超低溫板載微能源系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及一種鋰離子電池，尤其涉及一種超低溫板載微能源系統(tǒng)，是一種用于超低溫環(huán)境下集成電路板的微能源，可用于解決超低溫環(huán)境下集成電路板的電力供應(yīng)問題。超低溫板載微能源系統(tǒng)，是直接加工在集成電路板上的微電池，微電池的負(fù)極為金屬鋰，微電池的正極為TiO2納米管陣列微電極，電解液為在-40℃時(shí)仍不凝固仍具有導(dǎo)電性的LiBF4/PC電解液，所述微電池?zé)o隔膜。本實(shí)用新型可以作為板載微能源系統(tǒng)使用，在-40℃條件下為微電子器件、集成電路板、微傳感器提供必要的電力供應(yīng)。
【專利說明】超低溫板載微能源系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種鋰離子電池，尤其涉及一種超低溫板載微能源系統(tǒng)，是一種用于超低溫環(huán)境下集成電路板的微能源，可用于解決超低溫環(huán)境下集成電路板的電力供應(yīng)冋題。

【背景技術(shù)】
[0002]我國北方冬季最低氣溫可達(dá)到_40°C，在西藏高原地區(qū)，-40°C的氣溫也是比較常見；在南北極的科學(xué)考察中，-40°C的氣溫也是比較常見的。在這些地區(qū)，一些無人維護(hù)的儀器和設(shè)備的電力供應(yīng)問題比較突出。
[0003]這些免維護(hù)儀器和設(shè)備具有監(jiān)視當(dāng)?shù)貧庀?、環(huán)境、人員等信息的功能，對(duì)科研、軍事都具有重要的意義。
[0004]免維護(hù)儀器的電源供應(yīng)問題比較突出，比較合適的解決方案是在集成電路板上集成微電源系統(tǒng)。對(duì)微電源系統(tǒng)的主要要求是在-40°C環(huán)境下可以正常工作。很明顯，水系二次電池是不能滿足這一條件的，適合的電池系統(tǒng)主要是兩類，一類是核電池，另一類就是鋰電池。
[0005]一般的鋰電池可以在_10°C以上的溫度下正常工作，比如碳酸乙烯酯和碳酸甲乙酯，但是在-40°C下，一般的電解液體系都會(huì)凝固。此外，在_40°C下，大部分電極材料的電化學(xué)性能都有所衰減。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0006]本實(shí)用新型要解決上述技術(shù)問題，從而提供一種超低溫板載微能源系統(tǒng)，它能在-40 °C的環(huán)境下正常工作。
[0007]本實(shí)用新型解決上述問題的技術(shù)方案如下:
[0008]超低溫板載微能源系統(tǒng)，是直接加工在集成電路板上的微電池，微電池的負(fù)極為金屬鋰，微電池的正極為Ti02納米管陣列微電極，電解液為在-40°c時(shí)仍不凝固仍具有導(dǎo)電性的LiBF4/PC電解液，所述微電池?zé)o隔膜。
[0009]微電池的負(fù)極為金屬鋰:在_40°C的條件下，通常電池性能會(huì)嚴(yán)重衰減，影響因素主要是負(fù)極碳基材料，本發(fā)明直接使用金屬鋰，能夠最大程度的保證負(fù)極的性能；原則上，在任何溫度下都是金屬鋰的放電性能是最好的。
[0010]微電池的正極是1102納米陣列微電極:超低溫板載微能源系統(tǒng)，是直接加工在集成電路板上的微電池，要求具有可加工性，一般的傳統(tǒng)正極材料可加工性不好，但是，Ti02納米管微陣列電極可以直接在鈦箔金屬上加工而成，加工后的納米管微陣列電極可直接壓制到板載微能源系統(tǒng)上。
[0011]正極為Ti02納米管陣列微電極:納米結(jié)構(gòu)的大比表面積保證了低溫下的放電性會(huì)K。
[0012]電解液為L(zhǎng)iBF4/PC電解液:該電解液在-40°C仍然具有一定的導(dǎo)電性，不凝固。
[0013]該微電池體系不適用隔膜:1)不使用隔膜，這保證了可加工性同時(shí)還能避免引入隔膜產(chǎn)生的高內(nèi)阻；2)金屬鋰的使用，最大限度保證負(fù)極低溫性能的同時(shí)，又能避免碳材料存在的結(jié)構(gòu)崩潰現(xiàn)象(PC共嵌入引起的)。
[0014]作為上述技術(shù)方案的優(yōu)選，微電池半嵌入在硅片中；其中，負(fù)極全嵌入到硅片中，正極至少有部分裸露。
[0015]本實(shí)用新型具有以下有益效果:
[0016]本實(shí)用新型涉及一種鋰電池體系，可以在_40°C溫度下工作，可以作為板載微能源系統(tǒng)使用，在-40°C條件下為微電子器件、集成電路板、微傳感器提供必要的電力供應(yīng)。電池在低溫下可以維持運(yùn)行，放電后可以在常溫下進(jìn)行充電。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1是本實(shí)用新型的電鏡下的照片；
[0018]圖2是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0019]圖3是本實(shí)用新型的頂視圖；
[0020]圖中，1-負(fù)極，2-電解液，3-正極，4-導(dǎo)線。

【具體實(shí)施方式】
