一种柔性变储能器件的制作方法

1.本实用新型属于储能技术领域，具体涉及一种柔性变储能器件。

背景技术：

2.储能器件作为可穿戴电子设备的重要的供电部件，有必要向可穿戴化及智能化方向发展，然而现有技术中的可指示充电状态的储能器件，比如申请号为201610914594.6的中国实用新型专利中所公开的变储能器件，由于材质较硬，很难直接应用于可穿戴电子设备上，而即便将其支撑材层ito玻璃层更换为柔性基材层后，其仍旧存在有如下问题，比如：相较于储能区而言，具有较大的变区，这就导致储能器件穿戴时，具有较大的弯折幅度，而又由于变层是涂敷于支撑材料导电基材层上的，因此，当弯折幅度较大时，很容易导致变层脱落；这直接影响着储能器件在可穿戴设备上的使用。

技术实现要素：

3.本实用新型的目的在于克服现有技术中变区因为面积过大而易于脱落的缺陷，提供了一种柔性变储能器件。
4.为实现上述目的，本实用新型所采取的技术方案如下：
5.一种柔性变储能器件，包括电解质层、夹设电解质层的第一储能层和第二储能层、设置于第一储能层和第二储能层外侧的第一柔性基材层和第二柔性基材层；第一储能层和第二储能层的部分区域为透空区域，透空区域内分别设置第一导电基材层和第二导电基材层；第一导电基材层和第二导电基材层分别与第一储能层和第二储能层电连接；第一导电基材层或第二导电基材层的导电侧设有电致变层；
6.第一储能层和第二储能层的透空区域以外的面积大于透空区域的面积。
7.作为优选的技术方案，第一储能层和第二储能层的透空区域以外的面积为电致变层面积的20-100倍。
8.作为优选的技术方案，电致变层的面积小于等于1cm2。
9.作为优选的技术方案，第一储能层与第一柔性基材层之间以及第二储能层与第二柔性基材层之间均具有导电胶层；
10.所述第一导电基材层和所述第二导电基材层分别与第一储能层和第二储能层通过导电丝和导电胶层电连接。
11.作为优选的技术方案，导电丝的一端均设置于相对应导电基材层的内侧，且与相对应导电基材层的导电侧电连接；另一端设置于相对应的导电胶层的内侧。
12.作为优选的技术方案，第一储能层/第二储能层的透空区域以外的区域对应储能区，位于透空区域中的电致变层对应变区；
13.两条导电丝中，其中一条延伸出变区后设置第一接线电极；另一条导电丝延伸出储能区后设置第二接线电极。
14.作为优选的技术方案，第一导电基材层和第二导电基材层均与相对应的柔性基材
层通过透明胶层胶黏连接。
15.作为优选的技术方案，第一导电基材层和第二导电基材层的导电侧相对设置。
16.作为优选的技术方案，电致变层采用电致变储能变膜层。
17.作为优选的技术方案，电解质层采用凝胶电解质层。
18.与现有技术相比，本实用新型的有益效果在于：
19.本实用新型通过提高储能层非透空区域的面积，降低电致变层的面积从而使变储能器件具有较小的变区，穿戴时，降低了变区的弯折幅度，避免了电致变层因弯折幅度过大而导致的脱落问题；本实用新型储能层与柔性基底层通过导电胶层粘结，其导电胶层在实现导电作用的同时，还具有粘结作用，增强了柔性基底层与储能层之间的粘结强度；本实用新型通过导电胶层和导电丝来连接储能层和导电基材层，其导电丝在增强储能层导电性能的同时，还实现了与变区的串联，提高了变区域的导电性；从而使变储能器件的整体导电性能得到大幅提升。
附图说明
20.图1为本实用新型一个实施例的分解结构示意图；
21.图2为本实用新型一个实施例的立体图；
22.图3为本实用新型一个实施例的俯视图；
23.图4为图3沿a-a的剖视图；
24.图5为图3沿b-b的剖视图；
25.图6为本实用新型一个实施例在不同扫速下的cv曲线图；
26.图7为本实用新型一个实施例在不同电流密度下的gcd曲线图；
27.图8为本实用新型一个实施例在弯折情况下的cv曲线图；
28.图9本实用新型一个实施例的倍率性能图。
29.在图中：1、储能区，2、变区，3、第一柔性基材层，4、第二柔性基材层，5、导电胶层，6、第一储能层，7、第二储能层，8、电解质层，9、第一导电丝，10、第二导电丝，11、透空区域，12、第一导电基材层，13、第二导电基材层，14、透明胶层，15、电致变层；16、第一接线电极；17、第二接线电极。
具体实施方式
30.下面将结合附图对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
