專利名稱：原電池的制作方法
原電池
本發明涉及一種具有至少一個正電極和至少一個負電極的原電 池以及一種用于制造這種原電池的方法。
原電池和電池組在不同的實施中是公知的。對此還有所謂的印刷 電池組，其中功能部分、特別是電極和印制導線被印到相應的襯底 上。
在常規的印刷電池組中，泄電器(Ableiter)位于不同的層面中。
有兩個集電極層面、兩個電極層面和一個分離器層面。這種電池組 在US 4,119,T70中有所記載。電池被構造為不同部件的堆垛 (Stapel)，其中電流泄漏器位于電池的上側或下側。多個電池被堆
垛成電池組。在此下面電池的負極與上面電池的正極自動連接。
在US 4,195，121中描述了柔性電極。所述電極由活性材料、導電
材料和有機粘結劑組成。作為粘結劑建議乙蹄-丙稀酸。
在JP 60155866中披露了另一種電池。這種電池每個都包括一個
具有被層壓的陽極或陰極的泄電器。在纖維網中凝膠化的電解質位
于其間。稠化劑是羥乙基纖維素。
US夂6M,M8說明了 一種用于扁電池組的接觸裝置。外殼膜由分
成兩半的導電層和位于外部的絕緣層組成。通過絕緣層中的兩個窗
使導電層的一部分或另一部分連接。該外殼膜圍繞電極堆垛如此被
安裝，使得導電膜的一部分接觸陽極，另一部分接觸陰極。
US 5,652,043描述了一種具有水電解質的開口式電池。由吸濕性
材料、離子導電的物質和可溶于水的聚合物組成的電解質位于電極 之間，所述聚合物通過粘接作用固住電極。所述電池在通常的氣候 條件下不會變干。此外可能產生的氣體可以被排放到環境中，由此 防止電池膨脹。
US 5，897,522說明了在US 5，652,043中所述的扁電池在諸如計時
器、注入器(lnfusor)、溫度計、糖傳感器和電子游戲機的不同薄
設備中的使用。在WO 006"65中描述了對扁電池組的進一步改進。
這里實施到電池組中或電池組上的芯片改善了功能性。該芯片通過 DC/DC轉換器補償電壓波動。
所有所提及的構造都具有傳統的堆垛結構，其中功能層(通常為 五層)上下疊置。
因此本發明提出以下任務對已有的原電池(galvanisches Element)和電池組的構造加以改進。特別是應該提供盡可能薄的或 扁的電池組，所述電池組具有盡可能簡單的結構。在此相應的電池 組也應該可以盡可能簡單地予以制造。
特征的方法得以實現。該原電池或該方法的優選實施形式在從屬權 利要求2至15或從屬權利要求17中述及。因此通過參考說明書的內容 來作出所有權利要求的條文。
在本發明的原電池中，至少一個正的和至少一個負的電極并排布 置在不導電的平面襯底上并且通過離子導電的電解質相互連接。平 面襯底優選地是膜，其中進一步優選使用塑料膜。
通過并排布置正的和負的電極，原電池的功能部分基本上被上下 疊置在三個層面中。在此是不導電的平面襯底、布置在該襯底上的 電極和離子導電的電解質，所述電解質相互連接并且在此至少部分 地覆蓋兩個電極。因此可以實現原電池的在總計非常扁且薄的構 造。在該考察中，電極的層面被理解為平面，其中電極在其方面當 然可由不同的部分構成，例如由相應的泄電器/集電極以及活性電極 材料構成。這在下面還將更詳細地予以闡述。
在通常情況下，正的和負的電極只布置在平面襯底的一側，這同 樣在下面還將予以說明。然而根據本發明，同樣也可以將正的和負 的電極布置在平面襯底的兩側，以便通過這種方式實現原電池的相 應其它構造。但在此根據本發明決定性是使正的和負的電極并排布 置(且并非在不同層面中上下疊置)。
在改進方案中，本發明的原電池具有印制導線，所述印制導線用 作泄電器/集電極并且合理地和優選地布置在平面襯底和原本的電極 或(電化學的)活性電極材料之間。
