薄電池和制造薄電池的方法技術

本發明專利技術的薄電池包括正極材料（７）、負極材料（８）、其間的兩個或更多個隔離紙層（１，２，３）、以及電解質。其中一個外部隔離紙層（１）具有在其上施用的正極材料，作為相對側上的另一外部層的另一隔離紙層（２）具有在其上施用的負極材料。用于制造這樣的薄電池的本發明專利技術的方法主要以下列步驟為特征：用電解質溶液潤濕隔離紙（１８），在第一隔離紙（１１）上施用正極材料，并在第二隔離紙（１４）上施用負極材料。接著通過將隔離紙（１１、１４、１８）壓在一起來合并它們，使得正極和負極材料（７，８）分別在最外面，以便形成分層結構。合并的層接著被切割成期望的尺寸。

【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】
本專利技術涉及薄電池以及用于制造這樣的電池的方法，該薄電池包括正 極材料和負極材料、其間的兩個或更多個隔離紙層、以及電解質。背景電池的基本組成部分是端子連接到外部電路的電極、保持電極分開并防止它們短路的隔離物、輸送由在電極處發生的化學反應產生的帶電離子 的電解質、以及容納活性化學材料并將電極保持在適當的位置的覆蓋物。"濕"電池指原電池，其中電解質是液體形式并被允許在電池外殼內 自由流動。"干"電池是使用固體或粉狀電解質的電池。這些類型的電解 質使用空氣中的環境濕度來完成化學過程。如果電解質通過某種機制是固 定不動的，例如通過使它凝膠化或通過使用吸收性物質例如紙將它保持在 適當的位置，則具有液體電解質的電池可被分類為"干"電池。今天使用的最一般類型的電池是"干電池"。有很多不同類型的電池， 從相對大的"閃光燈"電池到用于手表或計算器的微型電池。碳/鋅干電池使用鋅正極、二氧化錳負極和溶解在水中的氯化銨和/或 氯化鋅的電解質。電池常常根據在其結構中使用的電解質的類型分類。有三種普通類別酸性、輕度酸性和》威性。電池利用涉及氧化和還原反應(氧化還原反應)的化學反應。在酸性干電池中，還原反應可例如在潮濕漿料中出現在氯化鋅 (ZnCl2 )電解質和二氧化錳(Mn02)負極之間。正極反應出現在氯化鋅(ZnCl2)電解質和原子鋅之間。 負極還原反應為 8Mn02 + 8H+ + 8e- -> 8MnOOH 而正極氧化反應為4Zn + ZnC 12 + 9H20 -> ZnC 12 4ZnO 5 H20 + 8H+ + 8e-以及總的氧化還原反應為8Mn02 + 4Zn + ZnC 12 +9H20 -> 8MnOOH + ZnC 12 4ZnO 5 H20 該干電池"電偶"產生大約1.5伏。所有電池利用類似的程序來產生電；然而，材料和結構的變化產生不 同類型的電池。例如以前在美國專利6,379,836中提出了具有一個或多個隔離紙層的 電池。在美國專利5,157,586和6,104,600中提出了在電極之間有紙片的電 子雙層電容器。一種電池類型由分層結構組成，即，所謂的薄膜電池。薄膜電池(術語"薄膜電池"在本文中被理解為"分層結構的電池")設置在電池上)，且柔性電池可通過印刷在紙、塑料或其它類型的薄箔上 而制成。由于其相對小的厚度，薄膜電池的能量儲存和載流容量低，然而這些 特性也依賴于其面積，并可制造成足以用于期望的應用。它們具有將其從 傳統電池區別開的獨特的特性，其實際上對于很多應用來說容量仍然是充 足的。例如薄膜電池作為消費產品和微型應用的電源而有范圍廣的用途。柔 性膜電池也適合于給智能卡和射頻識別(FRID)標簽供電。目前已做了大量的工作，以通過解決與電池的制造有關的已知問題來 不斷地制造改進的電池，以便減少發生電路短路問題。短路主要出現在邊緣上的電極之間的直接接觸時，或作為鋅腐蝕的結 果，導致包含氧化鋅的導電枝狀晶體的形成。早些時候的解決短路問題的 解決方案，例如在前面提到的美國專利中提出的解決方案，集中于隔離材 料，例如使其足夠密或厚，使得枝狀晶體不能透過。在常規電池例如堿性電池中的電池隔離物通常通過使用造紙機來制備，例如在上面的美國專利6,379,836。在這些方法中，隔離層，包括浸 漬了電解質的層，可在造紙階段被整體地層壓，或它們可被分開地制造并 接著直接在其后被層壓。因此，通常通過在造紙階段中將液體浸漬層層壓 在一側或兩側上，通過使用能夠合并層的造紙機來執行不同的隔離紙層的整合。除了上面提到的在邊緣上的短路問題以外，在傳統制造方法中要克服 的另一問題是，當紙片浸漬電解質時紙片變得相當濕，這使電極材料的施 用變得很難。
