透明或半透明锂离子电池及其电极
阅读：918发布：2023-03-11
专利汇可以提供透明或半透明锂离子电池及其电极专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 提供了一种透明或半透明 锂离子 电池 及其 电极 。该透明或半透明 锂离子电池 包括 阳极 、 阴极 和 电解 质。该阳极包括具有内部结构的电极材料 固定器 、 集电器 和阳极材料。集电器沿电极材料固定器的内部结构的壁形成，阳极材料沉积在集电器上并且填充在内部结构中。使用阴极材料以与阳极类似的方法制造阴极。具有内部结构的电极材料固定器可以是具有凹陷部分图案的玻璃或 石英 片或具有通道的 阳极 氧 化 铝 膜。本发明的透明/半透明锂离子电池提供高的透明度和电存储容量。，下面是透明或半透明锂离子电池及其电极专利的具体信息内容。
1.一种用于透明或半透明锂离子电池的电极，包括：
具有一个或多个内部结构的至少一个电极材料固定器，所述至少一个电极材料固定器是透明或半透明的；
沿所述电极材料固定器的内部结构的一个或多个壁形成的至少一个导电膜；
沉积在所述导电膜上并且填充在所述电极材料固定器的所述内部结构中的至少一种电极材料；以及
在所述内部结构的一个或多个壁和所述至少一个导电膜之间的预先涂覆的至少一个银层。
2.根据权利要求1所述的电极，其中，具有内部结构的电极材料固定器是具有一个或多个通道的阳极氧化铝AAO膜。
3.根据权利要求2所述的电极，其中，每个通道是自组装的微米或纳米级通道。
4.根据权利要求2所述的电极，其中，所述导电膜包括沿AAO膜的通道内壁形成的交联碳纳米管。
5.根据权利要求1所述的电极，其中，具有内部结构的电极材料固定器是具有一个或多个通道的阳极氧化的金属氧化物膜。
6.根据权利要求1所述的电极，其中，所述具有内部结构的电极材料固定器是具有一个或多个凹陷部分的图案化的玻璃或石英片。
7.根据权利要求6所述的电极，其中，每个凹陷部分的壁包括平面。
8.根据权利要求1所述的电极，其中，所述导电膜包括至少一种纳米级金属、至少一种纳米级碳材料、至少一种透明金属氧化物或至少一种透明导电聚合物。
9.根据权利要求8所述的电极，其中，所述至少一种纳米级金属包括铂或金；所述至少一种纳米级碳材料包括碳纳米管或石墨烯；所述至少一种透明金属氧化物包括三氧化二铟；所述至少一种透明导电聚合物包括聚(3,4-烷撑二氧噻吩)或聚(3,4-乙撑二氧噻吩)：
聚(苯乙烯磺酸)。
10.根据权利要求1所述的电极，其中，所述电极材料固定器进一步包括：用于对准的至少一个定位标记。
11.根据权利要求1所述的电极，其中，所述电极材料是阳极材料或阴极材料。
12.一种透明或半透明锂离子电池，包括：
一对电极，其中所述一对电极中的至少一个电极被实现为权利要求1的电极；以及至少一种电解质。
13.根据权利要求12所述的电池，还包括：
分隔器，其中所述分隔器包括至少一种凝胶材料，所述凝胶材料用至少一种电解质溶液浸泡；
其中所述电解质被包围在分隔器中；以及
其中所述分隔器位于所述一对电极之间。
14.根据权利要求13所述的电池，其中，所述凝胶材料包括偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物、聚氧化乙烯、聚丙烯腈或聚甲基丙烯酸甲酯。
15.一种透明或半透明锂离子电池，包括：
一对电极，其中所述一对电极中的至少一个电极被实现为权利要求3的电极；以及至少一种电解质。
16.根据权利要求15所述的电池，还包括：
分隔器，其中所述分隔器包括至少一种凝胶材料，所述凝胶材料用至少一种电解质溶液浸泡；
其中所述电解质被包围在分隔器中；
其中所述分隔器位于所述一对电极之间；以及
其中所述凝胶材料包括偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物、聚氧化乙烯、聚丙烯腈或聚甲基丙烯酸甲酯。
