專利名稱：原電池的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種具有至少一個正電極和至少一個負電極的原電池以及一種用于制造這種原電池的方法。
背景技術：
原電池和電池在不同的實施中是公知的。對此還有所謂的印刷電池，其中功能部分、特別是電極和印制導線被印到相應的襯底上。在常規(guī)的印刷電池中，泄電器(Ableiter)位于不同的層面中。有兩個集電極層面、 兩個電極層面和一個分離器層面。這種電池在US 4，119，770中有所記載。電池單元被構造為不同部件的堆垛(Stapel)，其中電流泄漏器位于電池單元的上側或下側。多個電池單元被堆垛成電池。在此下面電池單元的負極與上面電池單元的正極自動連接。在US 4，195，121中描述了柔性電極。所述電極由活性材料、導電材料和有機粘結劑組成。作為粘結劑建議乙烯-丙稀酸。在JP 60155866中披露了另一種電池單兀。這種電池單兀每個都包括一個具有被層壓的陽極或陰極的泄電器。在纖維網中凝膠化的電解質位于其間。稠化劑是羥乙基纖維素。US 4，623，598說明了一種用于扁電池的接觸裝置。外殼膜由分成兩半的導電層和位于外部的絕緣層組成。通過絕緣層中的兩個窗使導電層的一部分或另一部分連接。該外殼膜圍繞電極堆垛如此被安裝，使得導電膜的一部分接觸陽極，另一部分接觸陰極。US 5，652，043描述了一種具有水電解質的開口式電池單元。由吸濕性材料、離子導電的物質和可溶于水的聚合物組成的電解質位于電極之間，所述聚合物通過粘接作用固住電極。所述電池單元在通常的氣候條件下不會變干。此外可能產生的氣體可以被排放到環(huán)境中，由此防止電池單元膨脹。US 5，897，522說明了在US 5，652，043中所述的扁電池單元在諸如計時器、注入器(Infusor)、溫度計、糖傳感器和電子游戲機的不同薄設備中的使用。在WO 0062365中描述了對扁電池的進一步改進。這里實施到電池中或電池上的芯片改善了功能性。該芯片通過DC/DC轉換器補償電壓波動。所有所提及的構造都具有傳統(tǒng)的堆垛結構，其中功能層(通常為五層)上下疊置。

發(fā)明內容
因此本發(fā)明提出以下任務對已有的原電池(galvanisches Element)和電池的構造加以改進。特別是應該提供盡可能薄的或扁的電池，所述電池具有盡可能簡單的結構。在此相應的電池也應該可以盡可能簡單地予以制造。
該任務通過具有權利要求1的特征的原電池和具有權利要求16的特征的方法得以實現(xiàn)。該原電池或該方法的優(yōu)選實施形式在從屬權利要求2至15或從屬權利要求17中述及。因此通過參考說明書的內容來作出所有權利要求的條文。在本發(fā)明的原電池中，至少一個正的和至少一個負的電極并排布置在不導電的平面襯底上并且通過離子導電的電解質相互連接。平面襯底優(yōu)選地是膜，其中進一步優(yōu)選使用塑料膜。通過并排布置正的和負的電極，原電池的功能部分基本上被上下疊置在三個層面中。在此是不導電的平面襯底、布置在該襯底上的電極和離子導電的電解質，所述電解質相互連接并且在此至少部分地覆蓋兩個電極。因此可以實現(xiàn)原電池的在總計非常扁且薄的構造。在該考察中，電極的層面被理解為平面，其中電極在其方面當然可由不同的部分構成，例如由相應的泄電器/集電極以及活性電極材料構成。這在下面還將更詳細地予以闡述。在通常情況下，正的和負的電極只布置在平面襯底的一側，這同樣在下面還將予以說明。