31.在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
32.在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安
装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
33.以下结合附图对本实用新型进行进一步详细的叙述。
34.如图1-5所示的本实用新型一种柔性变储能器件的一个实施例，包括电解质层8、夹设电解质层8的第一储能层6和第二储能层7、设置于第一储能层6和第二储能层7外侧的第一柔性基材层3和第二柔性基材层4(靠近电解质层8的一侧为内侧，远离电解质层8的一侧为外侧)；第一储能层6和第二储能层7的部分区域为透空区域11，透空区域11内分别设置第一导电基材层12和第二导电基材层13；第一导电基材层12和第二导电基材层13分别与第一储能层6和第二储能层7电连接；第一导电基材层12的导电侧设有电致变层15；第一储能层6和第二储能层7的透空区域11以外的面积为电致变层15面积的20-100倍。
35.进一步的，第一储能层6/第二储能层7的透空区域以外的区域(即非透空区域)对应储能区1，位于透空区域11中的电致变层15对应变区2；本实用新型通过提高储能层中非透空区域的面积，降低电致变层15的面积，从而使变储能器件具有较小的变区2，穿戴时，降低了变区2的弯折幅度，从而避免了电致变层15因弯折幅度过大或折弯次数过多而导致的脱落问题。
36.作为本实用新型一种柔性变储能器件的一个实施例，所述透空区域11设置于第一储能层6和第二储能层7的角部；从而使将电致变层15最小的置于导电丝贯穿的角落位置，可最大程度的发挥本期间的储能及变作用(石墨烯膜层面积越大，能量密度越高)。
37.作为本实用新型一种柔性变储能器件的一个实施例，电致变层15的面积小于等于1cm2。本实施例1cm2的变区面积，保证了穿戴过程中，变区2不会发生大幅弯折现象。
38.作为本实用新型一种柔性变储能器件的一个实施例，作为优选的技术方案，第一储能层6与第一柔性基材层3之间以及第二储能层7与第二柔性基材层4之间均具有导电胶层5；
39.第一导电基材层12与第一储能层6通过相对应的导电胶层5(第一储能层6与第一柔性基材层3之间的导电胶层5)和第一导电丝9电连接；
40.第二导电基材层13与而第二储能层7通过相对应的导电胶层5(第二储能层7与第二柔性基材层4之间的导电胶层5)和第二导电丝10电连接。
41.作为本实用新型一种柔性变储能器件的一个实施例，第一导电丝9的一端设置于第一导电基材层12与电致变层15之间、且与第一导电基材层12的导电侧连接，另一端设置于第一导电胶层5和第一储能层6之间；第二导电丝10的一端设置于第二导电基材层13与电解质层8之间、且与第二导电基材层13的导电侧连接，另一端设置于第二导电胶层5和第二储能层7连接。本实用新型储能层与柔性基底层通过导电胶层5粘结，其导电胶层在实现导电作用的同时，还具有粘结作用，增强了柔性基底层与储能层之间的粘结强度；本实用新型通过导电胶层和导电丝来连接储能层和导电基材层，其导电丝在增强储能层导电性能的同时，还实现了与变区2的串联，提高了变区域的导电性；从而使储能器件的整体导电性能得到大幅提升。本实施例采用的导电丝同时连接储能区1与变区2，并对其供电；其
中导电丝起到导电(极耳)作用。
42.同时，作为本实用新型一种柔性变储能器件的另一个实施例，将第一导电丝9和第二导电丝10设置于变储能器件的边缘，能够使本实用新型更集成化，同时还能降低成本。此外，由于ito(氧化铟锡)、三苯胺衍生物膜层的导电性差，利用导电丝在内部边缘贯穿ito的技术方案增强了对其供电，能够降低其变响应时间，有利于电化学性能的发挥。
43.作为本实用新型一种柔性变储能器件的一个实施例，第一导电丝9延伸出变区2后设置第一接线电极16；第二导电丝10延伸出储能区1后设置第二接线电极17。
44.作为本实用新型一种柔性变储能器件的一个实施例，第一导电丝9和第二导电丝10均采用铜箔丝，作为本实用新型一种柔性变储能器件的另一个实施例，第一导电丝9和第二导电丝10还可以采用铜线、银线、铂线中任意一种。
45.作为本实用新型一种柔性变储能器件的一个实施例，第一导电基材层12和第二导电基材层13的导电侧相对设置。