技術實現思路
克服了上述問題的本專利技術的薄電池包括正極材料、負極材料和其間的 兩個或更多個隔離紙層。電池還包括電解質。外部隔離紙層之一具有在其 上作為漿料施用的正極材料，作為相對側上的外部層的另 一隔離紙層具有 在其上作為漿料施用的負極材料。通過將正極材料和負極材料施用在隔離紙上來制造這樣的薄電池的 方法主要以下列步驟為特征用電解質溶液潤濕隔離紙，在第一隔離紙上 施用正極材料，在第二隔離紙上施用負極材料，在以上步驟之后通過將隔 離紙壓在一起來合并隔離紙，使得正極和負極材料分別在最外面。合并的 隔離紙接著被切割成期望的尺寸。本專利技術的不同實施方式具有從屬權利要求的特征。因此，可能有兩個隔離紙層或三個或更多隔離紙層。當有三個或更多 隔離紙層時，優選地用電解質溶液潤濕中間隔離紙層，但最外面的隔離紙 層也總是包含電解質，因為它們從被潤濕的層吸收電解質。電解質溶液包含添加劑，并且它也與正極活性材料和負極活性材料混合，以形成所謂的 正極和負極漿料。電極由正極和負極構成。正極材料由包含正極活性材料以及具有添加 劑的電解質溶液的漿料組成，而負極材料由包含負極活性材料以及具有添 加劑的電解質溶液的漿料組成。用于施用負極漿料和正極漿料的施用方法為涂覆或印刷。在本文中術語"施用"應被清楚地理解成與在現有技術部分中提到的層壓的過程無關，層壓意指增加固體物質例如木材或織物的連續的層，并 將其與樹脂粘結在一起以形成成品。優選地，正極活性材料是鋅(Zn),而負極活性材料是二氧化錳 (Mn02 )。電解質溶液優選地包含量為3-10 M、優選地為8 M的作為主要成分 的ZnCl2,以及作為其它成分的添加劑，例如粘合劑。電解質中的添加劑包括粘合劑，以便將電極材料顆粒粘合到漿料。粘 合劑是量為電解質的2-10%、優選地為3-4%的聚乙烯醇(PVA)。導電材料被添加到正極和負極漿料。導電材料可為量為正極漿料的 1-5%、優選地為大約2%或量為負極漿料的5-20%、優選地為大約10%(因 為MN02不是充分導電的)的碳粉，例如石墨粉、煙灰或炭黑或其組合。電極連接到集電層(collector)材料，且整個產品被包裹在封套中。 封套覆蓋物可由例如聚丙烯、聚乙烯、聚酯或其它已知的覆蓋材料構成。 集電層材料形成為在層外部有連接到外部電路的端子。集電層材料可為導 電性碳墨、碳膜或其它材料，其為了此目的在化學上為惰性的，但為充分 導電的。正極和負極材料可使用不同的方法例如涂覆或印刷來施用在隔離紙上。術語"施用"在本文中意指材料漿料通過涂覆或印刷來施加在基底上。 涂覆和印刷過程通常包括將功能材料的薄膜施用到基底，例如一巻紙、纖維、膜或其它織物。術語"漿料"，在本文中僅僅意指粘性的水基散布的材料。優選地，本專利技術使用涂覆，例如刮涂來施用正極和負極材料。當使用 刮涂時，接著在層的合并之前或之后執行切割步驟，其通過模切執行。接 著通過從外側刮除而移除多余的正極和負極材料或多余的外部層材料，以 使隔離紙層有比電極的面積更大的面積。當使用其它涂覆方法時，涂覆層 僅僅被切割成期望的尺寸。當通過印刷執行施用時，它通過外部有掩模的輥執行。掩模設計成在 那些構成外部隔離層的紙幅上印刷某些尺寸的區域。在施用了集電層材料之后，通過縱向和橫向切割步驟(縱切和橫切) 來切割層，以形成產品，其中隔離紙層具有比正極和負極材料的面積大的 面積，或其中中間隔離紙層具有比外部涂覆的或印刷的隔離紙層大的面積。本專利技術的方法實現了對這樣一種產品的制本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種薄電池，其包括正極材料、負極材料、所述正極材料和所述負極材料間的兩個或更多個隔離紙層（１，２，３）、以及電解質，所述薄電池特征在于，外部隔離紙層（１，２，３）中的一個隔離紙層（１）具有在其上作為漿料施用的正極材料，作為相對側上的另一外部層的另一隔離紙層（２）具有在其上作為漿料施用的負極材料。

【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】...

【專利技術屬性】
技術研發人員：張霞昌，
申請(專利權)人：恩福塞爾公司，
類型：發明
國別省市：FI[芬蘭]