薄电池和制造薄电池的方法技术

本发明专利技术的薄电池包括正极材料（７）、负极材料（８）、其间的两个或更多个隔离纸层（１，２，３）、以及电解质。其中一个外部隔离纸层（１）具有在其上施用的正极材料，作为相对侧上的另一外部层的另一隔离纸层（２）具有在其上施用的负极材料。用于制造这样的薄电池的本发明专利技术的方法主要以下列步骤为特征：用电解质溶液润湿隔离纸（１８），在第一隔离纸（１１）上施用正极材料，并在第二隔离纸（１４）上施用负极材料。接着通过将隔离纸（１１、１４、１８）压在一起来合并它们，使得正极和负极材料（７，８）分别在最外面，以便形成分层结构。合并的层接着被切割成期望的尺寸。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及薄电池以及用于制造这样的电池的方法，该薄电池包括正 极材料和负极材料、其间的两个或更多个隔离纸层、以及电解质。背景电池的基本组成部分是端子连接到外部电路的电极、保持电极分开并防止它们短路的隔离物、输送由在电极处发生的化学反应产生的带电离子 的电解质、以及容纳活性化学材料并将电极保持在适当的位置的覆盖物。"湿"电池指原电池，其中电解质是液体形式并被允许在电池外壳内 自由流动。"干"电池是使用固体或粉状电解质的电池。这些类型的电解 质使用空气中的环境湿度来完成化学过程。如果电解质通过某种机制是固 定不动的，例如通过使它凝胶化或通过使用吸收性物质例如纸将它保持在 适当的位置，则具有液体电解质的电池可被分类为"干"电池。今天使用的最一般类型的电池是"干电池"。有很多不同类型的电池， 从相对大的"闪光灯"电池到用于手表或计算器的微型电池。碳/锌干电池使用锌正极、二氧化锰负极和溶解在水中的氯化铵和/或 氯化锌的电解质。电池常常根据在其结构中使用的电解质的类型分类。有三种普通类别酸性、轻度酸性和》威性。电池利用涉及氧化和还原反应(氧化还原反应)的化学反应。在酸性干电池中，还原反应可例如在潮湿浆料中出现在氯化锌 (ZnCl2 )电解质和二氧化锰(Mn02)负极之间。正极反应出现在氯化锌(ZnCl2)电解质和原子锌之间。 负极还原反应为 8Mn02 + 8H+ + 8e- -> 8MnOOH 而正极氧化反应为4Zn + ZnC 12 + 9H20 -> ZnC 12 4ZnO 5 H20 + 8H+ + 8e-以及总的氧化还原反应为8Mn02 + 4Zn + ZnC 12 +9H20 -> 8MnOOH + ZnC 12 4ZnO 5 H20 该干电池"电偶"产生大约1.5伏。所有电池利用类似的程序来产生电；然而，材料和结构的变化产生不 同类型的电池。例如以前在美国专利6,379,836中提出了具有一个或多个隔离纸层的 电池。在美国专利5,157,586和6,104,600中提出了在电极之间有纸片的电 子双层电容器。一种电池类型由分层结构组成，即，所谓的薄膜电池。薄膜电池(术语"薄膜电池"在本文中被理解为"分层结构的电池")设置在电池上)，且柔性电池可通过印刷在纸、塑料或其它类型的薄箔上 而制成。由于其相对小的厚度，薄膜电池的能量储存和载流容量低，然而这些 特性也依赖于其面积，并可制造成足以用于期望的应用。它们具有将其从 传统电池区别开的独特的特性，其实际上对于很多应用来说容量仍然是充 足的。例如薄膜电池作为消费产品和微型应用的电源而有范围广的用途。柔 性膜电池也适合于给智能卡和射频识别(FRID)标签供电。目前已做了大量的工作，以通过解决与电池的制造有关的已知问题来 不断地制造改进的电池，以便减少发生电路短路问题。短路主要出现在边缘上的电极之间的直接接触时，或作为锌腐蚀的结 果，导致包含氧化锌的导电枝状晶体的形成。早些时候的解决短路问题的 解决方案，例如在前面提到的美国专利中提出的解决方案，集中于隔离材 料，例如使其足够密或厚，使得枝状晶体不能透过。在常规电池例如碱性电池中的电池隔离物通常通过使用造纸机来制备，例如在上面的美国专利6,379,836。在这些方法中，隔离层，包括浸 渍了电解质的层，可在造纸阶段被整体地层压，或它们可被分开地制造并 接着直接在其后被层压。因此，通常通过在造纸阶段中将液体浸渍层层压 在一侧或两侧上，通过使用能够合并层的造纸机来执行不同的隔离纸层的整合。除了上面提到的在边缘上的短路问题以外，在传统制造方法中要克服 的另一问题是，当纸片浸渍电解质时纸片变得相当湿，这使电极材料的施 用变得很难。