[0021]本【具體實(shí)施方式】?jī)H僅是對(duì)本實(shí)用新型的解釋，并不是對(duì)本實(shí)用新型的限制。本領(lǐng)域技術(shù)人員在閱讀了本實(shí)用新型的說明書之后所作出的任何改變，只要在權(quán)利要求書的范圍內(nèi)，都將受到專利法的保護(hù)。
[0022]如圖1-3所示，一種超低溫板載微能源系統(tǒng)，是直接加工在集成電路板上的微電池，負(fù)極1為金屬鋰，正極3為Ti02納米陣列微電極，電解液2為L(zhǎng)iBF 4/PC，所述超低溫板載微能源系統(tǒng)無隔膜。如圖2所示，所述超低溫板載微能源系統(tǒng)半嵌入在硅片中；其中，負(fù)極1全嵌入到硅片中，正極3至少有部分裸露。圖3是頂視圖，此時(shí)只能看到正極Ti02納米陣列微電極。根據(jù)Ahhrennius公式可以估算出板載微能源的能量密度在2-5mAh/cm2/mm，可以滿足極度嚴(yán)寒條件下的特種需要。
[0023]微電池制備方法簡(jiǎn)述:
[0024]在含F(xiàn)有機(jī)醇和水的混合溶液中，以鈦箔作為工作電極，以金屬鉑作為輔助電極，通過交變的直流電對(duì)鈦箔進(jìn)行表面刻蝕處理，然后再在450°C下加熱刻蝕處理后的電極，即可得到納米陣列電極；
[0025]在加工好的帶有導(dǎo)線的硅片上通過微加工方法形成凹槽，在凹槽底部放置金屬鋰片，在鋰片上側(cè)放置帶孔小硅片，然后注入電解液，最后在最外側(cè)放置納米陣列Ti02電極，即可構(gòu)成微電池。
[0026]測(cè)試過程為:鋰片電極作為負(fù)極，Ti02作為正極，在1.0-2.5V范圍內(nèi)在0.001mA電流密度下在不同溫度下測(cè)試微電池的容量。
[0027]實(shí)施例1:
[0028]一種超低溫板載微能源系統(tǒng)，負(fù)極為金屬鋰，正極為采用直流脈沖腐蝕技術(shù)結(jié)合熱處理的后處理技術(shù)制備的Ti02納米陣列微電極，電解液為0.005M LiBF4/PC，所述超低溫板載微能源系統(tǒng)無隔膜。所述超低溫板載微能源系統(tǒng)半嵌入在硅片中；其中，負(fù)極全嵌入到硅片中，正極至少有部分裸露。在-40 °C環(huán)境下，可逆充放電容量為4.3mAh/Cm2/mm，循環(huán)次數(shù)為300次。
[0029]實(shí)施例2:
[0030]一種超低溫板載微能源系統(tǒng)，負(fù)極為金屬鋰，正極為采用直流脈沖腐蝕技術(shù)結(jié)合熱處理的后處理技術(shù)制備的Ti02納米陣列微電極，電解液為0.05M LiBF4/PC，所述超低溫板載微能源系統(tǒng)無隔膜。所述超低溫板載微能源系統(tǒng)半嵌入在硅片中；其中，負(fù)極全嵌入到硅片中，正極至少有部分裸露。在-40 °C環(huán)境下，可逆充放電容量為2.0mAh/cmVmm，循環(huán)次數(shù)為100次。
[0031]實(shí)施例3:
[0032]一種超低溫板載微能源系統(tǒng)，負(fù)極為金屬鋰，正極為采用直流脈沖腐蝕技術(shù)結(jié)合熱處理的后處理技術(shù)制備的Ti02納米陣列微電極，電解液為0.02M LiBF4/PC，所述超低溫板載微能源系統(tǒng)無隔膜。所述超低溫板載微能源系統(tǒng)半嵌入在硅片中；其中，負(fù)極全嵌入到硅片中，正極至少有部分裸露。在-40 °C環(huán)境下，可逆充放電容量為2.9mAh/Cm2/mm，循環(huán)次數(shù)為152次。
[0033]實(shí)施例4:
[0034]一種超低溫板載微能源系統(tǒng)，負(fù)極為金屬鋰，正極為采用直流脈沖腐蝕技術(shù)結(jié)合熱處理的后處理技術(shù)制備的Ti02納米陣列微電極，電解液為0.01M LiBF4/PC，所述超低溫板載微能源系統(tǒng)無隔膜。所述超低溫板載微能源系統(tǒng)半嵌入在硅片中；其中，負(fù)極全嵌入到硅片中，正極至少有部分裸露。在-40°C環(huán)境下，可逆充放電容量為4.95mAh/cm2/mm,循環(huán)次數(shù)為700次。在-50 °C下，可逆充放電容量為2.lmAh/cm2/mm，循環(huán)次數(shù)為300次。在-30 °C下，可逆充放電容量為5.6mAh/cm2/mm，循環(huán)次數(shù)為803次。
【權(quán)利要求】
1.超低溫板載微能源系統(tǒng)，是直接加工在集成電路板上的微電池，微電池的負(fù)極為金屬鋰，微電池的正極為T12納米管陣列微電極，電解液為在-40°c時(shí)仍不凝固仍具有導(dǎo)電性的LiBF4/PC電解液，其特征在于:所述微電池?zé)o隔膜。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種超低溫板載微能源系統(tǒng)，其特征在于:微電池半嵌入在硅片中；其中，負(fù)極全嵌入到硅片中，正極至少有部分裸露。
【文檔編號(hào)】H01M10/04GK204230353SQ201420658282
【公開日】2015年3月25日 申請(qǐng)日期:2014年11月6日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月6日
【發(fā)明者】胡博, 徐艷輝, 呂猛, 郭雷 申請(qǐng)人:湖州創(chuàng)亞動(dòng)力電池材料有限公司