專利名稱：具有薄電極的電化學(xué)元件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及具有在由彼此密封的塑料板形成的殼體中的薄電極的電化學(xué)元件。
背景技術(shù)：
電化學(xué)元件以廣泛多樣的物理形式被人們所知。在最普遍的情況下，它們具有機(jī)械性強(qiáng)的殼體并例如呈圓形、鈕扣或棱柱形電池的形式。在這些電池中，設(shè)置有正、負(fù)電極以及隔膜和電解質(zhì)。具有堿性電解質(zhì)的電化學(xué)元件例如Zn/MnO2或Ni/MeH的殼體具有由鋼或不銹鋼合金構(gòu)成的殼體。為了具有更好的接觸，它們的外表面通常是鍍鎳的。
在一次和二次鋰電池的情況下，由于高達(dá)4.2V的較高電極電位，殼體由不銹鋼或鋁構(gòu)成。這樣可以避免導(dǎo)致金屬表面的鈍化和較高接觸電阻形成的腐蝕。
當(dāng)對(duì)可提取的電流的要求不太高時(shí)，通常將電極相對(duì)于導(dǎo)電殼體的接觸壓力作為接觸是充分的。當(dāng)對(duì)于電流的要求更嚴(yán)格時(shí)，例如特別是在鋰電池的情況下，在電極內(nèi)需要以金屬集流體形式的附加接觸件。這些集流體由輸出導(dǎo)體接片焊接到殼體上。
除了具有機(jī)械性能非常強(qiáng)的殼體的電化學(xué)元件之外，人們還知道具有板形殼體的元件。板形殼體例如是那些用于如所謂的鋰/聚合物和鋰/離子電池的殼體。這些聚合物電池具有由復(fù)合板構(gòu)成的殼體，這些復(fù)合板例如由聚酰胺/鋁/聚丙烯構(gòu)成。采用這些板可獲得高度的設(shè)計(jì)靈活性、低重量和高度的安全可靠性。在此情況下，在這些復(fù)合板中的鋁層用作氣體阻擋層。
和金屬殼體相比，這些復(fù)合板的缺點(diǎn)在于，這些板是不導(dǎo)電的。為此，輸出導(dǎo)體接片必須焊接到電極的輸出導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，且必須引出到外部。
這種類型的電化學(xué)元件通常包括由大量單電池或單元件形成的電池疊層。單元件是疊層結(jié)構(gòu)，由輸出導(dǎo)體、活性電極膜和隔膜制成。例如，以所謂的雙電池形式制成如由牢固地連接各部件所構(gòu)成的疊層結(jié)構(gòu)?？尚械拇涡虬ㄘ?fù)極/隔膜/正極/隔膜/負(fù)極或者正極/隔膜/負(fù)極/隔膜/正極。
在USPS5460904中描述了一種用于制造這種鋰離子電池的方法。在此方法中，在為了溶解共聚物添加了丙酮之后，將活性材料和添加劑例如在電極中的導(dǎo)電增強(qiáng)劑或在隔膜中的穩(wěn)定劑、特定共聚物、聚偏二氟乙烯六氟丙烯(PVDF-HFP)及一定比例的典型為酞酸二丁脂(DBP)的增塑劑強(qiáng)烈地混合，擠壓成板。將以此方式形成的電極板和隔膜板進(jìn)行兩次或多次層疊加工以形成雙電池。在插入例如由加熱成形的鋁復(fù)合板構(gòu)成的殼體中、填充電解質(zhì)、用蓋密封、化成和最后密封之后，將兩個(gè)或多個(gè)雙電池彼此層疊放置，從而形成加工成完整電池的疊層。
所以在此情況下，各電極具有輸出導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，對(duì)于負(fù)極是以銅板的形式，對(duì)于正極是鋁板的形式，它們都具有輸出導(dǎo)體接片。通過這些輸出導(dǎo)體接片，兩個(gè)或多個(gè)電極并聯(lián)連接并且從復(fù)合組件穿過殼體以構(gòu)成外部接觸。因此，為了構(gòu)成與各電極的充分接觸，需要大量的元件，圍繞這些輸出導(dǎo)電接片進(jìn)行的密封殼體的工藝是復(fù)雜的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是詳細(xì)說明一種上述類型的電池，該電池可以很容易地以低成本生產(chǎn)，特別是在此電池中，改善了用于使電極和外部輸出導(dǎo)體之間接觸的工藝。
