本發(fā)明涉及電化學(xué)電池、組件和醫(yī)療裝置。

背景技術(shù)：

1、為了努力創(chuàng)建非常小、緊湊且低成本的可穿戴裝置或可植入系統(tǒng)，最近省去了氣密殼體。為了保護(hù)可穿戴或可植入系統(tǒng)的電子系統(tǒng)免受濕氣，電子系統(tǒng)被封裝或嵌入塑料材料中。有利地，所謂的袋狀電池單元可以用作這些應(yīng)用的能量源，其中電化學(xué)電池單元的部件(電極、集電器、電解質(zhì)、間隔件等)由袋而不是傳統(tǒng)的電池殼體封閉。這種袋通常由多層層壓體形成，其中各種層(例如由鋁、尼龍和丙烯制成)彼此粘合。由于一些電池的溫度敏感性，用于封裝電池的材料選擇受到限制，因為用于封裝或嵌入的大多數(shù)材料需要相對高的溫度(>80℃)。然而，這種高溫不能用于大多數(shù)電池(一次或二次電池)。

2、典型的電池，例如前述袋狀電池，通常利用非絕緣連接條或集電器，例如以電線或金屬極耳或帶的形式。然而，封裝的電子系統(tǒng)和電池的殼體之間的區(qū)域不受針對環(huán)境影響的保護(hù)。

3、為了保護(hù)該區(qū)域，可以針對電子系統(tǒng)或可穿戴或植入系統(tǒng)使用外部殼體而不是封裝。這將帶來不太緊湊的設(shè)計和更高的制造成本的缺點。

4、作為替代方案，可以使用允許在較低溫度下封裝的材料。然而，這些材料中的一些，例如環(huán)氧樹脂，在低溫下僅非常緩慢地固化。這限制了生產(chǎn)期間的生產(chǎn)量。其他材料使用光引發(fā)劑。然而，由于復(fù)雜的幾何形狀，均勻曝光是關(guān)鍵的。此外，許多材料固有地含有離子組分，這可能導(dǎo)致枝晶的形成，從而引起短路。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、基于該背景，本發(fā)明的目的是提供一種電池設(shè)計，該電池設(shè)計能夠?qū)崿F(xiàn)電池與電子系統(tǒng)的安全連接以及電子系統(tǒng)的可靠且簡單的封裝，這還提供了針對環(huán)境條件(特別是濕氣)的最佳保護(hù)。

2、該目的通過具有權(quán)利要求1的特征的電化學(xué)電池、通過具有權(quán)利要求11的特征的組件以及通過具有權(quán)利要求15的特征的裝置來實現(xiàn)。在相應(yīng)的從屬權(quán)利要求和以下描述中描述了其有利實施例。

3、根據(jù)權(quán)利要求1，提供了一種電化學(xué)電池。根據(jù)本發(fā)明的電化學(xué)電池包括：

4、-具有第一極性的第一電極，所述第一電極包括第一集電器和包括第一電極材料的第一電極體，并且所述第一電極體導(dǎo)電地連接到所述第一集電器；

5、-具有第二極性的第二電極，所述第二電極包括第二集電器和包括第二電極材料的第二電極體，并且所述第二電極體導(dǎo)電地連接到所述第二集電器；

6、-第一連接導(dǎo)體，所述第一連接導(dǎo)體導(dǎo)電地連接至所述第一集電器；

7、-第二連接導(dǎo)體，所述第二連接導(dǎo)體導(dǎo)電地連接至所述第二集電器；和

8、-電池單元封裝件，所述第一電極和所述第二電極被布置在所述電池單元封裝件內(nèi)部并且通過所述電池單元封裝件相對于周圍區(qū)域絕緣，優(yōu)選地以流體密封的方式絕緣，并且所述第一連接導(dǎo)體和所述第二連接導(dǎo)體從所述電池單元封裝件突出。

9、根據(jù)本發(fā)明，特別提供的是，第一連接導(dǎo)體和第二連接導(dǎo)體各自通過絕緣體至少部分地相對于周圍區(qū)域絕緣，優(yōu)選地以流體密封的方式絕緣，其中第一連接導(dǎo)體和第二連接導(dǎo)體的絕緣區(qū)域從電池單元封裝件突出，并且第一連接導(dǎo)體和第二連接導(dǎo)體的相應(yīng)端子區(qū)段不被絕緣體覆蓋。

