Dispositivo de encapsulación de una microbatería (2) dispuesto sobre una cara de un soporte flexible (1),

que tiene un módulo de Young Esub y un espesor tsub, en donde el dispositivo comprende al menos una capa delgada que constituye una barrera de protección (3) y que recubre la totalidad de la microbatería y dicha cara de soporte en la periferia de la microbatería, estando el dispositivo caracterizado porque comprende una cubierta flexible de compensación (5) dispuesta sobre la barrera de protección (3) y fabricada de un material que tiene un módulo de Young Ecomp y un espesor tcomp elegidos de forma que cumplan, con una precisión de ± 30 %, la ecuación en la que

Dispositivo de encapsulación flexible de una microbatería.

Ámbito técnico de la invención

La invención se refiere a un dispositivo de encapsulación de una microbatería dispuesto sobre una cara de un soporte flexible, que tiene un módulo de Young Esub y un espesor tsub, en donde el dispositivo comprende al menos una capa delgada que constituye una barrera de protección y que recubre la totalidad de la microbatería y dicha cara de soporte en la periferia de la microbatería.

La invención se refiere además a un procedimiento para la fabricación de dicho dispositivo.

Estado de la técnica

Las microbaterías de litio suelen estar constituidas por dos electrodos (positivo y negativo) separados por un electrolito. Tal microbatería comprende además colectores de corriente metálicos, fabricados, por ejemplo, de platino o wolframio. El electrodo positivo está hecho de un material que presente una buena conductividad iónica, por ejemplo TiOS. El electrolito es un aislante eléctrico con una alta conductividad iónica, tal como el LiPON. El electrodo negativo está constituido, por ejemplo, de litio metálico. Puesto que los materiales que contienen litio son muy sensibles al aire, y en particular al oxígeno, al nitrógeno y a la humedad, es necesario recubrirlos con una barrera de protección inerte y estanca. El dominio de la técnica de encapsulación es un factor primordial que condiciona la eficacia de las microbaterías con el paso del tiempo.

Una primera solución de encapsulación consiste en pegar sobre el componente una cobertura, generalmente de vidrio, con un espesor de aproximadamente 1 mm. Este dispositivo de encapsulación presenta la ventaja de que reduce considerablemente la difusión de las especies hacia el componente. No obstante, la cobertura es gruesa en comparación con el espesor de la batería y no es flexible. Para numerosas aplicaciones, tales como las etiquetas de RFID («identificación por radiofrecuencia») o los sensores integrados en los neumáticos, se ha de preservar un alto grado de flexibilidad del conjunto de la microbatería / dispositivo encapsulación.

La solución adoptada generalmente en la técnica consiste en depositar sobre la microbatería un dispositivo de encapsulación que comprende al menos una capa delgada que constituye una barrera de protección. La figura 1 representa, sobre un soporte flexible 1 constituido por un sustrato, una microbatería 2 recubierta por una barrera de protección 3 de este tipo. El espesor de estos dispositivos de encapsulación preparados por depósito de capas delgadas no excede de 50 μm. En efecto, por encima de este espesor, las técnicas de depósito utilizadas no resultan adecuadas y las tensiones mecánicas internas en el dispositivo de encapsulación conducen a una pérdida del efecto de barrera de difusión.

Los materiales poliméricos poseen interesantes propiedades mecánicas para la fabricación de dispositivos de encapsulación flexibles. Sin embargo, no presentan propiedades suficientes para evitar la difusión de las especies que reaccionan con el litio. Por consiguiente, siempre se asocian con al menos una capa de un material denso de tipo cerámico o metálico.

En la patente de EE. UU. nº 5.561.004 describe un dispositivo de encapsulación para baterías realizado a partir de capas delgadas de litio. El dispositivo de encapsulación comprende una primera capa, de tipo polimérico, depositada sobre la microbatería. El polímero es, por ejemplo, parileno. El objeto de esta primera capa es, por un lado, limitar los defectos relacionados con la rugosidad del substrato y, por otro lado, permitir las deformaciones de adaptación del componente durante su utilización. El dispositivo comprende obligatoriamente una segunda capa que forma una barrera de protección. Esta barrera de protección está constituida, por ejemplo, por una capa de un material cerámico o de un material metálico. Puede estar compuesta por una superposición de capas cerámicas o metálicas para una mayor eficacia. Debido a su pequeño espesor (unos pocos micrómetros) y a la naturaleza de los materiales poliméricos, este dispositivo presenta una flexibilidad mayor que las coberturas de vidrio. Sin embargo, su rango de flexión sigue siendo limitado. De hecho, ante tensiones de flexión demasiado grandes, aparecen microfisuras en el dispositivo de encapsulación de capas delgadas que se traducen en una reducción de la protección.

Las figuras 2 y 3 representan respectivamente una estructura unidimensional 4 en reposo y en flexión. La figura 4 representa esquemáticamente las tensiones mecánicas en tal estructura en flexión. La deformación de la estructura 4 causada por la flexión impone una reducción de la superficie superior y un aumento de la superficie inferior, o viceversa, dependiendo de la dirección del esfuerzo de flexión. Por consiguiente, la estructura está sometida a esfuerzos de compresión en una primera parte (la parte superior en la figura 4) y a esfuerzos de tensión en una segunda parte (la parte inferior en la figura 4) . En el centro de la estructura 4, los esfuerzos de compresión y tensión se compensan entre sí creando un plano neutro, es decir, una zona (ilustrada por la línea de puntos y trazos) en la que las tensiones son cero.