所述印制導線可以以不同的方式來實現。因此一方面可能和優選 的是，使用導電膜、特別是金屬膜作為這種印制導線。另一方面， 印制導線優選地可以是薄的金屬層，所述薄的金屬層可借助于通常 的金屬化方法被施加到襯底上。最后作為特別優選的變型方案還要
強調，印制導線作為可印刷的糊劑被施加到襯底上。這種糊劑也可 以是通常所謂的導電粘接劑。在本發明原電池的優選實施形式中， 電極或電極材料自身作為可印刷的糊劑被施加到襯底上。通過該變 型方案可以特別良好地實現本發明的已述優點。相應的糊劑可以比 較簡單地采用標準方法被施加到相應的襯底上，而且恰恰也作為薄 的層，這根據本發明是優選的。
在本發明的原電池中，正的和負的電極布置在一個層面中，然而 在空間上相互分隔。正的與負的電極的電連接僅僅通過離子導電的 電解質來實現。在這種布置中， 一方面絕對必要的是，正的和負的 電極不接觸。另一方面合理的是，不使兩個電極之間的間隔選得過 大，以確保盡可能節省空間的構造。與此對應地，如果將至少一個
正的和至少一個負的電極以lju m至10mm的相互間隔布置在襯底 上，則在本發明中是優選的。在該范圍內，100ym和lmm之間的間
隔是優選的。
根據本發明，如果使用凝膠狀電解質作為離子導電的電解質，則 同樣是優選的。采用這種電解質可以特別簡單地實現平面構造、特 別是薄的平面構造。為了給予凝膠狀電解質改善的機械穩定性，根 據本發明，如果使電解質固定或者穩定在纖維網(Vlies)中，則是 進一步優選的。在改進方案中，電解質根據本發明優選地作為層、 特別是薄層而存在。必須如此布置該層，使得該層確保在正電極和 負電極之間的必需的導電性。在此，電解質在這些情況下通常至少 部分地覆蓋電極，以便提供足夠的導電性。在此，如果電解質或電 解質層完全覆蓋正的和負的電極或者尤其甚至超出相應的電極面， 則是進一步優選的。電解質層的這種布置也可以在制造技術上以簡 單的方式實現。
在改進方案中，在本發明的原電池中可以設有另一塑料膜，該塑 料膜(基于開頭所述的由三個層面組成的層結構)布置在電解質的 層面上方并因此至少部分地覆蓋電解質和/或電極。這里如果完全覆 蓋電解質和電極，則也是優選的。
所述另一塑料膜一方面對電解質/電極具有保護功能，以保護所 述電解質/電極免受機械損傷或所不希望的物質進入或氣候影響，另 一方面該另一塑料膜總計給予原電池改善的機械穩定性。
在具有另一塑料膜的這種構造中，如果該塑料膜與襯底一起形成 一種外殼，所述外殼密封地包圍電解質和電極。這還將結合附圖加 以更詳細的說明。
作為該另一塑料膜的替代方案，也可以以其它方式實現相應的保 護或相應的穩定化，例如通過在電解質的層面上施加、優選地印上 膜或相應的層。該層通常也由塑料構成，即至少基于聚合物。
如果在不導電的平面襯底上布置多個、尤其是大量正的和的負電 極，則存在本發明原電池的一種特別優選的變形方案。合理地特別 是成對地實現該布置，即分別一個正的和分別一個負的電極成對地 并排布置。通過這種方式可使多個或者許多(具有正的和負的電極) 單個電池相互連接。這種觀點以后還將結合附圖更加詳細地說明。
在最后提及的優選實施形式中，襯底特別是具有印制導線，其中 布置在襯底上的電極(即多個或者大量電極)通過所述印制導線以 串聯和/或并聯電路的形式連接。關于這些印制導線的施加可參閱和 參考結合泄電器/集電極所作的以上說明。
如上所述，用于制造原電池的本發明方法的特征在于，將電極或 形成電極的功能部分施加到用作襯底的無限帶上。通過這種方式可 以制造大量分別具有正的和負的電極的單個電池，其中必要時可以 將用于(以串聯或者并聯方式)連接所述單個電池的相應印制導線 集成到該方法中。
在本方法的優選實施形式中，無卩艮帶(Endlosband)已經配備有 電極的泄電器/集電極，這總體上明顯簡化了該方法過程。此外在本 發明的方法中，如果將電極以糊劑形式、特別是可印刷的糊劑形式 施加、優選地印到襯底或相應的泄電器上。