技术实现思路
克服了上述问题的本专利技术的薄电池包括正极材料、负极材料和其间的 两个或更多个隔离纸层。电池还包括电解质。外部隔离纸层之一具有在其 上作为浆料施用的正极材料，作为相对侧上的外部层的另 一隔离纸层具有 在其上作为浆料施用的负极材料。通过将正极材料和负极材料施用在隔离纸上来制造这样的薄电池的 方法主要以下列步骤为特征用电解质溶液润湿隔离纸，在第一隔离纸上 施用正极材料，在第二隔离纸上施用负极材料，在以上步骤之后通过将隔 离纸压在一起来合并隔离纸，使得正极和负极材料分别在最外面。合并的 隔离纸接着被切割成期望的尺寸。本专利技术的不同实施方式具有从属权利要求的特征。因此，可能有两个隔离纸层或三个或更多隔离纸层。当有三个或更多 隔离纸层时，优选地用电解质溶液润湿中间隔离纸层，但最外面的隔离纸 层也总是包含电解质，因为它们从被润湿的层吸收电解质。电解质溶液包含添加剂，并且它也与正极活性材料和负极活性材料混合，以形成所谓的 正极和负极浆料。电极由正极和负极构成。正极材料由包含正极活性材料以及具有添加 剂的电解质溶液的浆料组成，而负极材料由包含负极活性材料以及具有添 加剂的电解质溶液的浆料组成。用于施用负极浆料和正极浆料的施用方法为涂覆或印刷。在本文中术语"施用"应被清楚地理解成与在现有技术部分中提到的层压的过程无关，层压意指增加固体物质例如木材或织物的连续的层，并 将其与树脂粘结在一起以形成成品。优选地，正极活性材料是锌(Zn),而负极活性材料是二氧化锰 (Mn02 )。电解质溶液优选地包含量为3-10 M、优选地为8 M的作为主要成分 的ZnCl2,以及作为其它成分的添加剂，例如粘合剂。电解质中的添加剂包括粘合剂，以便将电极材料颗粒粘合到浆料。粘 合剂是量为电解质的2-10%、优选地为3-4%的聚乙烯醇(PVA)。导电材料被添加到正极和负极浆料。导电材料可为量为正极浆料的 1-5%、优选地为大约2%或量为负极浆料的5-20%、优选地为大约10%(因 为MN02不是充分导电的)的碳粉，例如石墨粉、烟灰或炭黑或其组合。电极连接到集电层(collector)材料，且整个产品被包裹在封套中。 封套覆盖物可由例如聚丙烯、聚乙烯、聚酯或其它已知的覆盖材料构成。 集电层材料形成为在层外部有连接到外部电路的端子。集电层材料可为导 电性碳墨、碳膜或其它材料，其为了此目的在化学上为惰性的，但为充分 导电的。正极和负极材料可使用不同的方法例如涂覆或印刷来施用在隔离纸上。术语"施用"在本文中意指材料浆料通过涂覆或印刷来施加在基底上。 涂覆和印刷过程通常包括将功能材料的薄膜施用到基底，例如一巻纸、纤维、膜或其它织物。术语"浆料"，在本文中仅仅意指粘性的水基散布的材料。优选地，本专利技术使用涂覆，例如刮涂来施用正极和负极材料。当使用 刮涂时，接着在层的合并之前或之后执行切割步骤，其通过模切执行。接 着通过从外侧刮除而移除多余的正极和负极材料或多余的外部层材料，以 使隔离纸层有比电极的面积更大的面积。当使用其它涂覆方法时，涂覆层 仅仅被切割成期望的尺寸。当通过印刷执行施用时，它通过外部有掩模的辊执行。掩模设计成在 那些构成外部隔离层的纸幅上印刷某些尺寸的区域。在施用了集电层材料之后，通过纵向和横向切割步骤(纵切和横切) 来切割层，以形成产品，其中隔离纸层具有比正极和负极材料的面积大的 面积，或其中中间隔离纸层具有比外部涂覆的或印刷的隔离纸层大的面积。本专利技术的方法实现了对这样一种产品的制本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种薄电池，其包括正极材料、负极材料、所述正极材料和所述负极材料间的两个或更多个隔离纸层（１，２，３）、以及电解质，所述薄电池特征在于，外部隔离纸层（１，２，３）中的一个隔离纸层（１）具有在其上作为浆料施用的正极材料，作为相对侧上的另一外部层的另一隔离纸层（２）具有在其上作为浆料施用的负极材料。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：张霞昌，
申请(专利权)人：恩福塞尔公司，
类型：发明
国别省市：FI[芬兰]