TW201603352A - 石墨烯電池及其電極板之製造方法 - Google Patents

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Abstract

一種石墨烯電池及其電極板之製造方法，係使用氣相沈積法在第一絕緣基材表面上沈積第一導電薄膜，於第一絕緣基材之第一導電薄膜表面上沈積第一石墨烯薄膜，在第二絕緣基材表面上沈積第二導電薄膜，在第二絕緣基材之第二導電薄膜表面上沈積第二石墨烯薄膜，再將沈積完成之第一絕緣基材與第二絕緣基材組合於一包裝容器中，以及注入電解液並經一化成程序後予以抽真空密封包裝。由於石墨烯材料本身之多孔特性與高比表面積，以及本發明所採用之真空濺鍍法或化學氣相沈積法所沈積之薄膜的高密度特性，使得所製造之石墨烯電池具有更高之能量儲存密度與高功率密度。

Description

石墨烯電池及其電極板之製造方法
本發明是有關於一種電池，且特別是有關於一種石墨烯電池及其電極板之製造方法。
隨著無線通訊科技的進步，如行動電話或平板電腦等行動通訊裝置，早已成為人們不可或缺之隨身裝置。其中，為了隨處使用的便利性，行動電話或平板電腦等行動通訊裝置的設計，除了輕、薄、短、小等小型化需求外，內建例如是鋰電池之充電電池來供應所需之電力，更是達成隨機通訊無可避免之基本要求。然而，現今如行動電話或平板電腦等行動通訊裝置所使用之充電電池，尚難以同時滿足高蓄電容量與輕、薄、短、小等小型化需求。
此外，隨著交通運輸工具之日益增加，造成了城市空氣污染狀況也日益惡化。為了早日改善空氣污染情形，例如是電動腳踏車、電動機車或電動汽車等不會排放廢氣之電動運輸工具，乃十分地受到人們的歡迎。然而，由於電動腳踏車、電動機車或電動汽車等電動運輸工具的能量來源，僅能仰賴隨車攜帶之充電電池，卻得受限於充電電池所提供之有限續航力與極長之充電時間，致電動運輸工具的推廣遭遇了難以突破之瓶頸，實有賴業界尋求一較佳之方案來協助解決。
有鑑於此，本發明之目的是提供一種石墨烯電池及其電極板 之製造方法，其所製造之石墨烯電池具有極高之能量儲存密度與功率密度，可滿足行動裝置或電動運輸工具對於蓄電容量、充電時間及輕量化之高度需求。
為達上述及其他目的，本發明提供一種石墨烯電池之製造方 法，包括下列步驟：提供第一絕緣基材；使用氣相沈積法在第一絕緣基材表面上沈積第一導電薄膜；使用氣相沈積法在第一絕緣基材之第一導電薄膜表面上沈積第一石墨烯薄膜；提供第二絕緣基材；使用氣相沈積法在第二絕緣基材表面上沈積第二導電薄膜；使用氣相沈積法在第二絕緣基材之第二導電薄膜表面上沈積第二石墨烯薄膜；將沈積完成之第一絕緣基材與第二絕緣基材組合於一包裝容器中；以及注入電解液並經一化成程序後予以抽真空密封包裝。
其中，沈積第一導電薄膜與第一石墨烯薄膜之程序及沈積第 二導電薄膜與第二石墨烯薄膜之程序，可以選擇性地使用真空濺鍍法來連續沈積而完成。
其中，沈積第一導電薄膜與第一石墨烯薄膜之程序及沈積第 二導電薄膜與第二石墨烯薄膜之程序，也可以選擇性地使用化學氣相沈積法來完成。
其中，此石墨烯電池之製造方法也可以更包括下列步驟：使 用氣相沈積法在第一絕緣基材之第一石墨烯薄膜表面上再次沈積另一石墨烯薄膜；以及使用氣相沈積法在第二絕緣基材之第二石墨烯薄膜表面上再次沈積另一石墨烯薄膜，藉以提高電池之容量。
其中，此石墨烯電池之製造方法之第一絕緣基材與第二絕緣基材可以是分別選自自身終止高分子寡聚物(Self Terminated Oligomers with hyper Branched Architecture，簡稱STOBA)、聚酸亞胺薄膜(Polyimide Film，簡稱PIF)、高聚合物薄膜(Polyethylene Terephthalate，簡稱PET)與聚乙烯薄膜(Polyethylene，簡稱PE)之其一。
其中，此石墨烯電池之製造方法之第一導電薄膜與第二導電薄膜可以是分別選自銅與鋁之其一。
其中，此石墨烯電池之製造方法之包裝容器可以是聚氯乙烯(PolyVinyl Chloride，簡稱PVC)被覆鋁箔所製成。
本發明另提供一種石墨烯電池電極板之製造方法，包括下列步驟：提供一絕緣基材；使用氣相沈積法在絕緣基材表面上沈積一導電薄膜；以及使用氣相沈積法在絕緣基材之導電薄膜表面上沈積一石墨烯薄膜。
其中，沈積導電薄膜與石墨烯薄膜之程序，可以選擇性地使用真空濺鍍法來連續沈積而完成。
其中，沈積導電薄膜與石墨烯薄膜之程序，也可以選擇性地使用化學氣相沈積法來完成。
其中，此石墨烯電池電極板之製造方法也可以更包括：使用氣相沈積法在絕緣基材之石墨烯薄膜表面上再次沈積另一石墨烯薄膜之步驟。
其中，此石墨烯電池電極板之製造方法之絕緣基材可以是選自自身終止高分子寡聚物(Self Terminated Oligomers with hyper Branched Architecture，簡稱STOBA)、聚酸亞胺薄膜(Polyimide Film，簡稱PIF)、高 聚合物薄膜(Polyethylene Terephthalate，簡稱PET)與聚乙烯薄膜(Polyethylene，簡稱PE)之其一。