迄今的實施形式再次闡明了與本發明相關的優點。在將原電池構 造為單個電池時得到薄得多且總體上不復雜的構造的優點，因為可 以減少布置有功能部件的層面的數量。所有電接觸都處于一個層面
中，使得取消經由不同的層面、特別是經由相互遠離的層面的耗費 的貫通接觸(Durchkontaktieren )。此外本發明可以以簡單的方式
相互連接多個或者許多單個電池。在此， 一方面可能的是，將多個 或者許多電極已經成對地布置在不導電的平面襯底上并在該襯底上 已經設置用于連接單個電池的相應印制導線。另一方面可能的是，
使已經制造的單個電池固定在另一載體膜上并通過相應的接觸劑相 互連接，其中所述另一載體膜已經具有用于連接單個電池所必需的 印制導線。這里為了固定可以使用通常的粘附膠接劑，通常的導電 粘接劑或導電漆、例如相應的含銀導電粘接劑典型地用于接觸。在 使由多個或者許多單個電池組成的整個電池組完備之后，最后可以 使用(另一 )覆蓋膜將該整個電池組覆蓋。該整個電池組例如可以 被粘接或層壓。由此使這種電池組(如同在已述的另一塑料膜的情 況下)在機械方面穩定和免受外界影響，例如氣候影響。電池組的 電接觸在載體膜上伸出，并且可以以機械方式或者同樣利用導電粘 接劑^皮分接。
與現有才支術的原電池相比，本發明的原電池不僅以單個電池的形 式、而且以由多個或者許多單個電池連接成的電池組的形式特別薄 且必要時特別柔韌。因此本發明的原電池可以特別良好地用于希望
微小厚度和必要時高柔韌性的這種應用，即例如所謂的SmartCard (智能卡)或SmartTag (智能標簽)中。
本發明的其它特征由附圖以及與從屬權利要求有關的優選實施 形式的以下說明得到。在這種情況下，各個特征分別本身或多個相 互組合地在本發明的實施形式中得以實現。所述的特殊實施形式只 用于說明和用于更好地理解本發明，并且無論如何都不應理解為限 制性的。下述的附圖也是本說明書的組成部分，對此這通過明確的 參考來確證。
在附圖中示出
圖i示出作為具有并排的電極的單個電池的本發明原電池的示意
性結構；
圖2示出具有三個單個電池的本發明原電池的示意性結構； 圖3示出具有(串聯和并聯的)四個單個電池的本發明原電池的 示意性結構；
圖4示出用于將單個電池建立在用作襯底的無限帶上的生產工藝 的示意性片段。
圖l示出以所謂單個電池形式的本發明原電池。在此，在不導電 的薄塑料膜2形式的平面村底l上施加所謂的集電極/泄電器3、 4。這 些集電極/泄電器以導電糊劑(優選地銀、銅、鎳、鋁、銦、鉍或石
墨)的形式已被施加在襯底l上并接著被千燥。這種糊劑通常可以含 有聚合物形式的粘合劑。
如開頭所述，對集電極/泄電器3、 4的施加不限于導電糊劑的施 加。集電極/泄電器3、 4以可比較的方式可以是薄的導電膜(金屬膜、 填充有導電材料的塑料膜)。優選通過冷或熱粘接實現這些膜與襯 底1的連接。此外集電極/泄電器3、4也可以通過通常的金屬化方法(真 空沉積、賊射、電鍍沉積)來制備。
根據圖l，在集電極3上施加有陰極5 (即相應的電極材料)。所 述施加優選借助于可印刷的糊劑(Paste)來進行。但也可以施加單
獨制造的陰極膜。在集電極4上施加有陽極6 (即相應的電極材料)。 不僅陰極5而且陽極6都與集電極/泄電器3、 4電接觸。在原電池的相 應整個構造的情況下，這里松的陳列(Aufliegen)可能就已足夠了 。 也可以在集電極/泄電器3、 4和電極5、 6之間設置固定連接。
電器3的陰極5;帶^T泄電器4的陽極〗)::在此，^有纖維網8的電
解質7覆蓋陰極5和陽極6的活性電極材料。
在帶有纖維網8的電解質7上是另一塑料膜2，該塑料膜一方面完
