[发明专利]储能、电路及承载一体化的电路板复合结构及其成型方法

说明书

本发明提供了一种储能、电路及承载一体化的电路板复合结构及其成型方法，成型步骤包括：按照含活性材料的正极碳纤维增强体、玻璃纤维隔膜、负极碳纤维的顺序铺叠各层，碳纤维纤维束一端与正、负极碳纤维层连接，另一端外露于叠层结构；按照一定比例混合电解液与液体树脂，并灌注入叠层结构中固化成型结构电池；在结构电池上下表面分别铺覆玻璃纤维，并将外露的碳纤维纤维束弯折贴合于玻璃纤维外表面，使用液体树脂浸润固化；最后3D打印碳纤维电路，后固化成型储能、电路及承载一体化的电路板复合结构；本发明制备的电路板复合结构极大地提高空间，质量利用率，对于航空航天运载装备等体积与重量敏感的装备意义重大。

技术领域

本发明涉及多功能复合材料制造的技术领域，具体地涉及一种储能、电路及承载一体化的电路板复合结构及其成型方法。

背景技术

材料结构功能一体化是先进智能装备发展的方向，对于装备减重，节约能源，性能提升至关重要，面对现如今电动汽车里程难，零排放电动飞机设计难等一系列挑战，如何设计一体化多功能结构材料并发挥材料的全部性能是亟需解决的问题。

电路板是装备智能化的核心，其主体功能结构由导线层与绝缘结构层组成，导线层通常由经刻蚀或印刷的铜箔构成，绝缘结构层则采用玻璃纤维增强环氧树脂，力学性能较弱，并且电路板一般不包含储能元件，储能元件往往以外接线路的方式与电路板进行装配连接并提供电能。因此电路板往往是作为内部部件被保护在外层的刚性结构内，性能利用率较低。

申请号为201210129995.2的中国专利公开了组合印制电路板的制造方法、印制电路板及其制造方法，虽然该制备方法提高了组合印制电路板的刚性，但仍未解决其储能问题。申请号为201921304739.6的中国专利公开了一种用于微型储能电池的电路板，虽然该电路板的顶端一侧边固定有电池，但该电路板为传统装配结构，电池依靠机械力与电路板连接，电池与电路板难以承力，各个材料功能性单一。

发明内容

针对现有技术的空缺，本发明将电路功能，机械性能与储能能力一体化集成在同一材料结构上，极大地提高空间，质量利用率，对于航空航天运载装备等体积与重量敏感的装备意义重大，并且利用可储能，高导电，易整形的碳纤维以及树脂的一体化成型能力，实现储能、电路及承载一体化的电路板复合结构。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

第一方面，本发明提供一种储能、电路及承载一体化的电路板复合结构，所述复合结构包括依次设置的第一结构层、正极、第一结构电解质、隔膜、第二结构电解质、负极、第二结构层，所述第一、第二结构层为内设有绝缘层的结构树脂，碳纤维电路设置于任一结构层外表面，第一碳纤维纤维束连接正极与碳纤维电路一端，第二碳纤维纤维束连接负极与碳纤维电路另一端，所述第一、第二碳纤维纤维束上除与碳纤维电路接触端头外的部分均被结构树脂、或结构树脂和结构电解质包埋。

优选地，所述绝缘层和隔膜为玻璃纤维，所述碳纤维电路为断路电路。

更优选地，所述绝缘层和隔膜为高强S玻璃纤维。

优选地，所述第一、第二结构层中的绝缘层位于结构树脂之间；

更优选地，在一些实施例中，所述第一、第二结构层中的绝缘层位于靠近结构树脂外表面的一侧。

第二方面，本发明提供一种储能、电路及承载一体化的电路板复合结构的成型方法，包括以下步骤：

S1、在退浆后的碳纤维单向带上涂覆正极浆料，真空干燥，获得含活性材料的正极碳纤维增强体，即所述正极；退浆后的碳纤维单向带分别用作负极碳纤维，即负极、第一碳纤维纤维束和第二碳纤维纤维束；

S2、按照正极、隔膜、负极的顺序铺层；将第一碳纤维纤维束一端连接正极，另一端外露；将第二碳纤维纤维束一端连接负极，另一端外露(使用胶带将第一、第二碳纤维纤维束外露端点缠紧)；