其中，此石墨烯電池電極板之製造方法之導電薄膜可以是選自銅與鋁之其一。
綜上所述，由於石墨烯(graphene)材料本身之多孔特性與高比表面積(即單位質量物料所具有的總面積)，且因為本發明之石墨烯電池製造方法所採用之真空濺鍍法或化學氣相沈積法所沈積之薄膜的高密度特性，使得其所製造之石墨烯電池具有更高之能量儲存密度與高功率密度，可滿足行動裝置或電動運輸工具對於蓄電容量、充電時間及輕量化之高度需求。
為讓本發明之上述和其他目的、特徵、和優點能更明顯易懂，下文特以較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下：
11~20‧‧‧製程步驟
30‧‧‧石墨烯電池
31‧‧‧第一絕緣基材
32‧‧‧第二絕緣基材
33‧‧‧第一導電薄膜
34‧‧‧第二導電薄膜
35‧‧‧第一石墨烯薄膜
36‧‧‧第二石墨烯薄膜
38‧‧‧電解液
39‧‧‧包裝容器
圖1係顯示根據本發明較佳實施例之一種石墨烯電池之製造方法的流程圖。
圖2係顯示根據圖1之石墨烯電池製造方法所製造之石墨烯電池的結構示意圖。
請參圖1及圖2所示，其係根據本發明較佳實施例之一種石墨烯電池之製造方法的流程圖及所製造之石墨烯電池的結構示意圖。如圖所示，此石墨烯電池30之製造方法係包括步驟11至18之正電極板與負電極板 之製造、步驟19之組合及步驟20之封裝等程序方法。
首先，在步驟11中，提供例如是選自自身終止高分子寡聚物 (Self Terminated Oligomers with hyper Branched Architecture，簡稱STOBA)、聚酸亞胺薄膜(Polyimide Film，簡稱PIF)、高聚合物薄膜(Polyethylene Terephthalate，簡稱PET)與聚乙烯薄膜(Polyethylene，簡稱PE)等之其一的第一絕緣基材31，然後在步驟12中，使用例如是真空濺鍍法或化學氣相沈積法，以在第一絕緣基材31表面上沈積例如是銅或鋁等導電材料所形成之第一導電薄膜33，之後在步驟13中，使用例如是真空濺鍍法或化學氣相沈積法，以在第一絕緣基材31之第一導電薄膜33表面上沈積第一石墨烯薄膜35，並於步驟14中，決定是否需於第一石墨烯薄膜35表面上再次使用例如是真空濺鍍法或化學氣相沈積法來沈積另一石墨烯薄膜，以提高所製作之石墨烯電池30的容量。
此外，在步驟15中，提供例如是選自自身終止高分子寡聚物 (Self Terminated Oligomers with hyper Branched Architecture，簡稱STOBA)、聚酸亞胺薄膜(Polyimide Film，簡稱PIF)、高聚合物薄膜(Polyethylene Terephthalate，簡稱PET)與聚乙烯薄膜(Polyethylene，簡稱PE)等之其一的第二絕緣基材32，然後在步驟16中，使用例如是真空濺鍍法或化學氣相沈積法，以在第二絕緣基材32表面上沈積例如是銅或鋁等導電材料所形成之第二導電薄膜34，之後在步驟17中，使用例如是真空濺鍍法或化學氣相沈積法，以在第二絕緣基材32之第二導電薄膜34表面上沈積第二石墨烯薄膜36，並於步驟18中，決定是否需於第二石墨烯薄膜36表面上再次使用例如是真空濺鍍法或化學氣相沈積法來沈積另一石墨烯薄膜，以提高所製作之 石墨烯電池30的容量。
當前述沈積步驟完成後，即可於步驟19中，將沈積完成之第 一絕緣基材31與第二絕緣基材32組合於例如是由聚氯乙烯(PolyVinyl Chloride，簡稱PVC)被覆鋁箔所製成之一包裝容器39中，再於步驟20中，注入電解液38並經一化成程序後予以抽真空密封包裝為圖2所示之石墨烯電池30。當然地，如熟習此藝者所知，在將沈積完成之第一絕緣基材31與第二絕緣基材32置入包裝容器39前，也可以因應包裝容器39之尺寸，來切割第一絕緣基材31與第二絕緣基材32，再將疊置之第一絕緣基材31與第二絕緣基材32予以摺疊或捲繞而形成多層次之電池芯的結構，並將第一導電薄膜33與第二導電薄膜34分別接引至石墨烯電池30的正、負極，以縮小石墨烯電池30所佔用之表面面積。
其中，當沈積步驟係選擇使用真空濺鍍法來完成時，則沈積 第一導電薄膜33與第一石墨烯薄膜35之程序或沈積第二導電薄膜34與第二石墨烯薄膜36之程序，甚至為因應石墨烯電池30之容量而再多次沈積另一石墨烯薄膜等多個製造程序，即可以滾輪連續驅動之沈積設備來予以連續地沈積，藉以避免製程間斷所可能造成之污染。
雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本 發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內所作之各種更動與潤飾，亦屬本發明之範圍。因此，本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
11~20‧‧‧製程步驟