全覆蓋電解質7并且另一方面還超出電解質7的尺寸。通過這種方式 由襯底i和塑料膜2形成位于襯底i和塑料膜2之間的功能部件、即原 本的電極(5， 3; 6， 4)用的密封封閉的外殼。
圖l明顯示出本發明原電池的經改善的薄的構造。原本的構造只 包含三個(上下疊置的)層面，即襯底l的層面、電極(帶有泄電器 3的陰極5;帶有泄電器4的陽極6，并排布置)的層面和電極層上方
的電解質層面。在圖i中示出了具有四個層面的優選實施形式，其中 在電解質的層面上方，另一塑料膜2形成自身的層面并與襯底1一起
形成帶有功能部件的原本的兩個層面用的密封封閉的外殼。
圖2示出原電池(電池組)的示意結構，其中帶有成對并排的電 極的三個單個電池(即根據圖l的三個單個電池)通過導電軌(印制 導線(Leiterbahn) 9)相互連接。由此可以實現較高的電壓。這種
串聯電路可以導致具有sov和更高電壓的原電池，所述原電池根據本
發明可以特別成本低廉且簡單地予以制造。
根據圖3示出了在具有成對并排的電極的四個單個電池(見圖l)
情況下原電池的示意結構。在此這四個單個電池既串聯又并聯。通 過這種構造可以獲得不同的總電壓和容量或載荷。
圖4以示意方式示出本發明生產過程的片段。在此本發明原電池
可以在構造為無限帶的襯底l2 (載體帶)上單行地(如所示)或者
也可以多行地(未示出)無限地來制造。用作集電極八泄電器的印制 導線10和11在單個電池的原本的制造工藝之前已經被施加在襯底12
上。然后(如結合圖W斤述)將原本的電極或相應的電極材料在為此
所設置的位置處被施加到印制導線w和u上。接下來施加電解質， 所述電解質作為凝膠狀電解質通過纖維網來穩定。基于對圖i的提
示，在圖4中原本的電極和電解質未標有附圖標記。最后，在電解質 上方施加覆蓋膜13形式的另一塑料膜，該另一塑料膜在襯底U上與
該襯底一起以外殼的形式封閉單個電池。最終，所述單個電池在必 要時可以重新被拆單，或者也可以被輸送給多個其它的加工步驟。
在該方面還應提及，根據圖4且此外可以完全通常地由自粘接膜 來制造襯底12以及覆蓋膜13。這一方面易于將覆蓋膜施加到分別制 備的單個電池上。另一方面必要時在將所制造的單個電池拆單之后 可以直接通過粘接將襯底12安裝到例如印制電路板上，而無需附加 的粘接劑。
實例
為了制造1.5V電池組系，如下采取措施用以制造在
圖1中所示的 原電池。在此在該情況下目的旨在實現鋅炭電池系。該系統僅僅以 示例性方式被提及，但其特征在于比較低的成本。
首先，為襯底和用作覆蓋膜的另一塑料膜提供相應的膜。這里， 優選具有低氣體和水蒸氣擴散率的塑料膜，即特別是由PET、 PP或 PE構成。只要考慮稍后將這些薄膜應相互熱封，所提供的基膜可以 利用低熔性的其它材料來遮蓋。這里例如可以是由基于PE的共聚物 構成的熔化粘接劑。
于是首先為了提供負電極(陽極)而將導電粘接劑(基于銀、銅 或石墨)形式的集電極印到村底上。對于正電極(陰極)來說，可
以將基于銀、鎳或石墨的導電粘接劑稱為集電極/泄電器材料，所述 導電粘接劑同樣被印上。
如果要提供特別薄的集電極/泄電器，那么也提供真空涂層。在這種情況下，作為集電極/泄電器，在高真空下，對于陽極汽化滲鍍 銅并且對于陰極汽化滲鍍鎳。
接下來將用于陽極的電極材料印到相應的集電極/泄電器上。為 此優選地采用絲網印刷方法。該電極材料是由鋅粉、合適的粘合劑 和合適的溶劑構成的鋅糊劑。同樣以相應的方式使用用于將陰極材 料印到另一集電極/泄電器上的糊劑。該陰極材料由作為導電材料的
軟錳礦(Mn02)、炭黑和/或石墨以及合適的粘合劑和合適的溶劑構 成。這里也優選地以絲網印刷方法來制作。
最后，在另一方法步驟中施加電解質。電解質優選地為凝膠狀糊 劑。該糊劑例如由氯化鋅水溶液組成，其中該溶液可以完全或部分 地被預干燥。同樣優選地通過印刷方法來施加電解質。電解質(如 在圖l中所示)優選地全面覆蓋兩個電極。如同樣在圖l中所示，電 解質可以通過纖維網狀或網狀材料來增強和穩定。