然而根據(jù)本發(fā)明，同樣也可以將正的和負的電極布置在平面襯底的兩側，以便通過 這種方式實現(xiàn)原電池的相應其它構造。但在此根據(jù)本發(fā)明決定性是使正的和負的電極并排布置(且并非在不同層面中上下疊置)。在改進方案中，本發(fā)明的原電池具有印制導線，所述印制導線用作泄電器/集電極并且合理地和優(yōu)選地布置在平面襯底和原本的電極或(電化學的)活性電極材料之間。所述印制導線可以以不同的方式來實現(xiàn)。因此一方面可能和優(yōu)選的是，使用導電膜、特別是金屬膜作為這種印制導線。另一方面，印制導線優(yōu)選地可以是薄的金屬層，所述薄的金屬層可借助于通常的金屬化方法被施加到襯底上。最后作為特別優(yōu)選的變型方案還要強調，印制導線作為可印刷的糊劑被施加到襯底上。這種糊劑也可以是通常所謂的導電粘接劑。在本發(fā)明原電池的優(yōu)選實施形式中，電極或電極材料自身作為可印刷的糊劑被施加到襯底上。通過該變型方案可以特別良好地實現(xiàn)本發(fā)明的已述優(yōu)點。相應的糊劑可以比較簡單地采用標準方法被施加到相應的襯底上，而且恰恰也作為薄的層，這根據(jù)本發(fā)明是優(yōu)選的。在本發(fā)明的原電池中，正的和負的電極布置在一個層面中，然而在空間上相互分隔。正的與負的電極的電連接僅僅通過離子導電的電解質來實現(xiàn)。在這種布置中，一方面絕對必要的是，正的和負的電極不接觸。另一方面合理的是，不使兩個電極之間的間隔選得過大，以確保盡可能節(jié)省空間的構造。與此對應地，如果將至少一個正的和至少一個負的電極以I Pm至IOmm的相互間隔布置在襯底上，則在本發(fā)明中是優(yōu)選的。在該范圍內，IOOiim和Imm之間的間隔是優(yōu)選的。根據(jù)本發(fā)明，如果使用凝膠狀電解質作為離子導電的電解質，則同樣是優(yōu)選的。采用這種電解質可以特別簡單地實現(xiàn)平面構造、特別是薄的平面構造。為了給予凝膠狀電解質改善的機械穩(wěn)定性，根據(jù)本發(fā)明，如果使電解質固定或者穩(wěn)定在纖維網(Vlies)中，則是進一步優(yōu)選的。在改進方案中，電解質根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選地作為層、特別是薄層而存在。必須如此布置該層，使得該層確保在正電極和負電極之間的必需的導電性。在此，電解質在這些情況下通常至少部分地覆蓋電極，以便提供足夠的導電性。在此，如果電解質或電解質層完全覆蓋正的和負的電極或者尤其甚至超出相應的電極面，則是進一步優(yōu)選的。電解質層的這種布置也可以在制造技術上以簡單的方式實現(xiàn)。
在改進方案中，在本發(fā)明的原電池中可以設有另一塑料膜，該塑料膜(基于開頭所述的由三個層面組成的層結構)布置在電解質的層面上方并因此至少部分地覆蓋電解質和/或電極。這里如果完全覆蓋電解質和電極，則也是優(yōu)選的。所述另一塑料膜一方面對電解質/電極具有保護功能，以保護所述電解質/電極免受機械損傷或所不希望的物質進入或氣候影響，另一方面該另一塑料膜總計給予原電池改善的機械穩(wěn)定性。在具有另一塑料膜的這種構造中，如果該塑料膜與襯底一起形成一種外殼，所述外殼密封地包圍電解質和電極。這還將結合附圖加以更詳細的說明。作為該另一塑料膜的替代方案，也可以以其它方式實現(xiàn)相應的保護或相應的穩(wěn)定化，例如通過在電解質的層面上施加、優(yōu)選地印上膜或相應的層。該層通常也由塑料構成，即至少基于聚合物。