根據(jù)本發(fā)明，此目的由具有權(quán)利要求1的技術(shù)特征的電化學(xué)元件實(shí)現(xiàn)。在從屬權(quán)利要求中具體說明了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。權(quán)利要求書的詞語歸入說明書中以便清楚參考。
因此，根據(jù)本發(fā)明，形成電池殼體的塑料板的表面或塑料金屬?gòu)?fù)合板的表面部分地金屬化層或包括金屬層，可以顯著地簡(jiǎn)化電池結(jié)構(gòu)。通過金屬化層(metalization)或金屬層的適當(dāng)構(gòu)成，及其可能結(jié)果的電極向此金屬化層的內(nèi)部連接，雖然此結(jié)構(gòu)特別適用于相對(duì)低的電流載荷，但是甚至可以用于相對(duì)高的電流載荷。
優(yōu)點(diǎn)在于形成電化學(xué)元件殼體的塑料板的這種金屬化層還能夠以導(dǎo)體線路的形式延續(xù)到實(shí)際電池殼體的外部。
活性電池元件設(shè)置在相互密封的兩個(gè)塑料板之間，在此情況下，這些塑料板還可以是具有內(nèi)金屬層例如鋁層的復(fù)合板。在面對(duì)電極一側(cè)上的金屬化層可以是以表面圖形的形式，或者可以在金屬化層中形成有中斷?？梢酝ㄟ^提供附加的金屬層或通過提供另外的金屬板來加強(qiáng)在引出到外部的輸出導(dǎo)體區(qū)域中的此金屬化層。還無需密封彼此直接形成電池殼體的兩個(gè)塑料板，而是采用密封框架等類似物作為在兩個(gè)板之間的輔助件。
此外，可通過加熱成形工藝預(yù)先形成塑料板或塑料金屬?gòu)?fù)合板之一。特別有利地是由兩塊塑料板形成電化學(xué)元件的殼體。這些塑料板彼此密封并且在它們面向電池內(nèi)部的側(cè)面上金屬化層，這樣，金屬化層首先形成與電極的電接觸，其次形成電化學(xué)元件電極的外接觸片。


參考附圖，在下文中更詳細(xì)地描述本發(fā)明的主題。
圖1是根據(jù)本發(fā)明的電化學(xué)元件沿著圖2的線A-A的截面圖。
圖2表示這種元件的平面圖。
圖3表示根據(jù)本發(fā)明的電化學(xué)元件的進(jìn)一步改進(jìn)。
圖4示意性示出根據(jù)本發(fā)明的電化學(xué)元件的結(jié)構(gòu)和各部件。
圖5表示結(jié)合有根據(jù)本發(fā)明的元件的另外的導(dǎo)體線路的布置。
圖6和7示出在塑料材料或塑料復(fù)合材料上金屬化層的結(jié)構(gòu)，以及圖8示意性示出具有根據(jù)本發(fā)明的金屬化層的預(yù)制的、加熱成形的塑料金屬?gòu)?fù)合板。
具體實(shí)施例方式
尤其在圖4中所示的那樣，根據(jù)本發(fā)明的電化學(xué)元件包括第一塑料板1，它部分地設(shè)置有金屬化層2；第二塑料板7，它同樣設(shè)置有金屬化層8。在此情況下，形成殼體的板1和7可以是塑料板。但是，它們優(yōu)選是具有內(nèi)鋁層的塑料金屬?gòu)?fù)合板，由此提供了良好的水蒸氣阻擋層和低的氣體擴(kuò)散速率。例如這種復(fù)合板包括如外部聚酰胺層1a，7a、中間鋁層1b，7b、內(nèi)部聚丙烯層1c，7c，各層配置有與電極形狀相匹配的金屬化層。例如，可以借助在聚丙烯側(cè)上的真空淀積涂覆對(duì)這種板進(jìn)行部分地金屬化層。在此情況下，金屬化層的表面尤其是稍微小于或?qū)嶋H上等于電極5和6的尺寸。
