电化学能量源以及配备有这样的电化学能量源的电子设备制造技术

固态电池将化学能高效地转换为电能，并且可以被用作便携电子设备的能量源。本发明专利技术涉及改进的电化学能量源。本发明专利技术还涉及配备有这样的电化学能量源的电子设备。所述能量源包括通过至少一个柔性元件互连的至少两个单元。此易弯曲元件可以包括导电聚合物或导电橡胶。电极可以配备有空腔（柱、沟道、裂缝、或者孔）。可以将阻挡层淀积在电极与它们的衬底之间。可以在“系统封装”中使用所述能量源。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及改进的电化学能量源。本专利技术还涉及配备有这样的电化学能 量源的电子设备。
技术介绍
本领域中已知基于固态电解质的电化学能量源。这些(平面)能量源、 或者"固态电池"将化学能高效地转换为电能，并且可以被用作便携电子设 备的电源。可以使用小尺寸的这样的电池以将电能供应给例如微电子模块、特别是供应给集成电路UC)。在国际专利申请WO 00/25378中公开了其示 例，其中直接在特定的村底上制造固态薄膜微电池。在此制造工艺期间，随 后将第一电极、中间固态电解质、以及第二电极作为叠层(stack )淀积(deposit) 在衬底上。该衬底可以是平的或者是弯曲的，以实现二维或三维电池叠层。 已知电池的主要缺陷是该电池基本上是刚性的，这在很大程度上限制了已知 电池的适用性。然而，存在对于可伸展且柔性的电源的增长的需要，用于以 高效的方式不仅对诸如可植入设备和家用电器之类的刚性电子设备、而且对 诸如纺织电子设备之类的柔性电子设备供电。本专利技术的目的是提供相对柔性的电化学能量源。
技术实现思路
可以通过提供根据前序部分的电化学能量源来实现此目的，所述电化学 能量源包括多个电化学单元，其中将每个单元淀积在衬底上，每个单元包 括第一电极、第二电极、以及分离所述第一电极和所述第二电极的电解质； 其中通过至少一个柔性元件来互连至少两个单元。将该柔性元件视为用于相 互连接多个单元的柔性互连元件或桥。由于实际上将电化学能量源分割为通 过一个或多个柔性元件相互耦接的基本刚性的单元的阵列，因此所有部分(由 各单元形成)能够彼此独立地移动或者移位，由此产生可伸展并且相对柔性 的能量源。因此，通过由一个或多个柔性元件来互连多个(基本上刚性的)电化学单元，可以获得柔性的单元的组件，可以将该组件有利地应用于很多 种应用。这些可伸展电池的应用领域是其中需要高度柔韧性的应用(并且由 此电源也一样)的应用。满足这些需要的应用是例如纺织电子设备、可洗的 电子设备、需要预成型的电池的应用、电子纸以及便携电子应用的主机。应注意第一电极一般包括阳极，第二电极包括阴极。每个电极一般还 包括集电器。通过集电器，可以将单元容易地连接到电子设备。优选地，集 电器由以下材料中的至少一种制成Al、 Ni、 Pt、 Au、 Ag、 Cu、 Ta、 Ti、 TaN 和TiN。还可以应用诸如优选地掺杂的诸如例如Si、 GaAs、 InP之类的半导 体材料之类的其它类型的集电器。在优选实施例中，通过至少一个柔性元件将每个单元连接到至少一个其 它单元。以此方式，可以由单个柔性组件形成电化学能量源。可以以(线性 的或者非线性的)线、由此以一维的方式来排列各单元。然而，本领域技术 人员还可想到二维地例如根据矩阵来定向各单元。此外，可想到根据三维结 构来一起定向各单元。因此，通过至少一个柔性元件将一个或多个单元同时 连接到多个其它单元通常是优选的。每个柔性元件可以具有被动特性，其意味着柔性元件仅仅适于相互连接 两个(或更多个)电化学单元。然而，优选的是为至少一个柔性元件提供 附加功能、特别是位置选择导通功能。为此目的，至少一个柔性元件包括至 少一个柔性导体，用于连接相邻单元的相应电极。更优选地，每个柔性元件 包括多个柔性导体，用于连接相邻单元的相应电极。以此方式，可以相对高 效的方式来互连所有单元的阳极。这同样适用于所有单元的阴极。可以将导 体嵌入在柔性元件内。互连的其他部分优选地由电绝缘材料制成，以防止阳 极和阴极的短路。导体优选地由柔性材料制成，以保证互连的柔性特性。在 特定的优选实施例中，至少一个柔性导体包括导电聚合物或者导电橡胶。