17.一种透明或半透明锂离子电池，包括：
一对电极，其中所述一对电极中的至少一个电极被实现为权利要求7的电极；以及至少一种电解质。
18.根据权利要求17所述的电池，还包括：
分隔器，其中所述分隔器包括至少一种凝胶材料，所述凝胶材料用至少一种电解质溶液浸泡；
其中所述电解质被包围在分隔器中；
其中所述分隔器位于所述一对电极之间；以及
其中所述凝胶材料包括偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物、聚氧化乙烯、聚丙烯腈或聚甲基丙烯酸甲酯。
透明或半透明锂离子电池及其电极
[0001] 相关申请的交叉引用
技术领域
背景技术
[0004] 透明电子学是新一代电子和光电子设备的关键技术。透明器件已经在不同的应用中被广泛使用，如光电路、触摸屏、显示器和太阳能电池。此外，市场也为电子产品公司推出各种透明器件（比如透明手机和透明显示器）提供了动力。
[0005] 然而，被认为是电子器件中主要元件的电池还没有被充分地证明能够作为透明器件，原因在于电池的许多元件（如阳极和阴极材料）通常为黑色。由于电池在这些器件中占有相当大的面积和体积，因此，很难实现完全整合并且透明的器件。
[0006] 制造透明器件的常规方法之一是将活性材料的厚度减少到实质上小于它们的光学吸收长度。但是，这种方法不适用于电池，因为多数活性电池材料在全电压窗口都没有足够长的吸收长度。例如，在锂离子电池的阴极材料和阳极材料中被广泛使用的LiCoO2和石墨，即使厚度小于1μm，也是很好的光吸收器。另外，具有这样厚度的电池不能提供足够量的能量存储。因此，电池的透明度和能量存储量之间出现了矛盾。
[0007] 为了解决上述问题，另一种常规方法是将电极材料以一定图案布置，所述图案仅占一小部分面积，以便光可以自由通过空的空间。US2013/0022868公开了一种透明电化学能量存储器件，其包括一对电极和设置在这对电极之间的电解质。每个电极包括底材和一组电极材料，该电极材料以特征尺寸不大于200μm的图案遍布底材并且占据5%到70%范围内的部分面积。但是，由于较差的排列和封装，这种能量存储器件的透明度和容量不高。
[0008] 因此，需要一种提供高的透明度和足够的能量存储容量并且容易制造的透明锂离子电池。
发明内容
[0009] 因此，本发明的第一方面是提供一种具有高透明度和能量存储容量的透明或半透明锂离子电池。
[0010] 根据本发明的实施例，透明或半透明锂离子电池包括具有阳极和阴极的一对电极和电解质。电解质置于阳极和阴极之间。阳极包括具有第一内部结构的第一电极材料固定器、第一集电器以及阳极材料。包括第一导电膜的第一集电器沿第一电极材料固定器的第一内部结构的壁形成。阳极材料沉积在第一集电器上，并且填充在第一电极材料固定器的第一内部结构中。阴极包括具有第二内部结构的第二电极材料固定器、第二集电器以及阴极材料。包括第二导电膜的第二集电器沿第二电极材料固定器的第二内部结构的壁形成。阴极材料沉积在第二集电器上，并且填充在第二电极材料固定器的第二内部结构中。第一和第二电极材料固定器是透明的或者半透明的，从而留下没有内部结构的区域让光通过，所述区域使锂离子电池呈透明或者半透明。优选地，具有第一内部结构的第一电极材料固定器和/或具有第二内部结构的第二电极材料固定器是具有通道的阳极氧化铝（AAO）膜或具有凹陷部分图案的玻璃/石英片。
[0011] 本发明的第二方面是提供一种用于透明或半透明锂离子电池的电极。
[0012] 本发明的电极包括具有内部结构的电极材料固定器、沿电极材料固定器的内部结构的壁形成的导电膜以及沉积在导电膜上并且填充在电极材料固定器的内部结构中的电极材料。
[0013] 根据本发明的一个实施例，本发明的电极包括具有通道的AAO膜、沿AAO膜的通道内壁形成的导电膜以及沉积在导电膜上并且填充在AAO膜的通道中的电极材料。