46.作为本实用新型一种柔性变储能器件的一个实施例，第一导电基材层12和第二导电基材层13均采用ito-pet导电膜层。本实施例ito-pet导电膜层是采用磁控溅射的方法，在聚对苯二甲酸乙二醇酯(pet)薄膜材料上溅射透明氧化铟锡(ito)导电薄膜镀层并经高温退火处理得到的，其为现有技术，可市购。
47.作为本实用新型一种柔性变储能器件的一个实施例，导电胶层5采用导电银胶层。
48.作为本实用新型一种柔性变储能器件的一个实施例，第一导电基材层12和第二导电基材层13均与相对应的柔性基材层通过透明胶层14胶黏连接。本实施例导电基材层胶黏设置于柔性基材层上，增强了导电基材层与柔性基材层的牢固程度。此外，采用透明胶层14便于使用者观察颜变化。
49.作为本实用新型一种柔性变储能器件的一个实施例，透明胶层14采用聚丙烯(pp)胶水、聚乙烯(pe)胶水、聚氯乙烯(pvc)胶水、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(abs)胶水、uv无影胶(紫外光固化胶)中的任意一种，此外也可以采用其他的透明胶。
50.作为本实用新型一种柔性变储能器件的一个实施例，电致变层15采用电致变储能变膜层。
51.作为本实用新型一种柔性变储能器件的一个实施例，电致变储能变膜层采用三苯胺衍生物膜层。此外，作为本实用新型一种柔性变储能器件的另一个实施例，电致变储能变膜层还可以采用聚苯胺膜层、聚吡咯膜层、聚噻吩膜层中的任意一种。
52.作为本实用新型一种柔性变储能器件的一个实施例，电解质层8采用凝胶电解质层。
53.作为本实用新型一种柔性变储能器件的一个实施例，凝胶电解质层采用pva/h2so4凝胶电解质层(聚乙烯醇/硫酸凝胶电解质层)；本实施例pva/h2so4凝胶电解质层由pva/h2so4凝胶电解质铺设而成，pva/h2so4凝胶电解质为现有技术，可市购，其具体配方及制备方法在此不再赘述。
54.作为本实用新型一种柔性变储能器件的一个实施例，第一柔性基材层3和第二柔性基材层4采用聚乙烯膜层、聚对苯二甲酸乙二醇酯膜层、聚酰胺膜层、聚丙烯膜层中的任意一种。
55.作为本实用新型一种柔性变储能器件的一个实施例，第一储能层6和第二储能层7均采用石墨烯膜层。
56.本实用新型充电状态指示原理：
57.当本实用新型正负极两端电压为0.8v时，也就是本实用新型充电完成后，本实用新型的变区呈现为亮黄；当本实用新型放电完成，正负极两端电压为0v时，本实用新型的变区域呈现为墨绿。本实用新型石墨烯膜层的充放电电压窗口与三苯胺衍生物膜层的电压窗口基本吻合，0v和8v所呈现的颜反差明显，同时，石墨烯膜层和三苯胺衍生物膜层两种材料的能量密度得到最大的发挥。
58.本实用新型的性能测试：
59.对器件进行循环伏安(扫速：0.01-0.2vs-1)，与恒流充放电测试(电流密度：0.015-0.3am cm-1)。测试结果如图6-9所示。
60.测试结果：
61.由图6中可以看出，在较慢扫速条件下，cv曲线呈现类似矩形的形状，说明本实用新型具有良好的电容特性，但当扫速增大时，其cv曲线成类梭形的形状，体现出了本实用新型的电阻行为。
62.由图7中可以看出：每条曲线中都具有较明显的欧姆电压降，并且随着测试电流密度的加大，欧姆电压降也逐渐增大，其为本实用新型内部阻抗所致。并且随着电流密度的增大，充放电时间将会缩短。
63.如图8所示，在评价弯折状态下本实用新型的电化学性能时，当本实用新型由无弯折状态到弯折到180
°
时，本实用新型的cv曲线形状并没有发生明显的变化，表明此全固态柔性储能器件具有良好的柔性与稳定性，在弯折状态下仍能正常工作。
64.如图9所示，在倍率性能实验中，当测试电流密度由0.1a
·
g-1
(69.4μa
·
cm-2
)提高到0.6a
·
g-1
(416.7μa
·
cm-2
)时，器件的质量比容量由71.13f
·
g-1
下降到了18.14f
·
g-1
，面积比容量由101mf
·
cm-2
下降到了25.8mf
·
cm-2
，下降了74.5％。
65.以上所述实施方式仅为本实用新型的优选实施例，而并非本实用新型可行实施的穷举。对于本领域一般技术人员而言，在不背离本实用新型原理和精神的前提下对其所作出的任何显而易见的改动，都应当被认为包含在本实用新型的权利要求保护范围之内。