La patente FR2831327 describe un dispositivo de encapsulación de una microbatería que comprende una capa de protección y una cubierta.

De manera convencional, las microbaterías se depositan sobre un sustrato que actúa como soporte mecánico. El sustrato presenta generalmente un espesor comprendido entre 100 μm, y unos pocos milímetros, mientras que la microbatería presenta generalmente un espesor comprendido entre 5 y 10 μm. Como se ilustra en las figuras 5 y 6, una microbatería 2 que está situada sobre una cara de la estructura 4, por ejemplo un sustrato, se encuentra por lo tanto en una zona de tensión muy alta. Así pues, existe el riesgo de que aparezcan microgrietas en el dispositivo de encapsulación (no mostrado en las figuras 5 y 6) .

10 Objeto de la invención

El objeto de la invención es el de dar a conocer un dispositivo de encapsulación de una microbatería que solucione los defectos de la técnica anterior. Más particularmente, la invención tiene por objeto dar a conocer un dispositivo flexible y fácil de fabricar, que evite al mismo tiempo la aparición de las microfisuras causantes de la disminución de la protección ante un esfuerzo de flexión.

Según la invención, este objeto se consigue por el hecho de que el dispositivo de encapsulación de una microbatería dispuesto sobre una cara de un soporte flexible, que tiene un módulo de Young Esub y un espesor tsub, comprende al menos una capa delgada que constituye una barrera de protección y que recubre la totalidad de la microbatería y dicha cara de soporte en la periferia de la microbatería, y por el hecho de que el dispositivo comprende una cubierta flexible de compensación dispuesta sobre la barrera de protección y fabricada de un material que tiene un módulo de Young Ecomp y un espesor tcomp elegidos de forma que cumplan, con una precisión de ± 30 %, la ecuación 1

en la que La invención tiene como objeto además un procedimiento para la fabricación de dicho dispositivo.

El procedimiento comprende la formación de la microbatería sobre el soporte, la formación de la barrera de protección y la formación de la cubierta flexible que tiene un módulo de Young Ecomp y un espesor tcomp elegidos de forma que cumplan, con una precisión de ± 30 %, la ecuación en la que

Breve descripción de los dibujos

Otras ventajas y características se extraerán más claramente de la descripción que viene a continuación de los modos particulares de realización de la invención, dados a título de ejemplos no limitativos y representados en los dibujos anexos, en los que:

- la figura 1 representa un dispositivo de encapsulación de una microbatería según la técnica anterior.

- las figuras 2 y 3 representan esquemáticamente una estructura en reposo y sometida a un esfuerzo de flexión, respectivamente.

- la figura 4 representa esquemáticamente las tensiones mecánicas en la estructura según la figura 3.

- la figura 5 representa una estructura en flexión que comprende una microbatería según la técnica anterior.

- la figura 6 representa esquemáticamente las tensiones en la estructura según la figura 5.

- la figura 7 representa una estructura en flexión que comprende una microbatería según la invención.

- la figura 8 representa... [Seguir leyendo]

1. Dispositivo de encapsulación de una microbatería (2) dispuesto sobre una cara de un soporte flexible (1) , que tiene un módulo de Young Esub y un espesor tsub, en donde el dispositivo comprende al menos una capa delgada que constituye una barrera de protección (3) y que recubre la totalidad de la microbatería y dicha cara de soporte en la periferia de la microbatería, estando el dispositivo caracterizado porque comprende una cubierta flexible de compensación (5) dispuesta sobre la barrera de protección (3) y fabricada de un material que tiene un módulo de Young Ecomp y un espesor tcomp elegidos de forma que cumplan, con una precisión de ± 30 %, la ecuación

en la que 2. Dispositivo según la reivindicación 1, caracterizado porque la precisión es de ± 10 %.

3. Dispositivo según una de las reivindicaciones 1 y 2, caracterizado porque el soporte (1) y la cubierta (5) están formados en un mismo material.

4. Dispositivo según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque el material que constituye la cubierta (5) es un polímero. 20

5. Dispositivo según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque la cubierta (5) es como mínimo cinco veces más gruesa que la microbatería (2) .

6. Procedimiento para la preparación de un dispositivo según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a

5, caracterizado porque comprende la formación de la microbatería (2) sobre el soporte (1) , la formación de la barrera de protección (3) y la formación de la cubierta flexible (5) , en donde la cubierta flexible tiene un módulo de Young Ecomp y un espesor tcomp elegidos de forma que cumplan, con una precisión de ± 30 %, la ecuación en la que 7. Procedimiento según la reivindicación 6, caracterizado porque comprende sucesivamente la formación de la barrera de protección (3) mediante el depósito de capas delgadas sobre la cubierta (5) y la fijación 35 mediante un adhesivo de la cubierta recubierta de la barrera sobre el soporte (1) provisto de la microbatería (2) .

8. Procedimiento según la reivindicación 7, caracterizado porque el adhesivo es una resina epoxi.

9. Procedimiento según la reivindicación 6, caracterizado porque comprende la formación de la cubierta 40 (5) por depósito sobre la barrera de protección (3) previamente depositado sobre la microbatería (2) y el soporte (1) .

10. Procedimiento según la reivindicación 9, caracterizado porque la formación de la cubierta (5) se realiza mediante depósito por rotación.

45 11. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 6 a 10, caracterizado porque el material que forma la cubierta (5) es una resina epoxi.