如果在不導電的平面襯底上布置多個、尤其是大量正的和的負電極，則存在本發(fā)明原電池的一種特別優(yōu)選的變形方案。合理地特別是成對地實現(xiàn)該布置，即分別一個正的和分別一個負的電極成對地并排布置。通過這種方式可使多個或者許多(具有正的和負的電極)單個電池單元相互連接。這種觀點以后還將結合附圖更加詳細地說明。在最后提及的優(yōu)選實施形式中，襯底特別是具有印制導線，其中布置在襯底上的電極(即多個或者大量電極)通過所述印制導線以串聯(lián)和/或并聯(lián)電路的形式連接。關于這些印制導線的施加可參閱和參考結合泄電器/集電極所作的以上說明。如上所述，用于制造原電池的本發(fā)明方法的特征在于，將電極或形成電極的功能部分施加到用作襯底的無限帶上。通過這種方式可以制造大量分別具有正的和負的電極的單個電池單元，其中必要時可以將用于(以串聯(lián)或者并聯(lián)方式)連接所述單個電池單元的相應印制導線集成到該方法中。在本方法的優(yōu)選實施形式中，無限帶(Endlosband)已經配備有電極的泄電器/集電極，這總體上明顯簡化了該方法過程。此外在本發(fā)明的方法中，如果將電極以糊劑形式、特別是可印刷的糊劑形式施加、優(yōu)選地印到襯底或相應的泄電器上。迄今的實施形式再次闡明了與本發(fā)明相關的優(yōu)點。在將原電池構造為單個電池單元時得到薄得多且總體上不復雜的構造的優(yōu)點，因為可以減少布置有功能部件的層面的數(shù)量。所有電接觸都處于一個層面中，使得取消經由不同的層面、特別是經由相互遠離的層面的耗費的貫通接觸(Durchkontaktieren)。此外本發(fā)明可以以簡單的方式相互連接多個或者許多單個電池單元。在此，一方面可能的是，將多個或者許多電極已經成對地布置在不導電的平面襯底上并在該襯底上已經設置用于連接單個電池單元的相應印制導線。另一方面可能的是，使已經制造的單個電池單元固定在另一載體膜上并通過相應的接觸劑相互連接，其中所述另一載體膜已經具有用于連接單個電池單元所必需的印制導線。這里為了固定可以使用通常的粘附膠接劑，通常的導電粘接劑或導電漆、例如相應的含銀導電粘接劑典型地用于接觸。在使由多個或者許多單個電池單元組成的整個電池完備之后，最后可以使用(另一)覆蓋膜將該整個電池覆蓋。該整個電池例如可以被粘接或層壓。由此使這種電池(如同在已述的另一塑料膜的情況下)在機械方面穩(wěn)定和免受外界影響，例如氣候影響。電池的電接觸在載體膜上伸出，并且可以以機械方式或者同樣利用導電粘接劑被分接。與現(xiàn)有技術的原電池相比，本發(fā)明的原電池不僅以單個電池單元的形式、而且以由多個或者許多單個電池單元連接成的電池的形式特別薄且必要時特別柔韌。因此本發(fā)明的原電池可以特別良好地用于希望微小厚度和必要時高柔韌性的這種應用，即例如所謂的SmartCard (智能卡)或SmartTag (智能標簽)中。本發(fā)明的其它特征由附圖以及與從屬權利要求有關的優(yōu)選實施形式的以下說明得到。在這種情況下，各個特征分別本身或多個相互組合地在本發(fā)明的實施形式中得以實現(xiàn)。所述的特殊實施形式只用于說明和用于更好地理解本發(fā)明，并且無論如何都不應理解為限制性的。下述的附圖也是本說明書的組成部分，對此這通過明確的參考來確證。


