应用于微系统的三维结构微型锌镍电池及其制备方法.PDF

(19)中华人民共和国国家知识产权局 *CN101515655B* (12)发明专利 (10)授权公告号 CN 101515655 B (45)授权公告 日 2011.08.17 (21)申请号 200910079671.0 (22)申请 日 2009.03.16 (73)专利权人 清华大学 地址 100084 北京市100084-82 信箱 (72)发明人 尤政 王晓峰 张高飞 阮殿波 (74)专利代理机构 北京众合诚成知识产权代理 有限公司 11246 代理人 史双元 (51) Int.C l. H01M 10/30 (2006.01) H01M 10/28 (2006.01) H01M 6/00 (2006.01) 审查员 武绪丽 权利要求书 2 页 说明书 5 页 附图 2 页 (54) 发明名称 应用于微系统的三维结构微型锌镍电池及其 制备方法 (57) 摘要 本发明公开了属于微型电池的制造技术范围 的一种应用于微系统的三维结构微型锌镍电池及 其制备方法。所述微型锌镍电池的结构为：在硅 基体的表面采用微加工技术制备金梳齿二维平面 结构集流体，在集流体表面制备三维立体空间结 构镍微柱正极及锌微柱负极，在镍微柱正极表面 沉积氧化镍活性电极物质，在三维立体结构正负 电极间填充覆盖一层凝胶状固态电解质，在表面 覆盖一层聚酰亚胺材料完成微型锌镍电池封装。 所述基于微系统工艺的制造技术具有工艺简单， 适合批量制造等特点。所述装微型锌镍电池具有 体积小、储能高、性能稳定等特点，在微机器人电 子智能系统、化学传感器、战场敌我识别装置以及 B 分布式战场传感器等等领域具有广泛的应用。 5 5 6 5 1 5 1 0 1 N C CN 101515655 B 权 利 要 求 书 1/2 页 1. 一种应用于微系统的三维结构微型锌镍电池，其特征在于，所述应用于微系统的三 维结构微型锌镍电池的结构为：在硅基体的表面采用微加工技术制备二维金属平面梳齿结 构作为集流体，以集流体为基础在其上面分别制备三维空间结构金属镍微柱电极和金属锌 微柱电极，在金属镍微柱电极表面通过电沉积方法生产氧化镍，制备为活性正电极，微柱正 电极表面沉积有氧化镍活性物质 ；金属锌微柱电极用电沉积方法制备，金属锌微柱电极构 成活性锌负极，正负微柱电极之间填充覆盖凝胶状固态电解质，在上述结构表面覆盖一层 聚酰亚胺材料完成微型锌镍电池的封装。 2. 根据权利要求1 所述应用于微系统的三维结构微型锌镍电池，其特征在于，所述梳 齿状二维平面金属集流体采用光刻牺牲层方法制备，材质为金或镍。 3. 根据权利要求1 所述应用于微系统的三维结构微型锌镍电池，其特征在于，所述三 维金属三维空间结构用电沉积方法制备。 4. 根据权利要求1 所述应用于微系统的三维结构微型锌镍电池，其特征在于，所述三 维空间金属镍微柱电极高度为50 微米～200 微米。 5. 根据权利要求1 所述应用于微系统的三维结构微型锌镍电池，其特征在于，所述梳 齿集流体厚度为10 微米～30 微米，梳齿宽度为50 微米～100 微米，梳齿间隙为50 微米～ 100 微米。 6. 一种应用于微系统的三维结构微型锌镍电池的制造方法，其特征在于，包括梳齿平 面金属集流体制备、正极三维空间结构及正极活性物质制备、负极三维空间结构及负极活 性物质制备、凝胶状固态电解质制备、微电池封装工序 ： 所述微型锌镍电池的梳齿平面金属集流体采用“交叉梳齿状电极阵列”结构代替传统 的“三明治叠加”结构，这种梳齿状结构正负电极处于同一平面，通过大量微细梳状三维空 间结构微柱电极交叉，达到提高电极面积