電的且電惰性的顆粒(例如,氧化物顆粒和聚合物顆粒,包括它們的多孔形 式)。
[0164] 10B.根據(jù)前述B示例性實(shí)施例中任一項(xiàng)所述的電容式電化學(xué)裝置,其中微粒分隔 體層的微粒包括結(jié)晶陶瓷顆?;驘o定形二氧化硅顆粒中的至少一者。
[0165] 11B.根據(jù)前述B示例性實(shí)施例中任一項(xiàng)所述的電容式電化學(xué)裝置,其中微粒分隔 體層的微粒具有在0. 3微米至50微米的范圍內(nèi)(在一些實(shí)施例中,在1微米至50微米、5 微米至25微米的范圍內(nèi))的粒度。
[0166] 12B.根據(jù)前述B示例性實(shí)施例中任一項(xiàng)所述的電容式電化學(xué)裝置,其中第一多孔 電極層、多孔微粒分隔體層和第二多孔電極層的總厚度總共不大于1〇〇〇微米(在一些實(shí)施 例中,小于750微米、或甚至小于500微米;在一些實(shí)施例中,在50微米至1000微米、50微 米至750微米、50微米至500微米、75微米至250微米、或甚至25微米至100微米的范圍 內(nèi))。
[0167] 13B.根據(jù)前述B示例性實(shí)施例中任一項(xiàng)所述的電容式電化學(xué)裝置,該電容式電化 學(xué)裝置具有小于5mm(在一些實(shí)施例中,小于2mm、1mm、750微米、500微米、300微米、250微 米、或甚至小于100微米;在一些實(shí)施例中,在50微米至1000微米、50微米至750微米、50 微米至500微米、75微米至250微米、或甚至25微米至100微米的范圍內(nèi))的已包裝裝置 厚度。
[0168] 14B.根據(jù)前述B示例性實(shí)施例中任一項(xiàng)所述的電容式電化學(xué)裝置,該電容式電化 學(xué)裝置具有在1毫法拉至5000毫法拉(在一些實(shí)施例中,5毫法拉至5000毫法拉、20毫法 拉至2000毫法拉、或甚至30毫法拉至1000毫法拉)的范圍內(nèi)的總電容。
[0169] 15B.根據(jù)前述B示例性實(shí)施例中任一項(xiàng)所述的電容式電化學(xué)裝置,該電容式電化 學(xué)裝置在完全充電之后具有在〇. 5伏特至5伏特(在一些實(shí)施例中,1. 2伏特至5伏特、1. 2 伏特至3伏特、1. 2伏特至2. 5伏特、或甚至3伏特至5伏特)的范圍內(nèi)的電壓。
[0170] 16B.根據(jù)前述B示例性實(shí)施例中任一項(xiàng)所述的電容式電化學(xué)裝置,該電容式電化 學(xué)裝置在充電之后具有穩(wěn)定的電壓。
[0171] 17B.根據(jù)前述B示例性實(shí)施例中任一項(xiàng)所述的電容式電化學(xué)裝置,該電容式電化 學(xué)裝置還包括基板。
[0172] 18B.根據(jù)示例性實(shí)施例17B所述的電容式電化學(xué)裝置,其中基板形成封裝至少第 一多孔電極層、多孔微粒分隔體層、第二多孔電極層以及液體電解質(zhì)的包裝件。
[0173] 19B.根據(jù)示例性實(shí)施例18B所述的電容式電化學(xué)裝置,其中包裝件為氣密包裝 件。
[0174] 20B.根據(jù)前述B示例性實(shí)施例中任一項(xiàng)所述的電容式電化學(xué)裝置,其中第一多孔 電極層或第二多孔電極層中的至少一者是印刷的。
[0175] 21B.根據(jù)前述B示例性實(shí)施例中任一項(xiàng)所述的電容式電化學(xué)裝置,該電容式電化 學(xué)裝置還包括至少一個微粒集流體。
[0176] 22B.根據(jù)前述B示例性實(shí)施例中任一項(xiàng)所述的電容式電化學(xué)裝置,該電容式電化 學(xué)裝置還包括至少一個箔集流體。
[0177] 23B.根據(jù)示例性實(shí)施例22B所述的電容式電化學(xué)裝置,其中箔集流體為基板。
[0178] 24B.根據(jù)前述B示例性實(shí)施例中任一項(xiàng)所述的電容式電化學(xué)裝置,該電容式電化 學(xué)裝置還包括第一集流體和第二集流體,其中至少第一多孔電極層、多孔微粒分隔體層、第 二多孔電極層以及液體電解質(zhì)設(shè)置在第一集流體和第二集流體之間。
[0179] 25B.根據(jù)示例性實(shí)施例24B所述的電容式電化學(xué)裝置,其中第一集流體或第二集 流體中的至少一者為微粒集流體。