在附圖中示出
圖1示出作為具有并排的電極的單個電池單元的本發(fā)明原電池的示意性結構；
圖2示出具有三個單個電池單元的本發(fā)明原電池的示意性結構；
圖3示出具有(串聯(lián)和并聯(lián)的)四個單個電池單元的本發(fā)明原電池的示意性結構；
圖4示出用于將單個電池單元建立在用作襯底的無限帶上的生產工藝的示意性片段。
具體實施例方式圖1示出以所謂單個電池單元形式的本發(fā)明原電池。在此，在不導電的薄塑料膜2形式的平面襯底I上施加所謂的集電極/泄電器3、4。這些集電極/泄電器以導電糊劑(優(yōu)選地銀、銅、鎳、鋁、銦、鉍或石墨)的形式已被施加在襯底I上并接著被干燥。這種糊劑通?？梢院芯酆衔镄问降恼澈蟿Ｈ玳_頭所述，對集電極/泄電器3、4的施加不限于導電糊劑的施加。集電極/泄電器3、4以可比較的方式可以是薄的導電膜(金屬膜、填充有導電材料的塑料膜)。優(yōu)選通過冷或熱粘接實現(xiàn)這些膜與襯底I的連接。此外集電極/泄電器3、4也可以通過通常的金屬化方法(真空沉積、濺射、電鍍沉積)來制備。根據(jù)圖1，在集電極3上施加有陰極5 (即相應的電極材料)。所述施加優(yōu)選借助于可印刷的糊劑(Paste)來進行。但也可以施加單獨制造的陰極膜。在集電極4上施加有陽極6 (即相應的電極材料)。不僅陰極5而且陽極6都與集電極/泄電器3、4電接觸。在原電池的相應整個構造的情況下，這里松的陳列(Aufliegen)可能就已足夠了。也可以在集電極/泄電器3、4和電極5、6之間設置固定連接。通過網狀結構或纖維網8固定的凝膠狀電解質7位于電極(帶有泄電器3的陰極5 ;帶有泄電器4的陽極6)上。在此，帶有纖維網8的電解質7覆蓋陰極5和陽極6的活性電極材料。在帶有纖維網8的電解質7上是另一塑料膜2，該塑料膜一方面完全覆蓋電解質7并且另一方面還超出電解質7的尺寸。通過這種方式由襯底I和塑料膜2形成位于襯底I和塑料膜2之間的功能部件、即原本的電極(5，3 ;6，4)用的密封封閉的外殼。圖1明顯示出本發(fā)明原電池的經改善的薄的構造。原本的構造只包含三個(上下疊置的)層面，即襯底I的層面、電極(帶有泄電器3的陰極5 ;帶有泄電器4的陽極6，并排布置)的層面和電極層上方的電解質層面。在圖1中示出了具有四個層面的優(yōu)選實施形式，其中在電解質的層面上方，另一塑料膜2形成自身的層面并與襯底I 一起形成帶有功能部件的原本的兩個層面用的密封封閉的外殼。圖2示出原電池(電池)的示意結構，其中帶有成對并排的電極的三個單個電池單元(即根據(jù)圖1的三個單個電池單元)通過導電軌(印制導線(Leiterbahn)9)相互連接。由此可以實現(xiàn)較高的電壓。這種串聯(lián)電路可以導致具有30V和更高電壓的原電池，所述原電池根據(jù)本發(fā)明可以特別成本低廉且簡單地予以制造。根據(jù)圖3示出了在具有成對并排的電極的四個單個電池單元(見圖1)情況下原電池(電池)的示意結構。在此這四個單個電池單元既串聯(lián)又并聯(lián)。通過這種構造可以獲得不同的總電壓和容量或載荷?！?br> 圖4以示意方式示出本發(fā)明生產過程的片段。在此本發(fā)明原電池可以在構造為無限帶的襯底12 (載體帶)上單行地(如所示)或者也可以多行地(未示出)無限地來制造。用作集電極/泄電器的印制導線10和11在單個電池單元的原本的制造工藝之前已經被施加在襯底12上。