10、本發(fā)明特別地基于以下構(gòu)思：使電子系統(tǒng)的封裝過程局部化，例如用于可穿戴或可植入系統(tǒng)，以及配置電化學(xué)電池單元的連接導(dǎo)體，使得電子系統(tǒng)的熱封裝可以遠(yuǎn)離電池的溫度敏感部件進(jìn)行，例如通過適當(dāng)長度的連接導(dǎo)體。同時，連接導(dǎo)體至少部分地通過根據(jù)本發(fā)明的絕緣被保護(hù)以防環(huán)境影響，并且特別是以防液體。

11、根據(jù)本發(fā)明的電化學(xué)電池單元可以被配置為主電池和二次電池兩者。根據(jù)本發(fā)明的電化學(xué)電池單元的設(shè)計還允許使用所有已知的陽極材料與相應(yīng)的陰極材料的組合。

12、根據(jù)本發(fā)明的電化學(xué)電池單元的一個實施例，第一連接導(dǎo)體和/或第二連接導(dǎo)體的絕緣體包括塑料材料或基本上由塑料材料組成。根據(jù)一個實施例，這種塑料材料是熱塑性材料，并且優(yōu)選地是液晶聚合物。

13、在本發(fā)明的含義內(nèi)，術(shù)語“液晶聚合物”(或lcp)以本領(lǐng)域技術(shù)人員已知和常用的含義使用。“液晶聚合物”尤其是指芳族聚合物，其在熔融狀態(tài)下或在溶液中具有高度有序的或結(jié)晶的區(qū)域。非限制性示例包括芳族聚酰胺，例如芳族聚酰胺(kevlar)和羥基苯甲酸的芳族聚酯，例如4-羥基苯甲酸和6-羥基萘-2-羧酸的縮聚物(vectran)。

14、依照根據(jù)本發(fā)明的電化學(xué)電池單元的進(jìn)一步的實施例，電池單元封裝件被設(shè)計成袋的形式，該袋特別地被設(shè)計成流體密封的。袋可以由多層層壓體形成，該多層層壓體包括由熱塑性材料(諸如聚丙烯、聚酰胺和/或液晶聚合物)和/或一個或多個金屬箔(例如由鋁制成)制成的多個層，其有利地可以彼此一體地接合，特別是通過粘合劑結(jié)合。代替金屬箔，也可以使用金屬化塑料膜。作為替代方案，袋可以基本上由一種材料制成，特別是熱塑性材料，并且優(yōu)選地由液晶聚合物制成。

15、根據(jù)本發(fā)明的電化學(xué)電池單元的進(jìn)一步的實施例，電池單元封裝件包括塑料材料或基本上由塑料材料組成。根據(jù)一個實施例，這種塑料材料是熱塑性材料，并且優(yōu)選地是液晶聚合物。

16、依照根據(jù)本發(fā)明的電化學(xué)電池單元的另外的實施例，電池單元封裝件和第一和第二連接導(dǎo)體的絕緣體包括液晶聚合物或基本上由液晶聚合物組成。不同的液晶聚合物可以用于電池單元封裝件以及第一連接導(dǎo)體和第二連接導(dǎo)體的絕緣體。然而，有利地，至少類似的液晶聚合物用于絕緣體和電池單元封裝件，即具有類似的性質(zhì)，例如熔化溫度。優(yōu)選地，相同的液晶聚合物用于絕緣體和電池單元封裝件。液晶聚合物尤其具有對水和氣體的滲透性非常低的優(yōu)點。由于液晶聚合物是熱塑性材料，在熱處理過程中接口可能熔化，接口效應(yīng)顯著降低。

17、依照根據(jù)本發(fā)明的電化學(xué)電池單元的另外的實施例，第一集電器由在絕緣塑料材料上的金屬化物形成，絕緣塑料材料特別是熱塑性材料，并且優(yōu)選液晶聚合物。

18、依照根據(jù)本發(fā)明的電化學(xué)電池單元的另外的實施例，第二集電器由在絕緣塑料材料上的金屬化物形成，絕緣塑料材料特別是熱塑性材料，并且優(yōu)選液晶聚合物。

19、依照根據(jù)本發(fā)明的電化學(xué)電池單元的另外的實施例，第一集電器和第二集電器各自通過在絕緣塑料材料、特別是熱塑性材料、并且優(yōu)選液晶聚合物上的金屬化物形成。

