[發明專利]一種微電池用薄膜電極的制備方法以及薄膜電極和微電池

有效

• 申請號: 201310308179.2
• 申請日: 2013-07-22
• 公開（公告）號: CN103390744A
• 公開（公告）日: 2013-11-13
• 發明（設計）人: 鞠華;孫豐霞;徐艷輝
• 申請（專利權）人: 蘇州大學
• 主分類號: H01M4/1391
• 分類號: H01M4/1391;H01M4/131;H01M10/0525;H01M10/056
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 常亮

技術領域

本發明屬于微電池技術領域，具體涉及了一種微電池用薄膜電極的制備方法以及薄膜電極和微電池。

背景技術

微電子技術正在向小型化發展，將微電子儀器的微能源（由于一般采用電池，因此也可稱為微電池）集成到微電子儀器上成為主流趨勢。然而若將現有的微能源集成到微電子儀器的元器件上，微能源的體積將占整個微電子儀器的40-80%，質量將占整個微電子儀器的50-80%，因此，集成微能源的微電子儀器的小型化受到限制的核心原因來自于微能源的技術發展瓶頸。

現有技術的微能源主要包括化學型微能源和物理型微能源，其中，化學型微能源包括如微型鋰離子電池、微型Zn-氧化銀電池、微型鎳氫電池、微型燃料電池等；物理型微能源包括如微型光伏電池、生物型微能源等等。由于物理型微能源受到成本和技術等原因，目前市場上使用的多為化學型微能源。

通常情況下，集成微能源的微電子儀器對微能源的主要要求為：長壽命、無電解溶液滲漏、性能可靠，相比之下，對能量密度的要求并不苛刻。這是由于現有的微電子儀器的應用領域主要為微電子行業，如微型傳感器、嵌入式微型醫學儀器等，微能源的工作電流在微安到納安數量級即可，如作為心臟起搏器電池工作時，微能源的工作電流為納安數量級，如作為嵌入式青光眼探針電源時，微能源的每次工作時間僅數秒，然后轉換成休眠態。

然而隨著集成微能源的微電子儀器在各技術領域的不斷應用發展，要求較大的微能源工作電流，如作為神經刺激器電源時，要求微能源的工作電流為微安數量級，如作為小型免維護信號中的轉儀器電源或者傳感器電源時，同樣要求微能源的工作電流為微安數量級。當要求微能源的工作電流為微安數量級時，對微能源的能量密度要求相對要高。而目前的化學型微能源，包括鋰離子微電池，僅可以滿足納安數量級，但是對于微能源的工作電流為微安數量級的要求時，還需要對現有技術進行進一步的技術改進。

目前已公開的改進的途徑主要有兩種：一種是開發三維微能源加工技術；第二種就是開發新型高面積比容量的材料薄膜用于制備薄膜電極。其中，三維微能源加工技術面臨包括可靠性、可推廣性等方面的巨大挑戰，相比之下，第二種的開發高面積比容量薄膜電極更加可靠且接近生產實踐，容易推廣。進一步地，由于鋰離子電池有能量密度大、工作電壓高、體積小、質量輕、無污染、快速充放電、循環壽命長等方面的優異性能，是目前市場應用最廣泛，也是最受歡迎的能源。然而，現有的鋰離子微電池用薄膜電極的面積比容量均在100nAh/cm²以下，無法達到微電池工作電流為微安數量級的要求。

因此，迫切需要開發一種高面積比容量、制備工藝簡單，且可控性好的鋰離子微電池用薄膜電極，使得鋰離子微電池的工作電流達到微安數量級。

發明內容

有鑒于此，本發明的目的在于提供一種微電池用薄膜電極的制備方法以及薄膜電極和微電池，薄膜電極具有高面積比容量，且制備工藝簡單、可控性好，微電池的循環使用壽命長、性能可靠，且可滿足工作電流為微安數量級的要求。