[发明专利]能量存储装置和系统

说明书

一种封装元件，其包括聚合物层并具有10至200微米之间的厚度；其中该封装元件用于提供能量存储装置的基本密封的、无空隙的外壳，并且其中该聚合物选自：聚对二甲苯、聚己二酰间苯二甲胺、介电聚合物、硅基聚合物、聚氨酯、丙烯酸类聚合物、刚性不透气聚合物、氟化聚合物、环氧树脂、聚异氰酸酯、PET、硅橡胶、硅弹性体、聚酰胺及其任意组合。

相关申请

本申请要求于2017年1月2日提交的美国临时专利申请号62/441,462和62/441,463的优先权的权益，这两个申请的内容都通过引用被并入，就如同在本文中被充分阐述的一样。

发明的领域和背景

本发明的一些实施例涉及能量存储装置和系统，且更具体地但不排他地涉及用于能量存储装置和系统的部件，该部件包括电极、电解质和封装材料。

能量存储系统可用于广泛的电子应用中，包括计算机、移动设备、个人数字助理、电动工具、导航和通信设备、能量存储和自动管理系统。这种系统的架构通常由电池构成，该电池由包括阳极层、阴极层和设置在它们之间的隔膜(电解质、隔板)层的层组成。例如，圆筒型电池或更先进的系统可以利用“凝胶卷(Jelly roll)”或“瑞士卷(Swiss roll)”构造，其中电池可以在袋内或外壳内卷起和/或折叠，以提供能量存储装置的保护性封装，从而消除层对外部环境的暴露，外部环境包括空气、氧气、一氧化碳、二氧化碳、氮气、湿气和有机溶剂。然而，通常需要大占用空间来实现大容量。

由于引入了新的产品类别，例如可穿戴电子设备和物联网(IoT)，其包括智能绷带、可穿戴设备、化妆品、智能手表、便携式电子设备、无线传感器、医用一次性用品和微机电系统(MEMS)，能量存储装置的发展越来越需要改进诸如薄度、灵活性、重量轻和低充电阈值等属性。能量存储装置的标准设计限制规定了对于需要大容量的产品的大的占用空间，例如，由于封装层显著地增加了能量存储装置的重量和体积，并因此降低了其能量密度。

能量存储装置涉及的其他挑战与电池层的性能有关。例如，阳极层通常在装置运行期间膨胀和收缩，其最终可能导致机械和/或化学故障，并降低能量存储装置的寿命和/或降低其性能。

发明概述

根据本发明的一些实施例的一个方面，提供了一种封装元件，其包括聚合物层并具有10至200μm之间的厚度；其中该封装元件用于提供能量存储装置的基本密封的、无空隙的外壳，并且其中该聚合物选自：聚对二甲苯(poly(para-xylylene))、聚己二酰间苯二甲胺(poly-m-xylylene adipamide)、介电聚合物(dielectric polymer)、硅基聚合物(silicone-based polymer)、聚氨酯(polyurethane)、丙烯酸类聚合物(acrylicpolymer)、刚性不透气聚合物(rigid gas impermeable polymer)、氟化聚合物(fluorinated polymer)、环氧树脂(epoxy)、聚异氰酸酯(polyisocyanate)、PET、硅橡胶、硅弹性体(silicone elastomer)、聚酰胺及其任意组合。

根据本发明的一些实施例的一个方面，提供了一种能量存储模块，其包括组件，该组件包括两个电极层和设置在两个电极层之间的隔板层，所述能量存储模块由包括薄膜聚合物层并且厚度在10μm和200μm之间的封装元件封闭，该封装元件被配置为提供所述能量存储模块的基本密封的、无空隙的外壳；其中该聚合物选自：聚对二甲苯、聚己二酰间苯二甲胺、介电聚合物、硅基聚合物、聚氨酯、丙烯酸类聚合物、刚性不透气聚合物、氟化聚合物、环氧树脂、聚异氰酸酯、PET、硅橡胶、硅弹性体、聚酰胺及其任意组合。