[0014] 根据本发明的另一实施例，本发明的电极包括具有凹陷部分图案的玻璃/石英片、沿玻璃/石英片的凹陷部分内壁形成的导电膜以及沉积在导电膜上并且填充在凹陷部分中的电极材料。
[0015] 当电极材料是阳极材料时，本发明的电极是阳极。当电极材料是阴极材料时，本发明的电极是阴极。
[0016] 本发明的第三方面是提供一种用于制造本发明的透明或半透明锂离子电池的方法。
[0018] 下面参考附图，更详细的描述本发明的各个实施例，其中：
[0019] 图1是根据本发明实施例的透明/半透明锂离子电池的示意图；
[0020] 图2示出了根据本发明实施例的制造透明/半透明锂离子电池各步骤的流程图；
[0021] 图3示出了根据本发明的不同实施例的单一形状或多重形状的一组图案；
[0022] 图4是根据本发明实施例的具有单一形状格局的图案化的玻璃片的照片；
[0023] 图5是根据本发明实施例的具有多重形状格局的图案化的石英的照片；
[0024] 图6示出了根据本发明实施例的制造具有凹陷部分的图案化的玻璃/石英片各步骤的流程图；
[0025] 图7是根据本发明实施例以图案化的石英片组装的透明锂离子电池的示意图；
[0026] 图8示出了根据本发明不同实施例的一个全电池；
[0027] 图9是根据本发明实施例展示制备阳极氧化铝（AAO）膜各步骤的流程图；
[0028] 图10是根据本发明实施例的用于控制铝底材阳极氧化的预先布局图案的掩模；
[0029] 图11A是根据本发明实施例的AAO/Al底材的示意图；
[0030] 图11B是根据本发明实施例的AAO/Al底材的照片；
[0031] 图11C-D分别示出了根据本发明实施例的AAO/Al底材的表面和通道的扫描电子显微镜（SEM）影像；
[0032] 图12A-B分别是根据本发明不同实施例的具有封闭端和开放端的透明AAO膜以及仅具有开放端的透明AAO膜的示意图；
[0033] 图12C是根据本发明实施例的透明AAO膜的照片；
[0034] 图12D示出了根据本发明实施例的透明AAO膜的表面的SEM影像；
[0035] 图13示出了根据本发明实施例的通过溅射涂覆有金层的图案化的玻璃片；
[0036] 图14示出了根据本发明实施例的具有铂及预先涂敷银层的图案化的玻璃片；
[0037] 图15分别示出了根据本发明实施例的用阴极材料填充的两个图案化玻璃片的凹陷部分；
[0038] 图16A-B分别示出了根据本发明实施例的用电解质溶液浸泡前和浸泡后的分隔器的照片；
[0039] 图17A是根据本发明实施例的以图案化的石英片制造的透明锂离子电池照片；
[0040] 图17B是示出了图17A的透明锂离子电池的透明度的紫外-可见光谱；
[0041] 图18是根据本发明实施例的以图案化的石英片制造的透明锂离子电池的容量和充放电周期之间关系的图形；以及
[0042] 图19示出了根据本发明实施例的以图案化的石英片制造的透明锂离子电池的工作电压和时间之间关系的图形。
具体实施方式
[0043] 在下面的描述中，透明/半透明锂离子电池及其相应的制造方法以优选实施例的方式进行阐述。在不背离本发明范围和精神的情况下，可以做出包括增加和/或替代在内的修改，这对所属领域技术人员来说是显而易见的。可以忽略具体细节，以避免使本发明不清楚；但是，写出的公开内容能够使所属领域技术人员在不过度实验的情况下实践这里的教导。
[0044] 如本文所用，锂离子（Li-ion）电池被限定为透明锂离子电池或半透明锂离子电池。
[0045] 图1是根据本发明实施例的透明/半透明锂离子电池的示意图。该透明/半透明锂离子电池包括阳极101、阴极102、电解质103、保护性表面104以及密封材料105。电解质103定位在阳极101和阴极102之间。保护性表面104包住阳极101、阴极102和电解质103，密封材料105用于密封透明/半透明锂离子电池的侧面。