20、根據(jù)依據(jù)本發(fā)明的電化學(xué)電池單元的另外的實施例，第一集電器和第一連接導(dǎo)體由第一印刷電路板的第一導(dǎo)體軌跡形成，其中第一印刷電路板包括電絕緣基底，并且第一連接導(dǎo)體的絕緣體至少部分地由第一印刷電路板的基底形成。根據(jù)一個實施例，第一印刷電路板的電絕緣基底包括熱塑性材料或基本上由熱塑性材料組成，并且優(yōu)選液晶聚合物。

21、根據(jù)本發(fā)明的電化學(xué)電池單元的另一實施方式，第二集電器和第二連接導(dǎo)體由第一印刷電路板的第二導(dǎo)體軌跡形成，其中第一導(dǎo)體軌跡和第二導(dǎo)體軌跡彼此電絕緣，并且第二連接導(dǎo)體的絕緣體至少部分地由第一印刷電路板的第一基底形成。

22、依照根據(jù)本發(fā)明的電化學(xué)電池單元的替代實施例，第一集電器和第一連接導(dǎo)體由第一印刷電路板的第一導(dǎo)體軌跡形成，其中第一印刷電路板包括電絕緣基底，并且第一連接導(dǎo)體的絕緣體至少部分地由第一印刷電路板的基底形成，并且第二集電器和第二連接導(dǎo)體由第二印刷電路板的導(dǎo)體軌跡形成，其中第二印刷電路板包括電絕緣基底，并且第二連接導(dǎo)體的絕緣體至少部分地由第二印刷電路板的基底形成。根據(jù)一個實施例，第二印刷電路板的電絕緣基底包括熱塑性材料或基本上由熱塑性材料組成，并且優(yōu)選液晶聚合物。第一印刷電路板的電絕緣基底和第二印刷電路板的電絕緣基底優(yōu)選地包括相同的液晶聚合物。

23、依照根據(jù)本發(fā)明的電化學(xué)電池單元的另外的實施例，電池單元封裝件特別地至少部分地、并且優(yōu)選地基本上完全地由第一印刷電路板的基底形成。根據(jù)一個實施例，第一印刷電路板的基底包括第一區(qū)段和第二區(qū)段，其中第一區(qū)段至少部分地包圍第一導(dǎo)體軌跡，并且第二區(qū)段至少部分地包圍第二導(dǎo)體軌跡，并且第一區(qū)段和第二區(qū)段一體地接合或彼此牢固地結(jié)合，特別是熔化或焊接在一起，優(yōu)選地以流體密封的方式。以這種方式，有利地，電池單元封裝件和第一連接導(dǎo)體和第二連接導(dǎo)體的絕緣都由第一印刷電路板的基底形成。

24、為此目的，例如，最初可以提供包括第一和第二導(dǎo)體軌跡的第一印刷電路板，第一導(dǎo)體軌跡可以部分地涂覆有第一電極活性材料，并且第二導(dǎo)體軌跡可以部分地涂覆有第二電極活性材料，由此形成第一和第二電極。為了封裝，第一印刷電路板或第一印刷電路板的基底然后可以圍繞軸線折疊，使得第一電極和第二電極基本上彼此相對，并且第一連接導(dǎo)體和第二連接導(dǎo)體彼此偏移，其中此后第一印刷電路板在邊緣處與其自身一體地接合或牢固地結(jié)合，特別是熔化或焊接在一起，以便實現(xiàn)特別是流體密封的封裝件。特別地，封裝件可以設(shè)計成袋的形式。此后，各自形成第一連接導(dǎo)體和第二連接導(dǎo)體的第一導(dǎo)體軌跡和第二導(dǎo)體軌跡的相應(yīng)部分可以例如通過激光從基底的材料中移除，以便將第一連接導(dǎo)體和第二連接導(dǎo)體的一部分暴露于周圍區(qū)域。當(dāng)然，根據(jù)本發(fā)明的電化學(xué)電池單元僅在包括至少一種電解質(zhì)和至少一個間隔件的所有必要部件布置在電池單元中時由第一印刷電路板密封或封裝，或者電化學(xué)電池最初僅部分封裝以便至少使得可以添加電解質(zhì)。

25、依照根據(jù)本發(fā)明的電化學(xué)電池單元的替代實施例，電池單元封裝件特別地至少部分地、并且優(yōu)選地基本上完全地由第一印刷電路板的基底和由第二印刷電路板的基底形成。根據(jù)一個實施例，第一印刷電路板的基底包括圍繞第一印刷電路板的導(dǎo)體軌跡的區(qū)段，并且第二印刷電路板的基底包括圍繞第二印制電路板的導(dǎo)體軌跡的區(qū)段，其中第一印刷電路板的前述區(qū)段和第二印刷電路板的前述區(qū)段接合或牢固地彼此結(jié)合，特別是熔化或焊接在一起，優(yōu)選地以流體密封的方式一體。以這種方式，有利地，電池單元封裝件和第一連接導(dǎo)體和第二連接導(dǎo)體的絕緣都由第一印刷電路板的基底和第二印刷電路板的基底形成。