正極5例如可以是MnO2或LiCoO2電極或LixMnO2電極。負(fù)極6可以是由鋰金屬或鋰金屬合金構(gòu)成，或者可以是嵌入鋰的石墨電極。隔膜4例如是聚丙烯膜、聚乙烯膜或這些材料構(gòu)成的無紡織物。
在如圖4所示裝配了半成品并加入有機(jī)電解質(zhì)之后，在非金屬化層密封區(qū)10中并跨過用于接觸的路徑真空熱密封復(fù)合板1和7，或者借助以密封框架形式的熔融粘合劑11將它們彼此粘接。
圖1表示貫穿這種完整電池的橫截面。連接到各金屬化層2和8的輸出導(dǎo)體接片3和9形成電池的外部電輸出導(dǎo)體，可以從圖2中看出，圖2示出了同一電池的局部截面圖。
圖3所示的電化學(xué)元件的實(shí)施例與圖1所示的實(shí)施例的主要區(qū)別在于，在此情況下采用折疊的電極組件，該組件包括陽極5、陰極6和它們之間的隔膜4。
當(dāng)采用聚合物電極時(shí)是特別有利的，正如在緒論部分所說明的那樣，對(duì)于例如由活性材料和PVDF粘接劑構(gòu)成的這些電極，能夠直接地層疊到作為基板的金屬化層復(fù)合板上。當(dāng)在如圖3所示的設(shè)置中利用以此方式制得的電極時(shí)，其中采用折疊電極代替電極的層疊，這可以使電池承載更好的電流。
在特定區(qū)域進(jìn)行的此板的金屬化層可以施加在大面積上或者以圖形的形式，正如可從圖7a-7d看到的那樣。在此情況下，圖6示出了在塑料復(fù)合條13上金屬化層區(qū)域的布置，在此情況下區(qū)域2用鋁金屬化層，區(qū)域8用銅金屬化層。
如果金屬化層沒有提供到整個(gè)表面上，那么當(dāng)利用提供到或?qū)盈B到金屬板上的電極時(shí)，此金屬板可通過熱密封連接到塑料復(fù)合板的空閑、未金屬化層區(qū)域。這樣可以改善在電極的金屬板輸出導(dǎo)體和復(fù)合板上的金屬化層之間的接觸。
如圖5所示，至少塑料板或塑料金屬?gòu)?fù)合板之一可同時(shí)作為導(dǎo)體線路12的基板，用于其它的電子元件。此金屬化層可以與在電池殼體中的集流體表面的金屬化層同時(shí)提供?？山柚婵盏矸e涂覆方式、非導(dǎo)電或電化學(xué)金屬淀積方式、或者借助導(dǎo)電膏印刷的方式提供集流體表面2和8以及導(dǎo)體線路12?？梢越柚谀＜夹g(shù)的方法、以直接構(gòu)成的方式制造出導(dǎo)體線路12和集流體表面2和8，所述導(dǎo)體線路12和集流體表面2和8可借助真空淀積涂覆、非導(dǎo)電或電化學(xué)金屬淀積的方式提供。作為對(duì)此的選擇，在各種情況下金屬化層還可以施加到整個(gè)表面上，借助激光燒蝕或常規(guī)的光刻技術(shù)并結(jié)合化學(xué)刻蝕技術(shù)或等離子刻蝕的方法制造出各結(jié)構(gòu)。
將根據(jù)本發(fā)明制得的電池用于所謂的智能卡是尤其有利的，正如在德國(guó)專利申請(qǐng)10102125.9中的實(shí)施例所描述的那樣。設(shè)置在復(fù)合板中的作為蒸汽阻擋層或氣體擴(kuò)散阻擋層的金屬層可以由鋁、銅或鎳形成。借助其它的金屬化層步驟來增加輸出導(dǎo)體接片3和9的厚度，或者利用其它的金屬板加強(qiáng)這些區(qū)域是尤其有利的。塑料板或塑料金屬?gòu)?fù)合板可具有5μm至400μm的厚度，尤其是具有10μm至150μm的厚度。提供到此復(fù)合板的金屬化層可具有0.02μm至30μm的厚度，優(yōu)選約0.1μm至5μm的厚度。
特別有利地是，借助加熱成形工藝預(yù)先形成至少一個(gè)塑料或塑料金屬?gòu)?fù)合板，這樣就為電極或設(shè)置有隔膜的電極制造出支承體，如圖8所示。
權(quán)利要求