[0046] 阳极101包括具有内部结构的电极材料固定器106a、集电器107a以及阳极材料108。集电器107a包括纳米级的导电膜，其沿电极材料固定器106a的内部结构的壁形成。阳极材料108沉积在集电器107a上，并且填充在电极材料固定器106a的内部结构中。
[0047] 类似地，阴极102包括具有内部结构的电极材料固定器106b、集电器107b、以及阴极材料109。集电器107b包括纳米级的导电膜，其沿电极材料固定器106b的内部结构的壁形成。阴极材料109沉积在集电器107b上，并且填充在电极材料固定器106b的内部结构中。
[0048] 图2是显示根据本发明实施例的制造透明/半透明锂离子电池的方法的步骤的流程图。在步骤201，制备具有内部结构的电极材料固定器。在步骤202，沿电极材料固定器的内部结构的壁形成集电器。在步骤203，将阳极材料沉积在集电器上，并且将阳极材料填充在电极材料固定器的内部结构中。在步骤204，在电极材料固定器的表面上去除过多的集电器和阳极材料以形成阳极。在步骤205，用阴极材料重复步骤201至步骤204，以形成阴极。在步骤206，将阴极、阳极和电解质组装到透明/半透明锂离子电池中。
[0049] 根据本发明的一个实施例，具有内部结构的电极材料固定器是具有凹陷部分的图案化的玻璃或石英片。图案化的玻璃/石英片的图案可以包括单一形状或多重形状，所述形状提供电极材料固定器的凹陷部分和凸出部分，这可以根据透明/半透明锂离子电池的透明度和容量的需要而改变。每个凹陷部分具有保持电极材料成沟槽的深度。集电器沿图案化的玻璃/石英片的凹陷部分的壁形成，电极材料沉积在集电器上并且填充在凹陷部分中。不管使用哪个图案/哪些图案，图案化的玻璃/石英片都包括凹陷部分和凸出部分。图案的凹陷部分可以具有接近无穷大的直径以形成线性沟槽。
[0050] 图3示出了根据本发明实施例的一组单一形状或多重形状的图案。该形状可以是圆形、正方形、六边形或八边形。多重形状的图案可以包括圆形和正方形形状。图案上的白色部分代表透明的凸出区域，在凸出区域不填充电极材料。图案上的黑色部分代表凹陷区域，在凹陷区域填充电极材料。
[0051] 图4是根据本发明实施例的显示具有单一形状布局的图案化的玻璃片的照片。该图案化的玻璃片仅包括正方形形状的图案。
[0052] 图5是示出了根据本发明实施例的具有多重形状布局的图案化的石英片的照片。该图案化的石英片包括圆形和六边形形状的图案。
[0053] 优选地，具有单一形状或多重形状的图案是对称的。当图案化的玻璃/石英片的厚度增加时，可以在电极材料固定器中填充更多的电极材料，以增加能量存储容量。然而，其也增加电池的成本和厚度。因此，图案化的玻璃/石英片的优选厚度在1mm至5mm的范围内，并且凹陷部分的优选深度在70μm至120μm的范围内，这取决于玻璃或石英的刻蚀方法。
[0054] 图6是根据本发明实施例的显示制造具有凹陷部分图案的玻璃/石英片各步骤的流程图。在步骤601，提供具有图案的掩模。掩模的图案包括提供凸出部分和凹陷部分的多个图案。在步骤602，提供玻璃/石英片。可以先将玻璃/石英片净化并干燥。在步骤603，在玻璃/石英片上涂覆光刻胶层。在步骤604，用掩模覆盖光刻胶层。在步骤605，将光刻胶层暴露于紫外光，并且进一步显影。在步骤606，用溶剂去除过量的光刻胶。在步骤607，用干法刻蚀或湿法刻蚀去除没有被光刻胶覆盖的玻璃/石英片的玻璃/石英，以形成具有凹陷部分的图案化的玻璃/石英片。在步骤608，净化并干燥具有凹陷部分的图案化的玻璃/石英片。
[0055] 图7是根据本发明实施例的以图案化的石英片组装的透明锂离子电池的示意图。全电池包括定位标记701、边界702、外电极703以及图案化区域704。定位标记701用于对准并且有助于使透明/半透明锂离子电池的密封和封装的步骤更省时和准确，减少错位。图案化区域704包括凹陷部分和凸出部分。优选地，定位标记701位于图案化区域704的中心线上，并且足够大到用眼睛可见，但是不大到影响图案化区域704的外观。可以应用容易看见的并重叠的任何形状，例如十字、星形或标记。