26、為此，例如，第一電極活性材料可以部分地施加到第一印刷電路板的導(dǎo)體軌跡上，并且第二電極活性材料可以部分地施加到第二印刷電路板的導(dǎo)體軌跡上，由此形成第一和第二電極。此后，第一印刷電路板和第二印刷電路板可以相對于彼此布置，使得第一電極和第二電極基本上彼此相對，并且第一連接導(dǎo)體和第二連接導(dǎo)體彼此偏移，其中此后第一印刷電路板和第二印刷電路板在邊緣處一體地接合或牢固地結(jié)合，特別是熔化或焊接在一起，以便實現(xiàn)特別是流體密封的封裝件，其中特別是第一印刷電路板和第二印刷電路板一起可以形成袋。此后，第一印刷電路板和第二印刷電路板的導(dǎo)體軌跡的各自形成第一連接導(dǎo)體和第二連接導(dǎo)體的相應(yīng)部分可以例如借助于激光從基底的材料中移除，以便將第一連接導(dǎo)體和第二連接導(dǎo)體的一部分暴露于周圍區(qū)域。然而，在封裝之前，最初將包括至少一種電解質(zhì)和至少一個間隔件的所有必要部件布置在電池單元中。最初，也可以設(shè)想至少允許添加電解質(zhì)的部分封裝件，以及在添加電解質(zhì)之后的最終封裝件。

27、根據(jù)本發(fā)明的電化學(xué)電池單元的另一個實施例，第一電極的第一電極體包括堿金屬作為電極活性材料，優(yōu)選鋰、鈉或鉀，并且第二電極的第二電極體包括一氟化碳(cfx)、二氧化錳(mno2)、碘(i2)、銀釩氧化物(svo)、銅銀釩氧化物(csvo)、v2o2、tis2、cuo2、cu2s、fes、fes2、ag2o、ag2o2、cuf、ag2cro4、cuo、cu2p2o7、cu4p2o9、cu5p2o10、ag2cu2p2o8、ag2cu3p2o9、銅釩氧化物或其混合物作為電極活性材料。第二電極的第二電極體優(yōu)選包括一氟化碳(cfx)或二氧化錳(mno2)作為電極活性材料。在上述實施例中，根據(jù)本發(fā)明的電化學(xué)電池尤其設(shè)計為主電池。

28、依據(jù)根據(jù)本發(fā)明的電化學(xué)電池單元的另外的實施例，第一電極的第一電極體包括堿金屬作為電極活性材料，優(yōu)選鋰、鈉或鉀，并且第二電極的第二電極體包括鋰鈷氧化物(licoo2)、鋰鎳錳鈷氧化物(licoo2、linio2和limno2的混合氧化物)、鋰鎳鈷鋁氧化物(nca)、鋰錳氧化物(limn2o4)、磷酸鐵鋰(lifepo4)或碳，特別是石墨或硬碳(或非石墨化碳)作為電極活性材料。在該實施例中，根據(jù)本發(fā)明的電化學(xué)電池單元尤其設(shè)計為二次電池。

29、根據(jù)另一個實施例，根據(jù)本發(fā)明的電化學(xué)電池單元還包含電解質(zhì)，優(yōu)選非水性電解質(zhì)。合適的電解質(zhì)包括但不限于非水性的、優(yōu)選非質(zhì)子的溶劑，特別是酯、醚和碳酸二烷基酯，特別是四氫呋喃、乙酸甲酯、二甘醇二甲醚(雙(2-甲氧基乙基)醚)、三甘醇二甲醚(三(2-甲氧基乙基)醚)、四甘醇二甲醚(四(2-甲氧基乙基)醚)、1,2-二甲氧基乙烷、1,2-二乙氧基乙烷、1-乙氧基-2-甲氧基乙烷、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸二丙酯、碳酸甲乙酯、碳酸甲丙酯、碳酸乙丙酯或其混合物，或環(huán)狀碳酸酯、環(huán)狀酯、環(huán)狀酰胺，特別是碳酸亞丙酯、碳酸亞乙酯、碳酸亞丁酯、γ-丁內(nèi)酯、n-甲基吡咯烷酮或其混合物。合適的溶劑還包括極性非水性溶劑，例如乙腈、二甲基亞砜、二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺或其混合物。電解質(zhì)可以液體形式或凝膠形式存在，例如通過混合膠凝劑，例如硅酸。