然后(如結合圖1所述)將原本的電極或相應的電極材料在為此所設置的位置處被施加到印制導線10和11上。接下來施加電解質，所述電解質作為凝膠狀電解質通過纖維網來穩(wěn)定?；趯D1的提不，在圖4中原本的電極和電解質未標有附圖標記。最后，在電解質上方施加覆蓋膜13形式的另一塑料膜，該另一塑料膜在襯底12上與該襯底一起以外殼的形式封閉單個電池單元。最終，所述單個電池單元在必要時可以重新被拆單，或者也可以被輸送給多個其它的加工步驟。在該方面還應提及，根據(jù)圖4且此外可以完全通常地由自粘接膜來制造襯底12以及覆蓋膜13。這一方面易于將覆蓋膜施加到分別制備的單個電池單元上。另一方面必要時在將所制造的單個電池單元拆單之后可以直接通過粘接將襯底12安裝到例如印制電路板上，而無需附加的粘接劑。實例
為了制造1. 5V電池系，如下采取措施用以制造在圖1中所示的原電池。在此在該情況下目的旨在實現(xiàn)鋅炭電池系。該系統(tǒng)僅僅以示例性方式被提及，但其特征在于比較低的成本。首先，為襯底和用作覆蓋膜的另一塑料膜提供相應的膜。這里，優(yōu)選具有低氣體和水蒸氣擴散率的塑料膜，即特別是由PET、PP或PE構成。只要考慮稍后將這些薄膜應相互熱封，所提供的基膜可以利用低熔性的其它材料來遮蓋。這里例如可以是由基于PE的共聚物構成的熔化粘接劑。于是首先為了提供負電極(陽極)而將導電粘接劑(基于銀、銅或石墨)形式的集電極印到襯底上。對于正電極(陰極)來說，可以將基于銀、鎳或石墨的導電粘接劑稱為集電極/泄電器材料，所述導電粘接劑同樣被印上。如果要提供特別薄的集電極/泄電器，那么也提供真空涂層。在這種情況下，作為集電極/泄電器，在高真空下，對于陽極汽化滲鍍銅并且對于陰極汽化滲鍍鎳。接下來將用于陽極的電極材料印到相應的集電極/泄電器上。為此優(yōu)選地采用絲網印刷方法。該電極材料是由鋅粉、合適的粘合劑和合適的溶劑構成的鋅糊劑。同樣以相應的方式使用用于將陰極材料印到另一集電極/泄電器上的糊劑。該陰極材料由作為導電材料的軟錳礦(Mn02)、炭黑和/或石墨以及合適的粘合劑和合適的溶劑構成。這里也優(yōu)選地以絲網印刷方法來制作。
最后，在另一方法步驟中施加電解質。電解質優(yōu)選地為凝膠狀糊劑。該糊劑例如由氯化鋅水溶液組成，其中該溶液可以完全或部分地被預干燥。同樣優(yōu)選地通過印刷方法來施加電解質。電解質(如在圖1中所示)優(yōu)選地全面覆蓋兩個電極。如同樣在圖1中所示，電解質可以通過纖維網狀或網狀材料來增強和穩(wěn)定。根據(jù)實例，如此制得的單個電池單元于是借助于第二 (另一)塑料膜覆蓋，即按照外殼的類型被封閉。如所述，這優(yōu)選地借助于熱封方法來進行。如結合圖4所討論的，同樣可以優(yōu)選地使用自粘接膜用于襯底和其它塑料膜。這也能夠特別簡單地將單個電池單元或
者由多個單個電池單元組成的電池施加到待供應以電流的單元的相應基體上。
權利要求
1.電池，具有至少一個正的和至少一個負的電極(5,6),所述電極并排地布置在不導電的平面襯底(I)上，并通過能離子導電的電解質(7 )相互連接。
2.如權利要求1所述的電池，其特征在于，平面襯底(I)是膜。
3.如權利要求2所述的電池，其特征在于，所述膜是塑料膜。
4.如權利要求1或2中任一項所述的電池，其特征在于，所述電池具有用作泄電器(3， 4)的印制導線，所述印制導線布置在所述襯底(I)和所述至少一個正的和至少一個負的電極(5，6)之間。