[0056] 边界702包括不同的形状和大小，并且给外电极703提供设计。另外，边界702阻挡外部材料（如密封胶）以影响内部材料（如电解质和电极材料），并且使得图案成为完整的全电池，其可以根据不同的设计和需求进行改进。
[0057] 图8示出了根据本发明实施例的一个全电池。图案化的玻璃/石英片的图案化区域和AAO膜的阳极氧化区域被边界和外电极包围。
[0058] 根据本发明的一个实施例，电极材料固定器是具有自组装微米/纳米通道的阳极氧化铝（AAO）膜。集电器沿自组装微米/纳米通道的内壁形成。电极材料沉积在集电器上，并且填充在自组装微米/纳米通道中。
[0059] 图9是根据本发明实施例的展示制备阳极氧化铝（AAO）膜各步骤的流程图。在步骤901，提供铝（Al）底材。铝底材可以由纯铝或铝合金制成。优选地，先将铝底材脱脂、净化并干燥。在步骤902，将铝底材插入阳极氧化溶液中。该阳极氧化溶液可以是酸性溶液或碱性溶液。酸性溶液可以是硫酸、磷酸、草酸或铬酸。考虑到环保问题，优选使用硫酸。碱性溶液可以是氢氧化钠溶液或氢氧化钾溶液。针对AAO膜的自组装通道的期望直径和密度，可以使用不同浓度的酸性或碱性溶液。
[0060] 在步骤903，对铝底材施加电压以阳极氧化。优选地，将直流电用于阳极氧化。对不同的阳极氧化溶液使用不同的电压。电压是影响期望自组装通道的直径和密度的关键因素，其可以在几伏特到几百伏特的范围内。温度是对阳极氧化来说的另一个重要因素，其不仅影响通道的期望直径和密度，还影响通道的均匀性。另外，通道的长度和AAO膜的厚度由阳极氧化时间决定。根据本发明的一个实施例，对阳极氧化，使用0.3M的硫酸、12V到18V的o o电压和12C到15C的温度。
[0062] 如果需要更均匀排列的AAO通道，先使用酸性溶液（例如大约60oC条件下加热的磷酸和铬酸）去除先前在铝底材上制作的AAO层。然后，在与制备第一AAO层相同的条件下进一步制作第二AAO层。
[0063] 此外，如图10所示，可以将预先图案化的掩模用于控制铝底材的阳极氧化。该预先图案化的掩模包括铝底材1001的保护区域和多个阳极氧化单元1002。阳极氧化单元1002进一步包括多个阳极氧化区域1003。只对阳极氧化区域1003下的部分铝底材进行阳极氧化，从而使得由掩模保护的其他部分的铝底材保持非阳极氧化，导致形成铝交联区域，该铝交联区域形成网状结构以支撑AAO膜和外电极。而且，预先图案化的掩模能够控制锂离子电池的透明部分与不透明部分的比率。
[0065] 在步骤903后，由于存在剩余的铝底材，阳极氧化的铝（AAO/Al）底材是不透明的。图11A是根据本发明实施例的AAO/Al底材的示意图。AAO/Al底材1101包括氧化铝1102、自组装纳米/微米级通道1103以及剩余的铝底材1104。图11B是根据本发明实施例的AAO/Al底材的照片。如图11B的照片中所示，AAO/Al底材不是透明的。图11C和图11D是分别示出了根据本发明实施例的AAO/Al底材的表面和通道的SEM影像。
[0066] 但是，在步骤905中从AAO/Al底材去除剩余的铝底材后，获得了具有自组装纳米/微米级通道的透明的AAO膜。图12A和12B是分别示出了根据本发明实施例的具有开放端和封闭端的透明的AAO膜和仅具有开放端的透明的AAO膜的示意图。图12C是根据本发明实施例的透明的AAO膜的照片。图12D是根据本发明实施例的透明的AAO膜的表面的SEM影像。该通道的直径为大于50nm-70nm。
[0067] 优选地，AAO膜的厚度在1μm-100μm的范围内，以在能量存储和透明度之间寻找平衡，并且AAO膜的通道的直径在3nm-200nm的范围内。因此，本发明不限于AAO膜。也可以应用其他阳极氧化的金属氧化物膜作为电极材料固定器。例如，可以使用阳极氧化的氧化钛膜。