Claims (15)

  1. 一種石墨烯電池之製造方法，包括下列步驟：提供一第一絕緣基材；使用氣相沈積法在該第一絕緣基材表面上沈積一第一導電薄膜；使用氣相沈積法在該第一絕緣基材之該第一導電薄膜表面上沈積一第一石墨烯薄膜；提供一第二絕緣基材；使用氣相沈積法在該第二絕緣基材表面上沈積一第二導電薄膜；使用氣相沈積法在該第二絕緣基材之該第二導電薄膜表面上沈積一第二石墨烯薄膜；將沈積完成之該第一絕緣基材與該第二絕緣基材組合於一包裝容器中；以及注入電解液並經一化成程序後予以抽真空密封包裝。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之石墨烯電池之製造方法，其中沈積該第一導電薄膜與該第一石墨烯薄膜之程序，係以真空濺鍍法連續完成。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之石墨烯電池之製造方法，其中沈積該第二導電薄膜與該第二石墨烯薄膜之程序，係以真空濺鍍法連續完成。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之石墨烯電池之製造方法，其中沈積該第一導電薄膜與該第一石墨烯薄膜之程序，係以化學氣相沈積法所完成。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之石墨烯電池之製造方法，其中沈積該第二導電薄膜與該第二石墨烯薄膜之程序，係以化學氣相沈積法所完成。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之石墨烯電池之製造方法，更包括下列步驟：使用氣相沈積法在該第一絕緣基材之該第一石墨烯薄膜表面上再次沈積另一石墨烯薄膜；以及使用氣相沈積法在該第二絕緣基材之該第二石墨烯薄膜表面上再次沈積另一石墨烯薄膜。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之石墨烯電池之製造方法，其中該第一絕緣基材與該第二絕緣基材係分別選自自身終止高分子寡聚物、聚酸亞胺薄膜、高聚合物薄膜與聚乙烯薄膜之其一。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之石墨烯電池之製造方法，其中該第一導電薄膜與該第二導電薄膜係分別選自銅與鋁之其一。
  9. 如申請專利範圍第1項所述之石墨烯電池之製造方法，其中該包裝容器係為聚氯乙烯被覆鋁箔所製成。
  10. 一種石墨烯電池電極板之製造方法，包括下列步驟：提供一絕緣基材；使用氣相沈積法在該絕緣基材表面上沈積一導電薄膜；以及使用氣相沈積法在該絕緣基材之該導電薄膜表面上沈積一石墨烯薄膜。
  11. 如申請專利範圍第10項所述之石墨烯電池電極板之製造方法，其中沈積該導電薄膜與該石墨烯薄膜之程序，係以真空濺鍍法連續完成。
  12. 如申請專利範圍第10項所述之石墨烯電池電極板之製造方法，其中沈積該導電薄膜與該石墨烯薄膜之程序，係以化學氣相沈積法所完成。
  13. 如申請專利範圍第10項所述之石墨烯電池電極板之製造方法，更包括下列步驟：使用氣相沈積法在該絕緣基材之該石墨烯薄膜表面上再次沈積另一石墨烯薄膜。
  14. 如申請專利範圍第10項所述之石墨烯電池電極板之製造方法，其中該絕緣基材係選自自身終止高分子寡聚物、聚酸亞胺薄膜、高聚合物薄膜與聚乙烯薄膜之其一。
  15. 如申請專利範圍第10項所述之石墨烯電池電極板之製造方法，其中該導電薄膜係選自銅與鋁之其一。
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