具有嵌入的IC和电化学电池的卡制造技术

ＩＣ卡，包括至少一层塑料层（９１５）、嵌入在塑料层（９１５）内的电池（８６５）和至少一个电子器件（９８０）。电池（８６５）与电子器件（９８０）电连接，以给器件（９８０）供电。电池（８６５）包含阳极、阴极和置于阳极和阴极之间的至少一个聚合物基电解质（ＰＭＥ）隔膜。ＰＭＥ隔膜包含相互混合的聚酰亚胺、至少一种锂盐和至少一种溶剂。ＰＭＥ是基本光学透明的，并且对于高温和高压如通常用于热压加工或注射成型的加工条件稳定。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有嵌入的IC和电化学电池的卡
本专利技术主要涉及包含嵌入式电池的卡，所述嵌入式电池在内部与同样嵌入卡内的电子器件连接。
技术介绍
最近，对于包含电子器件如集成电路(IC)的信息卡的需求日益增长。IC可以提供如检索、处理、传递和存储信息的功能。这种卡通常称作“智能卡”，在广泛领域内具有潜在应用，包括商业、运输、通信、认证和安全领域。已知将电池引入卡中为内部电路提供电源。将电池引入到IC卡内允许存储更大量的数据，还允许提高处理能力。由于对于大多数应用来说难以在一般信用卡的有限空间内提供所需能量，因此理想的是使用具有最高能量密度的电池类型。锂电池由于其高能量密度而被引入市场。锂在元素周期表上原子序数为3，在所有固体材料中具有最小的原子量和最高的能量密度。因此，锂是电池的优选材料，具有非常高的能量密度。锂电池是理想的选择，还因为与Ni-Cd和Ni-MH电池约1.5V的单位电池电压相比，锂电池具有至多约4.2V的高单位电池电压。具有固体聚合物电解质的锂电池代表对具有液体电解质的锂电池的演变替代。固体聚合物电极通常是凝胶型电解质，在聚合物的孔隙中捕获溶剂和盐以提供离子导电的介质。典型的聚合物电解质包括聚环氧乙烷(PEO)、聚醚基聚合物和其他形成为凝胶的聚合物如聚丙烯腈(PAN)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)和聚偏氟乙烯(PVDF)。聚合物电解质通常用作隔膜，插在电池的阴极和阳极膜之间。金属锂聚合物(LMP)可充电电池提供与Li离子电池相比改善的性能，尤其是更高的容量。LMP电池由三种主要的薄膜层压/组装而形成，所述三种主要的薄膜是：包含聚合物和电化学活性物质如锂钒氧化物的混合物的正极膜、由聚合物和锂盐制得-->的电解质膜隔膜以及包含金属锂或锂合金的负极膜。不幸的是，包括金属锂或锂离子电池的传统电池缺乏对于经受信用卡加工条件的稳定性，所述信用卡加工条件可包括125-140℃的温度、200-250psi的压力和5-15分钟的保持时间。经受上述卡层压条件的传统电池通常灾难性地失效或者工作参数发生很大变化而使它们不具实际用途。结果，虽然已将电池置于信用卡内部，但是使用了低温胶来将电池和卡粘合起来。
技术实现思路
IC卡包含至少一层塑料层、嵌入塑料层中的电池和至少一种电子器件。所述电池电连接至电子器件，从而为电子器件供电。所述电池包括阳极、阴极和置于阳极和阴极之间的至少一层聚合物基电解质(PME)隔膜。所述PME隔膜包含相互混合的聚酰亚胺、至少一种锂盐和至少一种溶剂。锂盐浓度优选为至少0.5摩尔锂每摩尔酰亚胺环，所述酰亚胺环由所述聚酰亚胺提供。所述PME是基本光学透明的。用于本文时，与PME相关的术语“基本光学透明”是指通过以540nm的光对1密耳厚的标准膜进行标准浊度测试而测得材料为至少90％透明的(透光的)，优选至少95％，最优选为99％透明的。PME的高光学透明度证实包含各组分(聚酰亚胺、盐和溶剂)的PME的均相性，因为任何明显的相分离都将会降低光学透明度。阳极可以包含锂离子嵌入物质或金属锂包括金属锂合金。聚酰亚胺每酰亚胺环的重复单元重量可以不超过350、不超过300或不超过250。聚酰亚胺在25℃可溶于选自N-甲基吡咯烷酮(NMP)、二甲基乙酰胺(DMAc)和二甲基甲酰胺(DMF)的至少一种溶剂。