[0180] 26B.根據(jù)示例性實(shí)施例25B所述的電容式電化學(xué)裝置,其中微粒集流體的微粒獨(dú) 立地包括以下中的至少一者:銀顆粒、銅顆粒、鎳顆?;蛱碱w粒。
[0181] 27B.根據(jù)示例性實(shí)施例24B至26B所述的電容式電化學(xué)裝置,其中第一集流體或 第二集流體中的至少一者包括圖案化開口。
[0182] 28B.根據(jù)示例性實(shí)施例24B至27B所述的電容式電化學(xué)裝置,其中第一集流體和 第二集流體各自獨(dú)立地具有在3微米至50微米(在一些實(shí)施例中,5微米至20微米)的范 圍內(nèi)的厚度。
[0183] 29B.根據(jù)前述B示例性實(shí)施例中任一項(xiàng)所述的電容式電化學(xué)裝置,其中該電化學(xué) 裝置為柔性的。
[0184] 30B. -種制造根據(jù)前述B示例性實(shí)施例中任一項(xiàng)所述的電容式電化學(xué)裝置的方 法,該方法包括:
[0185] 印刷(例如,絲網(wǎng)印刷)第一多孔電極層;
[0186] 將多孔微粒分隔體印刷(例如,絲網(wǎng)印刷)到第一多孔電極層上;
[0187] 將第二多孔電極層印刷(例如,絲網(wǎng)印刷)到多孔微粒分隔體上;以及
[0188] 用液體電解質(zhì)浸潤第一多孔電極層和第二多孔電極層以及多孔微粒分隔體。
[0189] 31B.根據(jù)示例性實(shí)施例30B所述的方法,其中印刷第一多孔電極層包括將第一多 孔電極層印刷(例如,絲網(wǎng)印刷)到第一集流體層上。
[0190] 32B.根據(jù)示例性實(shí)施例30B或31B所述的方法,該方法還包括:在用液體電解質(zhì) 浸潤第一多孔電極層和第二多孔電極層以及多孔微粒分隔體之前,將第二集流體印刷(例 如,絲網(wǎng)印刷)到第二多孔電極層上,并且其中第一集流體或第二集流體中的至少一者被 圖案化成具有開放區(qū)域,以使得液體電解質(zhì)能夠浸潤到多孔層中。
[0191] 本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和實(shí)施例進(jìn)一步通過以下實(shí)例說明,但這些實(shí)例中提及的特定材料 及其數(shù)量以及其它條件和細(xì)節(jié)不應(yīng)被視為不當(dāng)?shù)叵拗票景l(fā)明。除非另外指明,所有份數(shù)和 百分比均按重量計。
[0192] MM
[0193] 除非另外指明,否則所有化學(xué)品均購自或可得自化學(xué)品供應(yīng)商諸如威斯康星州密 爾沃基的奧爾德利奇化學(xué)公司(ChemicalCompany,Milwaukee,WI)。以下是在貫穿所有實(shí) 例使用的材料的列表、以及它們的簡要描述和來源。
[0194]
[0195]
[0196]
[0197]制備例A(PE-A)
[0198] 可印刷電極油墨-1的制備
[0199] 使用在2500-3000轉(zhuǎn)/分鐘(rpm)下操作的雙不對稱離心混合器(可以商品名 "SPEEDMIXERDAC150SERIES"購自南卡羅來納州蘭德隆市的FlackTek有限公司(FlackTek Inc.,Landrum,SC))來混合用于超級電容器的2. 28克活性炭("YP-50F")、2. 1克乙基纖 維素溶液(溶解于單萜醇("TERPINEOL")和乙醇的10. 3:1共混物中的5. 7wt. %乙基纖 維素)、0. 45 克導(dǎo)電炭黑("SUPERPCONDUCTIVECARBONBLACK")、0. 15 克熱解法二氧化 硅("0480511115")、以及6.25克單萜醇(,£1^1呢01/'),直到獲得均勻的稠度,通常為 3-5分鐘。所得的組合物適用于絲網(wǎng)印刷。
[0200]制各例B(PE-B)
[0201] 可印刷電極油墨-2的制各
[0202] 以與PE-A相同的方式來制備PE-B,不同的是:混合2. 34克偽電容式Mn02、1.66克 乙基纖維素溶液(溶解于單萜醇("TERPINEOL")和乙醇的10. 3:1共混物中的5. 7wt. % 乙基纖維素)、〇. 45克導(dǎo)電炭黑("SUPERPCONDUCTIVECARBONBLACK")、0. 15克熱解法 二氧化硅("CABOSILM5")、以及10克單萜醇("TERPINEOL")。所得的組合物適用于絲 網(wǎng)印刷。