[0068] 形成电极材料固定器后，沿电极材料固定器内部结构的壁形成作为集电器的纳米级导电膜。纳米级导电膜可以包括纳米级金属、纳米级碳材料、透明金属氧化物或透明导电聚合物。纳米级金属可以是铂（Pt）或金（Au）。纳米级碳材料可以是碳纳米管（CNT）或石墨烯。透明金属氧化物可以是三氧化二铟（In2O3）。透明导电聚合物可以是聚（3,4-烷撑二氧噻吩）（PEDOT）或聚（3,4-乙撑二氧噻吩）：聚（苯乙烯磺酸）（PEDOT:PSS）。优选地，纳米级导电膜的厚度小于50nm。
[0069] 可以通过溅射或热蒸发将纳米级金属或透明金属氧化物沉积在电极材料固定器上。图13示出了根据本发明实施例的通过溅射涂覆有金层的图案化的玻璃片。首先通过溅射将金层涂覆在图案化的玻璃片上，该金层不是透明的。然后，如图13所示，用聚酰亚胺胶带去除凸出部分的金层，因此当凹陷部分的金层保留在图案化的玻璃片上时，留下透明的凸出部分。
[0071] 可以通过刷涂方式将PEDOT或PEDOT:PSS的透明导电聚合物的水溶液填充到玻璃/石英片的图案（包括图案的凸起区域和凹陷区域）或AAO的通道中。可以将纳米级金属颗粒（如金和铂）加入PEDOT，以提高导电性。
[0072] 根据本发明的一个实施例，在AAO膜的通道的壁上形成交联的CNT作为集电器。在加热AAO膜的过程中，如有机材料或含有碳的聚合物这样的反应物在有催化剂或没有催化剂的情况下分解。根据CNT的导电性和结晶的需要，分解温度大约为400-600oC。首先，将反应物密封在管式炉中。引入例如氮气或氩气这样的惰性气体。一段时间后，炉子被加热到分解温度。然后，将该分解温度保持半小时到一小时。在冷却炉子的过程中，继续保持向炉子流入惰性气体。在炉子的温度下降到室温后，取出涂覆有交联的CNT的AAO膜。
[0073] 优选地，在涂覆导电材料之前，在电极材料固定器上涂覆过渡金属层，例如银。由于图案的凸起和凹陷区域或者AAO的上表面和通道壁表面之间的不同的表面张力，过渡层仅覆盖图案化的玻璃/石英片的凸出部分或AAO的上表面。另外，该过渡金属层可以有助于以更方便的方式通过胶水或胶带去除多余的阳极或阴极材料以及导电材料。图14示出了根据本发明实施例的具有铂及预先涂覆银层的图案化的玻璃片。将预先涂覆的银层沉积在图案化的玻璃片和铂层之间。用聚酰亚胺胶带去除凸起区域的银层和铂层后，铂层保留在图案化的玻璃片的沟槽（凹陷区域）中。
[0074] 形成集电器后，向玻璃/石英片的图案（包括图案的凸起区域和凹陷区域）或AAO膜的通道中填充阳极或阴极材料的悬浮液，直到有足够的阳极和阴极材料。然后，通过加热干燥阳极和阴极材料。通过胶水或胶带去除图案化的玻璃/石英片的凸起区域或AAO膜的上表面上的多余的阳极或阴极材料以及导电材料，留下凸起区域或AAO膜的没有通道的区域让光通过。
[0075] 阳极材料的悬浮液包括石墨、碳黑、1-甲基-2-吡咯烷酮（1-methyl-2-prrolidone）和/或偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物(PVDF-HFP)。阴极材料的悬浮液包括含锂材料（例如锂锰氧化物（LiMn2O4）、锂钴氧化物（LiCoO2）和磷酸锂铁（LiFePO4））、碳黑、偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物（PVDF-HFP）和1-甲基-2-吡咯烷酮。图15分别示出了根据本发明实施例的填充了阴极材料的两个图案化的玻璃片的凹陷部分。
[0076] 将纤细的金属板粘贴到图案上的外电极的位置，然后形成透明/半透明锂离子电池的阳极和阴极。