30、根據(jù)另一個實施例，電解質(zhì)被設(shè)計為固體電解質(zhì)，例如碘化鋰(lii)。

31、根據(jù)另一個實施例，電解質(zhì)包含至少一種導(dǎo)電鹽。在一個實施例中，其中第一電極體包括堿金屬作為電極活性材料，導(dǎo)電鹽優(yōu)選是第一電極(或陽極)的堿金屬的無機(jī)鹽。合適的陰離子包括但不限于pf6-、bf4-、asf6-、sbf6-、clo4-、o2-、alcl4-、gacl4-、scn-、so3(c6f5)-、c(so2cf3)3-、n(so2cf3)2-和so3cf3。在一個實施例中，導(dǎo)電鹽以0.5至2.0mol*l-1的范圍內(nèi)，并且優(yōu)選0.8至1.5，2.0mol*l-1的范圍內(nèi)的濃度存在。

32、根據(jù)另一個實施例，根據(jù)本發(fā)明的電化學(xué)電池單元還包括間隔件，其布置在第一電極和第二電極之間。合適的間隔件包括但不限于非金屬材料，特別是聚合物，例如聚乙烯或聚丙烯，聚酰胺，例如尼龍，或含氟聚合物，例如乙烯-四氟乙烯(etfe)共聚物或聚四氟乙烯(ptfe)。間隔件優(yōu)選以膜的形式設(shè)計并且有利地在組裝根據(jù)本發(fā)明的電化學(xué)電池之前用合適的電解質(zhì)、尤其用根據(jù)上述實施方式的電解質(zhì)潤濕或飽和。

33、根據(jù)權(quán)利要求11，提供了一種組件。該組件包括根據(jù)權(quán)利要求1或其上述實施例之一所述的電化學(xué)電池單元以及電子模塊，其中電子模塊包括模塊基底、模塊導(dǎo)體結(jié)構(gòu)、一個或多個電子模塊部件和模塊封裝件，其中一個或多個電子模塊部件布置在模塊基底上并且導(dǎo)電地連接到模塊導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，并且其中電化學(xué)電池單元的第一連接導(dǎo)體和第二連接導(dǎo)體導(dǎo)電地連接到模塊導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，特別是接合到模塊導(dǎo)體結(jié)構(gòu)。

34、根據(jù)按照本發(fā)明的組件的一個實施例，模塊封裝件至少部分地由模塊基底形成。

35、依照根據(jù)本發(fā)明的組件的另一實施例，模塊基底包括圍繞模塊導(dǎo)體結(jié)構(gòu)和/或一個或多個電子模塊部件的區(qū)段，其中電子模塊還包括覆蓋層，該覆蓋層布置在一個或多個電子模塊部件和/或模塊導(dǎo)體結(jié)構(gòu)上，并且覆蓋層特別是以流體密封的方式一體地接合或牢固地結(jié)合、特別是熔化或焊接到模塊基底的前述區(qū)段，并且其中模塊封裝件至少部分地、并且優(yōu)選地基本上完全地由模塊基底和覆蓋層形成。

36、依照按照本發(fā)明的組件的另一實施方式，模塊基底和/或覆蓋層包括熱塑性聚合物、優(yōu)選地包括液晶聚合物或基本上由熱塑性聚合物組成、優(yōu)選地由液晶聚合物組成。模塊基底和覆蓋層優(yōu)選地包括相同的液晶聚合物。

37、依照根據(jù)本發(fā)明的組件的另外的實施例，模塊基底和電化學(xué)電池單元的第一印刷電路板由共用的或共同的基底形成。

38、根據(jù)權(quán)利要求15，提供了一種裝置，其中該裝置包括根據(jù)權(quán)利要求1或其上述實施例之一所述的電化學(xué)電池單元，或根據(jù)權(quán)利要求11或其實施例之一所述的組件。根據(jù)一個實施例，該裝置被設(shè)計為醫(yī)療裝置，并且優(yōu)選地被設(shè)計為可植入的醫(yī)療裝置。根據(jù)替代實施例，該裝置被設(shè)計為可穿戴裝置或可穿戴裝置。