[发明专利]微电池的柔性封装装置及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及微电池的封装装置，该封装装置布置在具有杨氏模量E_sub和厚度t_sub的柔性支撑的表面上，该装置包括至少一层薄层，该至少一层薄层形成保护屏障且完全覆盖微电池及微电池周边的柔性支撑的表面。

本发明还涉及制造该装置的方法。

背景技术

锂微电池通常由被电解质隔离的两个电极(正和负)形成。这样的微电池还包括由诸如铂或钨制成的金属电流集电器。正电极由具有良好离子导电性的材料例如TiOS制成。电解质是诸如LiPON的具有高离子导电性的电绝缘体。负电极由诸如金属锂制成。因为含锂材料对空气，尤其对氧、氮和水分非常敏感，所以它们必须由惰性的、气密的保护屏障覆盖。控制封装是决定随着时间的推移微电池的效率的主要因素。

第一封装方案是：将通常由玻璃制成的厚度为约1mm的盖粘贴到部件上。这样的封状装置具有显著降低各物质扩散进入部件的优势。然而，该盖和电池的厚度相比较厚，而且不具有柔性。对于诸如集成在充气轮胎中的诸如RFID(射频识别，Radio Frequency IDentification)标签或传感器等的大量应用，必须保持微电池/封装装置组件的高度柔性。

通常使用的技术方案是：在微电池上沉积包括形成保护屏障(protectivebarrier)的至少一层薄层的封装装置。图1示出在由基板制成的柔性支撑1上由这样的保护屏障3覆盖的微电池2。这些由薄膜沉积而成的封装装置的厚度不超过50μm。超过这个厚度，所使用的沉积技术实际上不适用，且封装装置内部的机械应力导致扩散屏蔽效果消失。

聚合物材料具有令人感兴趣的制造柔性封装装置的机械性质。然而，它们不具有足够的防止和锂起反应的物质扩散的性质。因此，它们总是和至少一层致密的陶瓷或金属型材料配合使用。

美国专利第5,561,004号描述了一种用于薄膜锂电池的封装装置。该封装装置包括沉积在微电池上的第一聚合物层，该第一聚合物层可例如由聚对二甲苯制成。该第一层的目的一方面是限制与基板的粗糙度相关的缺陷，另一方面是为了在之后进行使用时能够容纳部件的变形。装置必须包括形成保护屏障的第二层。例如由陶瓷材料或金属材料层形成该保护屏障。为提高效率，可由陶瓷或金属层的叠层构成。由于其薄的厚度(几个微米)以及聚合物材料的性质，该装置比玻璃盖呈现出更大的柔性。然而，其可弯曲的范围有限。的确，如果弯曲应力太大，则有微裂缝出现在薄膜封装装置中，而导致保护功能减弱。

图2和3分别示出了在无应力状态和弯曲状态的一维结构4。图4示意性地示出了这种处于弯曲状态的结构的应力。由弯曲引起的结构4的变形致使顶面减小而底面增大，或者相反，这取决于弯曲力的方向。因而，该结构在第一部分(图4中的顶部)承受压应力而在第二部分(图4中的底部)承受拉应力。在结构4的中部，压应力和拉应力彼此抵消，形成一个中性面(neutral plane)，即，应力为零的区域(由点划线表示)。

在传统方法中，微电池被沉积在用作机械支撑的基板上。基板通常厚度在100μm和几毫米之间，而微电池通常厚度在5和10μm之间。如图5和6所示，微电池2位于诸如基板的结构4的表面上，因而处于高应力区域中。因而，微裂缝容易出现在封装装置中(图5和图6中未示出)。

发明内容

<本发明的目的>

本发明的目的是提供一种补救现有技术缺陷的微电池的封装装置。更具体地，本发明的目的是提供具有柔性且容易制造的、而且同时防止在受到弯曲应力时产生使保护功能减弱的微裂缝的装置。

根据本发明，通过以下事实达到上述目的：微电池的封装装置布置在具有杨氏模量E_sub和厚度t_sub的柔性支撑的表面上，所述装置包括形成保护屏障的且完全覆盖微电池和微电池四周的柔性支撑的表面的至少一层薄层，该装置包括柔性补偿盖，该柔性补偿盖布置在保护屏障上，由具有杨氏模量E_comp和厚度t_comp的材料制成，所述杨氏模量E_comp和厚度t_comp以±30％的精度满足等式其中

本发明的另一目的是提供制造这样的装置的方法。

该方法包括在支撑上形成微电池、形成保护屏障、形成柔性盖，该柔性盖具有杨氏模量E_comp和厚度t_comp，该杨氏模量E_comp和厚度t_comp以±30％的精度满足等式其中

附图说明