25℃时PME的离子电导率为至少1×10-4S/cm，并且优选为至少3×10-4S/cm。Li盐可选自多种盐。例如可以使用LiCl、LiBr、LiI、LiClO4、LiBF4、LiAsF6、LiPF6、LiCF3SO3、LiBOB、LiN(CF3SO2)2和二(三氟磺酰基)酰亚胺锂(LiTFSI)。阴极可包含与嵌入物质混合的离子导电聚合物粘合剂。在该实施方案中，聚合物粘合剂可包含至少一种聚酰亚胺，包括与PME中相同的聚酰亚胺。在至少250psi的压力下，于125℃加热至少5分钟之后，所述电池的开路电压-->(OCV)或容量可不表现出显著变化。本文中，在给定的热和/或压力循环之后，“开路电压(OCV)或容量没有显著变化”这一短语是指电池的开路电压和容量的变化不大于15％、优选小于10％、更优选小于5％。例如，在经过压力为220psi、温度为140℃保持15分钟的典型信用卡层压加工之后，发现具有包含锂钒氧化物的阴极的金属锂电池的OCV变化1.4％，容量也出现同样小的下降。而且，利用PME形成的电池十分柔软并且可以超过ISO标准ISO/IEC10373和14443。所述电池可以是原电池或二次电池。所述电池优选为双单元电池(bicell)。IC卡可以利用包含围绕所述电池的封装材料的封装以形成密封式电池，所述封装材料通过内部粘合剂层压粘合至所述电池的所有外表面。在另一实施方案中，包括封装材料的封装围绕电池，并且使用具有开口以适应其内部电池的框架来形成密封式电池，其中电池置于开口内部。该实施方案提供高度平坦的电池，如整体的厚度均匀性在±1密耳范围内。IC卡可以包含置于密封式电池和塑料层之间的外部粘合剂，以粘合所述密封式电池和塑料层，其中外部粘合剂在至少100℃的温度下活化。内部粘合剂可以用来密封电池，其中内部粘合剂的活化温度低于外部粘合剂的活化温度。IC卡可以具有整体±1密耳范围内的厚度均匀性。另外，IC卡可以符合根据ISO标准ISO/IEC 10373和14443的弯曲、挠曲和扭转的ISO测试标准，而不导致任何视觉上可察觉的分层。形成包含嵌入式电子器件的卡的方法包括以下步骤：提供包含阳极、阴极和至少一个置于阳极和阴极之间的聚合物基电解质(PME)隔膜的电池。PME隔膜包含相互混合的聚酰亚胺、至少一种锂盐和至少一种溶剂，所述PME为基本光学透明的。电池和至少一个电子器件嵌入至少一层塑料层中，所述电池电连接至电子器件。嵌入方法可以是层压方法，其中对于层压方法采用在至少200psi的压力下于至少110℃的温度下进行5分钟，经过该层压工艺，电池开路电压或容量的变化小于10％。在至少230psi的压力下，层压温度可以为至少130℃并保持至少10分钟，经过该层压工艺，电池开路电压或容量的变化还是小于10％。嵌入方法可以包括注射成型方法，在经过温度为至少200℃、压力为至少1000psi-->的注射成型加工之后，电池开路电压或容量的变化小于10％。注射成型温度可以是至少250℃，压力可以是至少5000psi，经过该注射成型加工，电池开路电压或容量的变化小于10％。电池可以通过仅层压两层而形成。在本专利技术该实施方案中，第一层是置于阴极上的PME，第二层是阳极。附图说明结合附图阅读下面的详细描述，将会更全面地理解本专利技术及其特征和优点，其中：图1(a)-(m)描述根据本专利技术实施方案的几种合适的聚酰亚胺的重复单元结构。图2是描述根据本专利技术实施方案包含图1(m)中所示聚酰亚胺、锂盐LiTFSi(2.2x)和溶剂γ-丁内酯(GBL)的PME在20.5℃时的离子电导率和所得膜的组成的表。图3(a)-(d)是包含图1(m)中所示聚酰亚胺和锂盐LiTFSi(2.2x)的PME的离子电导率分别与溶剂TMS、PC、GBL和NMP的溶剂量和温度的函数关系曲线。图4是20℃时包含图1(m)中所示聚酰亚胺和锂盐(LiTFSi；2.2x)的PME的离子电导本文档来自技高网...