技术特征：

1.一种柔性变储能器件，其特征在于，包括电解质层、夹设所述电解质层的第一储能层和第二储能层、设置于所述第一储能层和第二储能层外侧的第一柔性基材层和第二柔性基材层；所述第一储能层和第二储能层的部分区域为透空区域，所述透空区域内分别设置第一导电基材层和第二导电基材层；所述第一导电基材层和第二导电基材层分别与所述第一储能层和第二储能层电连接；第一导电基材层或第二导电基材层的导电侧设有电致变层；所述第一储能层和第二储能层的透空区域以外的面积大于透空区域的面积。2.根据权利要求1所述的一种柔性变储能器件，其特征在于，所述第一储能层和第二储能层的透空区域以外的面积为所述电致变层面积的20-100倍。3.根据权利要求1所述的一种柔性变储能器件，其特征在于，所述电致变层的面积小于等于1cm2。4.根据权利要求1-3任一项所述的一种柔性变储能器件，其特征在于，所述第一储能层与第一柔性基材层之间以及第二储能层与第二柔性基材层之间均具有导电胶层；所述第一导电基材层和所述第二导电基材层分别与第一储能层和第二储能层通过导电丝和导电胶层电连接。5.根据权利要求4所述的一种柔性变储能器件，其特征在于，所述导电丝的一端均设置于相对应导电基材层的内侧，且与相对应导电基材层的导电侧电连接；另一端设置于相对应的导电胶层的内侧。6.根据权利要求5所述的一种柔性变储能器件，其特征在于，第一储能层/第二储能层的透空区域以外的区域对应储能区，位于透空区域中的电致变层对应变区；两条导电丝中，其中一条延伸出变区后设置第一接线电极；另一条导电丝延伸出储能区后设置第二接线电极。7.根据权利要求1所述的一种柔性变储能器件，其特征在于，所述第一导电基材层和所述第二导电基材层均与相对应的柔性基材层通过透明胶层胶黏连接。8.根据权利要求1所述的一种柔性变储能器件，其特征在于，所述第一导电基材层和第二导电基材层的导电侧相对设置。9.根据权利要求1所述的一种柔性变储能器件，其特征在于，所述电致变层采用电致变储能变膜层。10.根据权利要求1所述的一种柔性变储能器件，其特征在于，所述电解质层采用凝胶电解质层。

技术总结

本实用新型涉及一种柔性变储能器件，包括电解质层、夹设所述电解质层的第一储能层和第二储能层、设置于所述第一储能层和第二储能层外侧的第一柔性基材层和第二柔性基材层；所述第一储能层和第二储能层的部分区域为透空区域，所述透空区域内分别设置第一导电基材层和第二导电基材层；所述第一导电基材层和第二导电基材层分别与所述第一储能层和第二储能层电连接；第一导电基材层或第二导电基材层的导电侧设有电致变层；所述第一储能层和第二储能层的透空区域以外的面积大于透空区域的面积。本实用新型降低了电致变层脱落的机率。率。率。