如 今，很多可能的导电聚合物和橡胶可用，可以将其适当地用于互连各电池部 分。预混合热塑性塑料例如制造具有"受控电阻"等级的导电热塑性塑料化 合物。由导电尼龙或者导电的聚酯型聚氨酯组成的这些材料可以制造为具有 从1欧姆-厘米到1.10-11欧姆-厘米范围内的实际上任何电阻率。导电橡胶是 例如由NanoSonic⑧制造的。这些材料是有效的纳米复合材料，其以维持矩阵 的机械属性、同时还利用填料(filler)的导电属性的方式有效地组合矩阵和 填料。结果是在弹性聚合物主干(backbone)中包含适当量的金属的纳米复合材料，这使得该纳米复合材料能够伸展到其尺寸的百分之三百并且然后恢复其原来的形状和导电率。可以清楚的是也可以将其它材料用于充当柔性 导体。互连的最终的绝缘部件优选地由绝缘聚合物或者绝缘橡胶制成。在可替代的优选实施例中，通过至少一个柔性元件互连的多个单元淀积 在单个衬底上。为了保证能量源的足够的柔性，所使用的村底优选地也由柔 性材料(例如杜邦Kaptor^聚酰亚胺膜或者其它聚合物膜)制成。在将每个单 元淀积在独立的衬底上的情况下，还可以使用刚性材料。优选地，将根据本专利技术的能量源的至少一个电极适用于存储下面的元素 中的至少一种或者^皮分配给周期表的组1和组2的任何其它适合的元素的活 性种类氢(H)、锂(Li)、铍(Be)、镁(Mg)、铝(Al)、铜(Cu)、银 (Ag)、钠(Na)和钾(K)。因此，根据本专利技术的能量系统的电化学能量源 可以基于各种插层机制，并且因此适用于形成不同种类的(储备型)电池单 元，例如锂离子电池单元、镍氢电池单元等等。在优选实施例中，至少一个 电极，更具体地电池阳极包括下面的材料中的至少一种C、 Sn、 Ge、 Pb、 Zn、 Bi、 Sb、 Li、以及优选地掺杂的Si。还可以将这些材料的组合用于形成 电极。优选地，将n型或者p型摻杂的Si用作电极，或者像SiGe或SiGeC 那样的掺杂的Si相关的化合物。还可以将其它的适合的材料用作阳极，优选 的是被分配给周期表的组12-16之一的任何其它适合的元素，假如电池电极 的材料适用于插层并且存储上述活性种类。上述材料特别适合应用于基于锂 离子的电池单元。在应用基于氬化物的电池单元的情况下，阳极优选地包括 诸如ABs型的材料、特别是LaNi5以及诸如镁基合金、特别是MgJVx之类 的氢化物形成材料。基于锂离子的单元的阴极优选地包括至少一种基于金属 氧化物的材料，例如LiCo02 、 LiNi02 、 LiMn02或者它们的组合(例如 Li(NiCoMn)02 )。在基于氢化物的能量源的情况下，阴极优选地包括Ni(OH)2 和/或NiM(OH)2,其中M由从例如Cd、 Co、或Bi的组中选择的一个或多个 元素形成。在优选实施例中，将第一电极和第二电极中的至少一个电极至少部分地 形成图案(pattern)。通过将根据本专利技术的电化学能量源的一个电极、优选地 是两个电极形成图案或者对其进行构造，获得三维表面区域，并且由此获得 电极的每占位面积(footprint)增大的表面区域，并且获得至少一个电极与电 解质叠层之间的每体积增大的接触表面。此接触表面的增大导致能量源的增加的额定容量(rate capacity )，并且因此导致根据本专利技术的能量的增加的性能。 以此方式，可以最大化并且由此优化能量源中的功率密度。由于此增加的单 元性能，根据本专利技术的小尺寸的能量源将适于以令人满意的方式为小尺寸的 电子设备供电。此外，由于此增加的性能，将基本增大选择要由根据本专利技术 的电化学能量源供本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电化学能量源，包括：　多个电化学单元，其中将每个单元淀积在衬底上，每个单元包括：　第一电极，　第二电极，以及　分离所述第一电极和所述第二电极的电解质；　其中，通过至少一个柔性元件互连至少两个单元。

【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：M奥沃柯克，RAH尼森，PHL诺滕，
申请(专利权)人：皇家飞利浦电子股份有限公司，
类型：发明
国别省市：NL[荷兰]