【技术保护点】
ＩＣ卡，包含：至少一层塑料层；嵌入在所述塑料层内的电池和至少一个电子器件，所述电池电连接至所述电子器件，以给所述电子器件供电；所述电池包含：阳极；阴极；和至少一个置于所述阳极和所述阴极之间的聚合物基电 解质（ＰＭＥ）隔膜，所述ＰＭＥ隔膜包含相互混合的聚酰亚胺、至少一种锂盐和至少一种溶剂，所述ＰＭＥ基本光学透明。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 2003-5-13 10/437,5461.IC卡，包含：至少一层塑料层；嵌入在所述塑料层内的电池和至少一个电子器件，所述电池电连接至所述电子器件，以给所述电子器件供电；所述电池包含：阳极；阴极；和至少一个置于所述阳极和所述阴极之间的聚合物基电解质(PME)隔膜，所述PME隔膜包含相互混合的聚酰亚胺、至少一种锂盐和至少一种溶剂，所述PME基本光学透明。2.权利要求1的IC卡，其中所述阳极包含锂离子嵌入物质、金属锂或金属锂合金。3.权利要求1的IC卡，其中所述聚酰亚胺每酰亚胺环的重复单元重量不超过350。4.权利要求1的IC卡，其中所述聚酰亚胺每酰亚胺环的重复单元重量不超过300。5.权利要求1的IC卡，其中所述聚酰亚胺每酰亚胺环的重复单元重量不超过250。6.权利要求1的IC卡，其中所述聚酰亚胺在25℃时可溶于选自N-甲基吡咯烷酮(NMP)、二甲基乙酰胺(DMAc)以及二甲基甲酰胺(DMF)的至少一种溶剂。7.权利要求1的IC卡，其中所述PME的离子电导率在25℃时为至少1×10-4S/cm。8.权利要求1的IC卡，其中所述PME的离子电导率在25℃时为至少3×10-4S/cm。9.权利要求1的IC卡，其中所述锂盐为选自LiCl、LiBr、LiI、LiClO4、LiBF4、-->LiAsF6、LiPF6、LiCF3SO3、LiBOB和LiN(CF3SO2)2中的至少一种。10.权利要求1的IC卡，其中所述锂盐的浓度为至少0.5摩尔锂每摩尔酰亚胺环，所述酰亚胺环由所述聚酰亚胺提供。11.权利要求1的IC卡，其中所述阴极包含与嵌入物质混合的离子导电聚合物粘合剂。12.权利要求11的IC卡，其中所述聚合物粘合剂包含至少一种聚酰亚胺。13.权利要求1的IC卡，其中所述电池在至少200psi的压力下、于110℃加热至少5分钟后，OCV和容量没有显著变化。14.权利要求1的IC卡，其中所述电池在至少200psi的压力下、于125℃加热至少5分钟后，OCV和容量没有显著变化。15.权利要求1的IC卡，其中所述电池在至少250psi的压力下、于140℃加热至少10分钟后，OCV和容量没有显著变化。16.权利要求1的IC卡，其中所述电池在至少125psi的压力下、于110℃加热后，开路电压和容量的变化小于15％。17.权利要求1的IC卡，其中所述电池在至少1,000psi的压力下、于至少200℃加热注射成型后，开路电压和容量的变化小于15％。18.权利要求1的IC卡，其中所述电池是原电池。19.权利要求1的IC卡，其中所述电池是二次电池。20.权利要求1的IC卡，其中所述电池是双单元电池。21.权利要求1的IC卡，还包含含有围绕所述电池的封装材料的封装，以形成密封式电池。22.权利要求1的IC卡，还包含含有围绕所述电池的封装材料的封装，以形成密封式电池，所述封装材料层压至所述电池的所有外表面。23.权利要求1的IC卡，还包含含有围绕所述电池的封装材料的封装，以形成密封式电池，其中外部粘合剂置于密封式电池和材料层之间，以粘合所述密封式电池-->和塑料层。24.权利要求1的IC卡，还包含含有围绕所述电池的封装材料的封装，并且还包含具有开口以适应其内部所述电池的框架，以形成密封式电池，其中所述电池置于所述开口内部。25.权利要求20的IC卡，其中所述密封式电池提供整体±1密耳范围内的厚度均匀性。26.权利要求21的IC卡，还包含置于所述密封式电池和所述塑料层之间的外部粘合剂，以粘合所述密封式电池和所述塑料层，其中所述外部粘合剂在至少100℃的温度下起作...

【专利技术属性】
技术研发人员：格伦C温斯利，斯科特古斯塔夫森，克雷格R内尔森，
申请(专利权)人：瑟利寇公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]