[0203] 通過常規(guī)技術(shù)來合成來自以上的偽電容式Mn02,其中混合疆11〇4的水性溶液和乙 酸錳的水性溶液以使Mn02沉淀。為了合成粉末,將3. 16克KMnO4溶解于120mL蒸餾水中。 單獨(dú)地,將7. 36克Mn(OAc) 2溶解于200mL蒸餾水中。使用滴定管將KMnO4溶液緩慢添加至 Mn(0Ac)2溶液中、同時進(jìn)行攪動,使得形成深棕色沉淀物,通過使分散體離心、潷析透明液 體、并且隨后干燥獲得的固體來收集沉淀物。一旦干燥,就使粉末通過45微米篩網(wǎng)并且隨 后慘入到油墨制劑中。
[0204]制各例C(PE-C)
[0205] 以與PE-A相同的方式制備PE-C,不同的是:在含有約五個3. 5mm玻璃介質(zhì) 球和約十個2mm玻璃介質(zhì)球的混合杯中混合3. 2克乙基纖維素溶液(溶解于單萜醇 ("TERPINEOL")和乙醇的10.3:1共混物中的5.7wt. %乙基纖維素)、12克煅燒氧化鋁 ("AC34B4")、0? 12 克熱解法二氧化硅("CABOSILM5")、以及 5 克單萜醇("TERPINEOL"), 并且使用在2500-3000轉(zhuǎn)/分鐘(rpm)下操作的雙不對稱離心混合器("SPEEDMIXERDAC 150SERIES")進(jìn)行混合,直到獲得均勻的稠度,通常為3-5分鐘。所得的組合物適用于絲網(wǎng) 印刷。
[0206]制各例D(PE-D)
[0207] 通過在雙不對稱離心混合器中混合24. 1克導(dǎo)電碳油墨("PF-407C")、79. 6克 Mn02、l. 6克H20、以及15. 4克雙丙酮醇來制備用于在印刷的電池中使用的Mn02電極油墨。 一旦均勻,混合物就適用于絲網(wǎng)印刷。
[0208]制各例E(PE-E)
[0209] 通過混合31. 0克導(dǎo)電碳油墨("PF-407C")、35. 7克Zn粉末以及3. 71克雙丙酮 醇來制備用于在印刷的電池中使用的Zn電極油墨。一旦均勻,混合物就適用于絲網(wǎng)印刷。
[0210]實(shí)例 1 (EX1)
[0211] 對稱活性炭電化學(xué)電容式裝置的構(gòu)造。
[0212] 步驟1-第一集流體的沉積
[0213] 將0.002英寸(約50微米)厚的熱穩(wěn)定聚對苯二甲酸乙二酯((PET)(可購自特 拉華州威明頓市的杜邦公司(E.I.duPontdeNemoursandCompany,WilmingtonDE))片 材放置到絲網(wǎng)印刷機(jī)(可以商品名"FORSLUND";型號77"購自明尼蘇達(dá)州哈欽森市的哈欽 森工業(yè)公司(HutchinsonIndustrialCorporation,Hutchinson,MN))的真空塔板上。使 用第一印刷絲網(wǎng)(可購自紐約州布法羅市的賽發(fā)有限公司(Sefar,Inc.,Buffalo,NY))將 導(dǎo)電銀油墨("479SS")印刷到PET表面上。這種絲網(wǎng)是由聚酯網(wǎng)片(由賽發(fā)有限公司以 商品名"SEFARPETYELLOW"出售)和溶劑相容乳液(由賽發(fā)有限公司以商品名"E-80"出 售)組成。絲網(wǎng)特征包括每厘米網(wǎng)片61股線、20微米網(wǎng)片上乳液厚度、90微米網(wǎng)片開口、 30. 1%開口面積、64微米線直徑、以及22. 5°網(wǎng)片角度。絲網(wǎng)被設(shè)計成使得印刷沉積物是 呈測量為28毫米X15毫米的矩形的形式,其中連接的矩形凸塊測量為8毫米X11毫米。 使用帶有直角邊緣的70硬度計聚氨酯刮刀。刮刀速度為約7. 5cm/s,相對于印刷床臺的角 度為約70°。在約70°C下干燥所得的潤濕油墨沉積物,直到觀察到均勻的糙面外觀。
[0214] 步驟2-第一導(dǎo)電陽隔層的沉積
[0215] 將來自以上步驟1、具有印刷集流體的基板放置到如步驟1中所構(gòu)造的絲網(wǎng)印 刷機(jī)的真空塔板上。使用來自步驟1的絲網(wǎng),以與銀層對準(zhǔn)的方式來印刷導(dǎo)電碳油墨 ("PF-407C")(即,來自步驟1和2的大矩形區(qū)域和矩形凸塊直接對齊在彼此頂部上),并 且在約70°C下干燥,直到觀察到均勻的糙面外觀。與步驟1的集流體相比,所得的層狀結(jié)構(gòu) 表現(xiàn)出增大的電化學(xué)穩(wěn)定性。
[0216] 步驟3-第一電極的沉積
[0217] 將來自以上步驟2的層狀結(jié)構(gòu)放置到如步驟1中所構(gòu)造的絲網(wǎng)印刷機(jī)的真空塔板 上。第二印刷絲網(wǎng)(可購自賽發(fā)有限公司(Sefar,
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