本发明专利技术电池类型的电化学装置包括：由至少一个单元电池形成的所谓的单元堆叠(2)；至少部分由导电材料制成的、设置在单元堆叠第一正面(12)附近的电连接支撑件(5)；使电连接支撑件(5)的两个远端区域(56，57)彼此绝缘的电绝缘构件(53，54)；使单元堆叠的第一侧面(23)电连接到电连接支撑件(5)的阳极接触构件(30)；使单元堆叠的与第一侧面相对的第二侧面(24)电连接到电连接支撑件(5)的阴极接触构件(40)；封装系统(7)，覆盖单元堆叠的另一正面(11)、阳极接触构件、阴极接触构件，且至少部分地覆盖电连接支撑件(5)的面向单元堆叠的面(51)；机械加强系统(8)，覆盖与所述电连接支撑件(5)相对的封装系统。件(5)相对的封装系统。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】包括改进的密封构件的电池类型电化学装置和其制造方法
[0001]本专利技术涉及电池类型的电化学装置。所述电化学装置尤其可以应用于锂离子电池。本专利技术涉及新型电池架构，所述架构使电池具有改进的不可渗透密封属性。本专利技术进一步涉及用于制造这类电池的方法。
技术介绍
[0002]某些类型的电池，尤其是某些类型的薄膜电池，需要进行封装以具有较长的寿命，因为气相中的氧气和水(H2O)会导致其降解。尤其是锂离子电池对气相中的水非常敏感。市场要求产品寿命超过10年；因此，必须提供封装以保证此寿命。
[0003]薄膜锂离子电池是多层堆叠，包括通常在约一μm到约十μm厚之间的电极层和电解质层。所述层可包括多个单元电池的堆叠。这些固态薄膜锂离子电池通常使用具有锂金属层的阳极。
[0004]锂离子电池的活性材料对空气非常敏感，尤其是对气相中的水非常敏感。移动锂离子与微量水自发地反应以形成LiOH，从而导致电池的日历老化。所有锂离子导电电解质和插入材料对水分不具有反应性。举例来说，当与大气或微量水接触时，Li4Ti5O
12
不会劣化。相比之下，一旦以Li
4+x
Ti5O
12
形式填充锂，其中x>0，所插入的锂过剩量(x)对大气敏感且与微量水自发地反应以形成LiOH。反应后的锂因此不再可用于储存电力，从而导致电池的容量损失。
[0005]为了防止锂离子电池的活性材料暴露于空气和水，并且为了防止这种类型的老化，必须用封装系统保护电池。文献中描述了大量用于薄膜电池的封装系统。
[0006]第2002/0071989号美国专利文献描述用于固态薄膜电池的封装系统，所述系统包括以下的堆叠：选自氧化铝(Al2O3)、二氧化硅(SiO2)、氮化硅(Si3N4)、碳化硅(SiC)、氧化钽(Ta2O5)和非晶碳的电介质材料的第一层，电介质材料的第二层和安置于第二层上并覆盖整个电池的不可渗透的密封层。
[0007]第5561004号美国专利文献描述用于保护薄膜锂离子电池的多个系统。第一种提议的系统包括聚对二甲苯层，所述层覆盖有沉积在电池活性组件上的铝膜。然而，这种防止空气和水蒸气扩散的系统仅在大约一个月内有效。第二种提议的系统包括聚对二甲苯(500μm厚)和金属(约50μm厚)的交替层。所述文献指出，最好再次用紫外线固化(UV固化)环氧涂层涂布这些电池，以降低大气元素降解电池的速度。
[0008]还参考由申请人申请的法国专利文献FR
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3068830，其描述电化学装置的典型布置。如本文献中所描述，此类装置包括单元堆叠，其中每一单元包括阳极集电基板和相应的阴极集电基板、阳极层和相应的阴极层，以及至少一层电解质材料层或浸渍电解质的隔离层。阳极触点和相应的阴极触点设置在所述堆叠的相对侧面上。
[0009]最后，参考国际专利文献WO
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A
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2016/025067，该文献描述了堆叠搁置在已制备孔口的基板上的电池。这些孔口允许接收分别连接到阳极和阴极的导电部件。与基板相对地设置聚合物层和外部不可渗透的密封层。本文献主要在不可渗透性方面并没有提供令人满