1.一種電化學(xué)元件，其具有殼體，由相互連接的塑料板形成，以及薄電極，其中電極在殼體中，至少一個(gè)塑料板具有面對(duì)電極之一的側(cè)面，至少一個(gè)分區(qū)設(shè)置在塑料板的這一側(cè)面上，分區(qū)被金屬化成為金層化層，以及金屬化層結(jié)構(gòu)接觸電極并形成電極向電化學(xué)元件外部的電接觸裝置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的電化學(xué)元件，其中塑料板相互密封。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2的電化學(xué)元件，其中塑料板由復(fù)合板制成，此復(fù)合板具有作為金屬化層的內(nèi)部金屬板，其中內(nèi)部金屬板由塑料板覆蓋兩側(cè)。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求之一的電化學(xué)元件，其中電化學(xué)元件具有電池輪廓，在電池輪廓外側(cè)的塑料板的金屬化層是導(dǎo)體線路的形式。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求之一的電化學(xué)元件，其中塑料板之一的一側(cè)面對(duì)電池內(nèi)部，其中這一側(cè)由聚合物構(gòu)成，其中聚合物是可熱密封的或可粘接的。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求之一的電化學(xué)元件，其中金屬化層是在金屬化層中具有中斷的表面圖形的形式。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求之一的電化學(xué)元件，其中金屬化層在電接觸裝置的區(qū)域中通過施加其它的金屬層而加強(qiáng)。
8.根據(jù)前述權(quán)利要求之一的電化學(xué)元件，其中殼體由相互密封的兩個(gè)塑料板形成并具有指向電池內(nèi)部并被金屬化的側(cè)面。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的電化學(xué)元件，其中金屬化層形成與電極的電接觸，并形成電極或電化學(xué)元件的外部接觸片。
10.根據(jù)前述權(quán)利要求之一的電化學(xué)元件，其中塑料板之一具有非金屬化層的密封表面區(qū)域，其中密封框架提供到非金屬化層的密封表面區(qū)域。
11.根據(jù)前述權(quán)利要求之一的電化學(xué)元件，其中至少一個(gè)塑料板借助加熱成形方法預(yù)形成。
12.根據(jù)前述權(quán)利要求之一的電化學(xué)元件，其中塑料板具有5μm至400μm的厚度。
13.根據(jù)前述權(quán)利要求之一的電化學(xué)元件，其中塑料板的金屬化層具有0.02μm至30μm的厚度。
全文摘要
在具有在由相互連接的塑料板形成的殼體中的薄電極的電化學(xué)元件中，在面對(duì)電極之一的側(cè)面上的分區(qū)中至少一個(gè)塑料板被金屬化層。這樣，金屬化層首先形成與電極的電接觸，其次形成電極的外部接觸片。塑料板可以是具有由塑料板覆蓋兩側(cè)的內(nèi)金屬板的復(fù)合板，在電池輪廓外部區(qū)域中的塑料板的金屬層可以是導(dǎo)體線路的形式。特別是，殼體由相互密封的并在指向電池內(nèi)部的側(cè)面上金屬化層的兩個(gè)塑料板形成，這樣金屬化層首先形成與電極的電接觸，其次形成電極和/或電化學(xué)元件的外部接觸片。
文檔編號(hào)H01M2/02GK1462082SQ03140759
公開日2003年12月17日 申請(qǐng)日期2003年5月2日 優(yōu)先權(quán)日2002年5月2日
發(fā)明者K·霍爾, A·約爾斯, H·瓦納, D·伊利克, R·米勒, W·西菲爾特 申請(qǐng)人:瓦爾達(dá)微電池有限責(zé)任公司