5.如權利要求4所述的電池，其特征在于，所述電池具有導電膜作為印制導線。
6.如權利要求5所述的電池，其特征在于，所述導電膜是金屬膜。
7.如權利要求4所述的電池，其特征在于，所述電池具有薄金屬層作為印制導線，所述金屬層能借助于通常的金屬化方法被施加到所述襯底上。
8.如權利要求4所述的電池，其特征在于，所述印制導線作為可印刷的糊劑被施加到所述襯底上。
9.如權利要求1-3中任一項所述的電池，其特征在于，所述至少一個正的和至少一個負的電極作為可印刷的糊劑被施加到所述襯底上。
10.如權利要求1-3中任一項所述的電池，其特征在于，所述至少一個正的電極和所述至少一個負的電極以相互I μ m — IOmm的間隔布置在所述襯底上。
11.如權利要求10所述的電池，其特征在于，相互的間隔在ΙΟΟμπι—Imm之間。
12.如權利要求1-3中任一項所述的電池，其特征在于，所述電解質是凝膠狀電解質。
13.如權利要求中1-3任一項所述的電池，其特征在于，所述電解質被固定在纖維網 (8)中。
14.如權利要求1-3中任一項所述的電池，其特征在于，所述電解質作為完全覆蓋所述至少一個正的和至少一個負的電極的層存在。
15.如權利要求1-3中任一項所述的電池，其特征在于，所述電池具有另一塑料膜(2)，該另一塑料膜至少部分地覆蓋所述電解質(7)和/或所述至少一個正的和至少一個負的電極(5,6)。
16.如權利要求15所述的電池，其特征在于，所述另一塑料膜完全地覆蓋所述電解質 (7)和/或所述至少一個正的和至少一個負的電極(5,6)。
17.如權利要求15所述的電池，其特征在于，所述另一塑料膜與所述襯底形成外殼， 該外殼密封地包圍所述電解質和所述至少一個正的和至少一個負的電極。
18.如權利要求1-3中任一項所述的電池，其特征在于，所述電池具有多個成對地并排布置在所述襯底上的正的和負的電極。
19.如權利要求1-3中任一項所述的電池，其特征在于，所述電池具有大量的成對地并排布置在所述襯底上的正的和負的電極。
20.如權利要求1-3中任一項所述的電池，其特征在于，所述襯底具有印制導線(9)， 布置在所述襯底上的電極通過所述印制導線以串聯(lián)和/或并聯(lián)電路的形式連接。
21.用于制造電池的方法，所述電池包括-至少一個正的和至少一個負的電極，所述電極并排地布置在不導電的平面襯底上，并通過能離子導電的電解質相互連接，-泄電器，所述泄電器布置在所述襯底和所述至少一個正的和至少一個負的電極之間， 其中，將電極施加到用作所述襯底的無限帶上，所述無限帶連貫地配備有所述泄電器。
22.如權利要求21所述的方法，其特征在于，印上所述電極。
全文摘要
本發(fā)明包括一種原電池，具有至少一個正的和至少一個負的電極(5，6)，其中該正的和負的電極并排地布置在不導電的平面襯底(1)上，并通過離子導電的電解質(7)相互連接。在此，通過將多個、優(yōu)選大量正的和負的電極成對地并排布置在該襯底上，可以使相應的單個電池相互連接。
文檔編號H01M6/12GK103000914SQ20121035118
公開日2013年3月27日 申請日期2006年4月6日 優(yōu)先權日2005年4月8日
發(fā)明者K.霍爾, M.克雷布斯, H.韋登巴切, B.克雷德勒, H.洛弗爾曼, D.伊利克, M.伯格倫, S.諾德林德, L.安德森, L.-O.亨納達爾, A.薩瓦特迪 申請人:瓦爾達微電池有限責任公司