意的解决方案。更具体地说，外层并不令人满意地产生其所需的阻隔功能。此外，此气密性密封层位于外部上，使得所述密封层易碎且容易劣化。因此，本文献在机械刚度方面也没有提供令人满意的教导。
[0010]根据现有技术，大多数锂离子电池被封装在围绕电池单元进行封闭的金属化聚合物箔(称为“袋”)中，并在连接器极耳处进行热密封。这些包装相对灵活，且因此将电池的正极和负极连接嵌入用于密封电池周围包装的热密封聚合物中。然而，聚合物箔之间的这种焊接对于大气气体来说不是完全不可渗透的，因为用于热密封电池的聚合物对于大气气体来说是相对可渗透的。渗透率随温度升高而增加，这会加速老化。
[0011]然而，暴露于大气的这些焊接的表面积仍然极小，并且封装的其余部分由夹置于这些聚合物箔之间的铝箔形成。一般来说，组合两个铝箔以最小化孔的存在的影响，这些孔在这些铝箔中的每一个铝箔中构成缺陷。每条带上出现两个缺陷对准的概率极大降低。
[0012]这些封装技术保证在正常使用条件下，10
×
20cm2表面积的10Ah电池的日历寿命为约10到15年。如果电池暴露在高温下，则电池寿命会缩短至5年以下，这对于许多应用来说是不够的。类似技术可用于其它电子组件，例如电容器和有源组件。
[0013]因此，需要用于封装薄膜电池和其它电子组件的系统和方法，以保护组件免受空气、水分和温度的影响。尤其是需要用于封装薄膜锂离子电池以保护其免受气相中的空气和水影响以及在电池经历充电和放电循环时免于劣化的系统和方法。封装系统必须是不可渗透且气密密封的，必须完全封闭并覆盖组件或电池，必须足够灵活，以适应电池单元尺寸的微小变化(“呼吸效应(respirations)”)，并且它还必须实现极性相反的电极边缘电隔离，以防任何爬电短路。
[0014]本专利技术的一个目的是至少部分克服现有技术的前述缺点。
[0015]本专利技术旨在至少部分克服现有技术的前述缺点中的一些。
[0016]本专利技术尤其旨在增加具有高能量密度和高功率密度的可再充电电池的产量，且以较低成本制备更高效的封装。
[0017]本专利技术进一步旨在提出一种电池类型的电化学装置，所述装置可容易地与能量消耗装置相关联，同时提供对例如O2和H2O等气体的尤其令人满意的保护。
[0018]本专利技术尤其旨在提出一种降低短路的风险且能制造具有低自放电速率的电池的方法。
[0019]本专利技术尤其旨在提出一种能以简单、可靠且快速的方式制造具有极长寿命的电池的方法。
[0020]本专利技术进一步旨在提出一种方法，所述方法使用比现有技术中使用的更高质量的切割步骤。
[0021]本专利技术进一步旨在提出一种增强封装阶段和封装自身的方法，所述方法在最终电池的制备期间进行。
[0022]本专利技术进一步旨在提出一种用于制造产生较小材料损失的电池的方法。
技术实现思路
[0023]根据所附权利要求，以上目的中的至少一个通过电池类型的电化学装置、所述装置的制造方法以及包括此电化学装置的电能消耗装置实现。
[0024]本专利技术的第一目的为电池(batterie)类型的电化学装置，所述装置包括：
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所谓的单元堆叠(2)，其由至少一个单元电池(cellule
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mentaire)形成，每一单元电池依次包括至少一个阳极集电基板、至少一个阳极层、至少一层电解质材料层或浸渍电解质的隔离层、至少一个阴极层和至少一个阴极集电基板，
[0026]所述单元堆叠界定六个面，即，两个彼此相对的所谓正面(21和22)，其大体上平行于阳极层、电解质材料层和阴极层，以及彼此成对相对的，尤其是彼此成对平行的，四个所谓的侧面(23到26)，...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种电池类型的电化学装置，包括：
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所谓的单元堆叠(2)，其由至少一个单元电池形成，每一单元电池依次包括至少一个阳极集电基板、至少一个阳极层、至少一层电解质材料层或浸渍电解质的隔离层、至少一个阴极层和至少一个阴极集电基板，所述单元堆叠界定六个面，即，两个彼此相对的所谓正面(21和22)，其大体上平行于所述阳极层、所述电解质材料层和所述阴极层，以及彼此成对相对的，尤其是彼此成对平行的，四个所谓的侧面(23到26)，