[0077] 制造分隔器，并且将其定位在阳极和阴极之间。分隔器是凝胶材料，例如偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物（PVDF-HFP）。除了PVDF-HFP，还可以使用聚氧化乙烯（PEO）、聚丙烯腈（PAN）或聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）作为凝胶材料。
[0078] 根据本发明的一个实施例，通过如下方法制备PVDF-HFP。通过搅拌或超声波破碎法混合硅酮树脂184硅酮弹性体（Sylgard184silicone elastomer）基质、硅酮树脂184硅酮弹性体固化剂、乙酸乙酯和甲苯形成前驱体溶液，然后将该前驱体溶液加入到容器中。在烤炉中干燥前驱体以得到固体PVDF-HFP，其为半透明并弯曲的，如图16A所示。然后，将固体PVDF-HFP浸入到电解质溶液的溶剂中，例如碳酸二乙酯（DEC）、碳酸二甲酯/碳酸亚乙酯（DMC/EC）、碳酸二乙酯/碳酸亚乙酯（DEC/EC）或聚（偏二氟乙烯－三氯乙烯）。浸泡溶剂后，分隔器变得透明且平坦，如图16B所示。用纸巾去除多余的溶剂后，可以看到或感觉到分隔器上没有明显的或多余的液体。
[0079] 根据本发明的一个实施例，按如下方法封装透明锂离子电池的全电池。首先，将半干燥的分隔器切割为适合的大小，并且将其夹在图案化的阳极和阴极之间。阳极和阴极通过图案中的定位标记来对准。阳极、分隔器和阴极通过夹子或任何其他能够在裸眼或显微镜下完成的固定器固定。在阳极和/或阴极周围注射透明的紫外光固化胶（UV glue）。用紫外光固化胶填充图案化的区域周围的大多数边界区域。然后使用紫外光固化紫外光固化胶。
[0080] 全电池在手套箱中进一步封装。在不用紫外光固化胶密封的情况下，将电解质溶液从边界引入到分隔器中。该电解质溶液可以是DEC溶剂、DMC/EC溶剂、DEC/EC溶剂或聚（偏二氟乙烯－三氯乙烯）溶剂中的六氟磷酸锂（LiPF6）溶液、六氟砷酸锂（LiAsF6）溶液、四氟硼酸锂（LiBF4）溶液、三氟甲基磺酸锂（LiCF3SO3）溶液、双三氟甲烷磺酰亚胺锂（LiTFSI）溶液或高氯酸锂（LiClO4）溶液。再次将紫外光固化胶注入到整个电池的剩余边界，该剩余边界在之前的步骤中没有用紫外光固化胶密封。用紫外光固化紫外光固化胶。最后，得到透明/半透明锂离子电池。
[0081] 图17A是以图案化的石英片制造的透明锂离子电池照片。图17B是示出了图17A的透明锂离子电池的透明度的紫外-可见光谱。虚线代表在透明锂离子电池的底部中心测量的透明度。
[0082] 实线代表在透明锂离子电池的中部中心测量的透明度。图17A中所示的透明锂离子电池样品的透明度在范围从380至780nm的可见光波长内为大约57%到大约73%。
[0083] 图18是示出了根据本发明实施例的以图案化的石英片制造的透明锂离子电池的容量和充放电周期之间的关系的图形。如图所示，在24个充放电周期后，容量只下降了15%。
[0084] 图19是示出了根据本发明实施例的以图案化的石英片制造的透明锂离子电池的工作电压和时间之间的关系的图形。充放电电流处于恒定值0.2mA，工作电压在3.1V到4.1V的范围内，锂离子电池的有效区域为2.79cm2。这个图表示出了可以对本发明的透明锂离子电池充放电。
[0085] 为了增加整个电池的容量，可以堆叠如上所述的类似的全电池。由于定位标记和边界清晰，因此这个步骤不难实现。
[0086] 为了说明和阐述的目的，提供了上述对本发明的描述。其意图不是为了详尽或将本发明限制为以精确的形式披露。对于所属领域技术人员来说，很多修改和变化都是显而易见的。
[0087] 为了很好地解释本发明的原理及其实际应用，选择并描述以上实施例，从而使其他所属领域技术人员能够理解本发明的各种不同实施方式以及适合于特定使用意图的各种修改。其意图是本发明的保护范围由所附权利要求及其等价物限定。
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