根據實例，如此制得的單個電池于是借助于第二(另一 )塑料膜 覆蓋，即按照外殼的類型被封閉。如所述，這優選地借助于熱封方 法來進行。如結合圖4所討論的，同樣可以優選地使用自粘接膜用于 襯底和其它塑料膜。這也能夠特別簡單地將單個電池或者由多個單 個電池組成的電池組施加到待供應以電流的單元的相應基體上。
權利要求
1.原電池，具有至少一個正的和至少一個負的電極(5，6)，所述電極并排地布置在不導電的平面襯底(1)上，并通過離子導電的電解質(7)相互連接。
2. 如權利要求1所述的原電池，其特征在于，平面襯底(l)是膜、特別是塑料膜。
3. 如權利要求1或2中任一項所述的原電池，其特征在于，具 有用作泄電器(3, 4)的印制導線，所述印制導線優選地布置在所 述襯底(1)和所述電極(5， 6)之間。
4. 如權利要求3所述的原電池，其特征在于，具有導電膜、特別是金屬膜作為印制導線。
5. 如權利要求3所述的原電池，其特征在于，具有薄金屬層作 為印制導線，所述金屬層可借助于通常的金屬化方法被施加到所述 襯底上。
6. 如權利要求3所述的原電池，其特征在于，具有印制導線， 所述印制導線作為可印刷的糊劑^f皮施加到所述襯底上。
7. 如前述權利要求中任一項所述的原電池，其特征在于，具有 電極，所述電極作為可印刷的糊劑被施加到所述襯底上。
8. 如前述權利要求中任一項所述的原電池，其特征在于，所述 至少一個正的和所述至少一個負的電極以相互ljam - lOmm、優選在100 |im- lmm之間的間隔布置在所述襯底上。
9. 如前述權利要求中任一項所述的原電池，其特征在于，具有 凝膠狀電解質。
10. 如前述權利要求中任一項、特別是權利要求9所述的原電 池，其特征在于，所述電解質被固定在纖維網(8)中。
11. 如前述權利要求中任一項所述的原電池，其特征在于，所述 電解質作為優選完全覆蓋所述電極的層存在。
12. 如前述權利要求中任一項所述的原電池，其特征在于，具有 另一塑料膜(2),該塑料膜至少部分地、優選完全地覆蓋所述電解 質(7)和/或所述電極(5， 6)。
13. 如權利要求12所述的原電池，其特征在于，所述另一塑料 膜與所述襯底形成外殼，該外殼密封地包圍所述電解質和所述電極。
14. 如前述權利要求中任一項所述的原電池，其特征在于，具有 多個、優選大量的成對地并排布置在所述襯底上的正的和負的電 極。
15. 如前述權利要求中任一項所述的原電池，其特征在于，所述 襯底具有印制導線(9)，布置在所述襯底上的電極通過所述印制導 線以串聯和/或并聯電路的形式連接。
16. 用于制造如前述權利要求中任一項所述的原電池的方法，其 特征在于，將電極施加到用作襯底的無限帶(12)上，所述無限帶 優選連貫地配備有泄電器(10， 11)。
17. 如權利要求16所述的方法，其特征在于，印上所述電極。
全文摘要
本發明包括一種原電池，具有至少一個正的和至少一個負的電極(5，6)，其中該正的和負的電極并排地布置在不導電的平面襯底(1)上，并通過離子導電的電解質(7)相互連接。在此，通過將多個、優選大量正的和負的電極成對地并排布置在該襯底上，可以使相應的單個電池相互連接。
文檔編號H01M6/12GK101194385SQ200680020300
公開日2008年6月4日 申請日期2006年4月6日 優先權日2005年4月8日
發明者A·薩瓦特迪, B·克雷德勒, D·伊利克, H·洛弗爾曼, H·韋登巴切, K·霍爾, L·-O·亨納達爾, L·安德森, M·伯格倫, M·克雷布斯, S·諾德林德 申請人:瓦爾達微電池有限責任公司;阿克里奧有限公司