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阳极接触构件(30)，
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阴极接触构件(40)，
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密封构件(7)，其能够保护所述堆叠，其特征在于，该装置进一步包括：
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电连接支撑件(5)，其至少部分由导电材料制成，设置在所述单元堆叠的第一正面(12)附近，
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电绝缘构件(53，54)，使得所述电连接支撑件(5)的两个远端区域(56，57)能够彼此绝缘，所述阳极接触构件(30)允许所述单元堆叠的第一侧面(23)电连接到所述电连接支撑件(5)，以及所述阴极接触构件(40)允许所述单元堆叠的与所述第一侧面相对的第二侧面(24)电连接到所述电连接支撑件(5)。2.根据前一权利要求所述的装置，其中所述不可渗透密封构件包括封装系统(7)。3.根据前一权利要求所述的装置，其中所述封装系统(7)覆盖所述单元堆叠的另一正面(11)、所述阳极接触构件、所述阴极接触构件，且至少部分地覆盖所述电连接支撑件(5)的面向所述单位堆叠的面(51)。4.根据权利要求2或3所述的装置，其中所述封装系统覆盖所述单元堆叠的相对的正面，以及所述堆叠的未被所述阳极接触构件和所述阴极接触构件覆盖的侧面，所述封装系统进一步任选地占据所述电绝缘构件(53，54)的全部或部分以及将所述支撑件与所述单元堆叠的第一正面分离的中间空间。5.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中所述不可渗透密封构件包括所述阳极接触构件和/或所述阴极接触构件。6.根据权利要求4和5所述的装置，其中所述密封构件一方面包括覆盖所述堆叠的两个第一侧面的所述接触构件，且另一方面包括覆盖所述堆叠的另两个侧面以及所述堆叠的两个正面的封装系统。7.根据权利要求2至6中任一项所述的装置，进一步包括机械加强系统(8)，其覆盖与所述电连接支撑件(5)相对的所述封装系统。8.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中所述电连接支撑件是单层类型的，特别是金属网格或硅夹层。9.根据前一权利要求所述的装置，其中所述电绝缘构件包括在所述单层类型的电连接支撑件中形成的一个或多个自由空间，这些自由空间能够是空的或填充电绝缘材料的，所述电连接支撑件的远端连接区域放置在这些自由空间的任一侧上。
10.根据前一权利要求所述的装置，其中所述电连接支撑件包括在设置所述远端连接区域的任一侧上的单个自由空间。11.根据权利要求9所述的装置，其中所述支撑件包括两个自由空间，在所述自由空间之间设置所述电连接支撑件的中心底板。12.根据权利要求1至7中任一项所述的装置，其中所述电连接支撑件是多层类型的且包括一个安置在另一个下方的多个层，该支撑件尤其是印刷电路板类型的。13.根据前一权利要求所述的装置，其中多层支撑件的每一层包括至少一个导电区和至少一个绝缘区，不同层的所述导电区形成能够分别将所述阳极接触构件和所述阴极接触构件连接到所述支撑件的与所述堆叠相对的面的电连接路径，而所述绝缘区形成所述电绝缘构件。14.根据权利要求2至13中任一项所述的装置，其中所述封装系统选自：
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【专利技术属性】
技术研发人员：F，
申请(专利权)人：ITEN公司，
类型：发明
国别省市：
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