纜型電池以及用于制造纜型電池的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及（電）纜型電池以及用于制造其的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 在過去數(shù)年間，能量需求已經(jīng)增加并且正在進(jìn)行大量的研究，不僅為了改善電池 的性能，還為了優(yōu)化它們的構(gòu)造，且特別是為了使它們小型化。電池的小型化是主要的問 題，特別是對于在針對公眾的電子設(shè)備如便攜式設(shè)備市場（移動電話、平板電腦等）中的應(yīng) 用。
[0003] 近來，一類新的電池已經(jīng)出現(xiàn)-纜線形式的電池，也稱為纜型電池。這種新類型的 電池應(yīng)能夠使小型化和柔性的日益增加的需求得到滿足。
[0004] 已經(jīng)提出不同的構(gòu)造。第一種為如在文獻(xiàn)W0 03/023880和US2014/0011065中所 呈現(xiàn)的同軸構(gòu)造。該構(gòu)造圍繞中央集流體建立，相繼不同的層沉積在所述中央集流體上以 形成電池一由第一材料制備的第一電極、電解質(zhì)、由第二材料制備的第二電極和第二集流 體。
[0005] 另一類構(gòu)造描述于文獻(xiàn)US2014/0011065(圖1)中一纜型電池包括線形式的數(shù)個 內(nèi)部集流體410,各內(nèi)部集流體被電極材料420覆蓋。將以這種方式獲得的電極彼此平行 地布置，然后用稱為隔離層430的層包覆。這種層防止電極之間的短路。另一電極材料層 440沉積在隔離層430的外表面上。最終，外部集流體450沉積在整個組件上。
[0006] 替代地，可以螺旋形的形式將內(nèi)部電極卷成圈（"Cable-typeFlexibleLithium ionBatteryBasedonHollowmulti-HelixElectrodes'，，Adv.Mater. 2012,24， 5192-5197)。該圈在其中心中呈現(xiàn)出空的空間孔隙（emptyspacevoid)，其改善組件的柔 性。該空間可由電解質(zhì)填充。
[0007] 然而，具有外部電極的這些構(gòu)造不提供在兩種電極材料之間的平衡的大的自由 度。
[0008] 不具有外部電極的另一類構(gòu)造描述于文獻(xiàn)US2012/0009331中，并且展示于圖2 中。形成陽極111和陰極121的材料沉積在不同的金屬線120和110上以形成電極。然后 將電極包覆在電解質(zhì)護(hù)套中。
[0009] 為了確保所述線之間的電絕緣，將相同極性的電極進(jìn)一步地各自用電解質(zhì)層131 覆蓋。該層確保電極材料之間的離子傳導(dǎo)性和電絕緣二者。然后將所有的線用相同的電解 質(zhì)護(hù)套132包覆以形成最后的纜型電池。
[0010] 盡管這樣的結(jié)構(gòu)能夠改善電極材料之間的平衡，但是該結(jié)構(gòu)沒有使得如下成為可 能：當(dāng)進(jìn)行線的組裝時確保不存在短路。后者因此不可以充分的方式變緊。因此這種結(jié)構(gòu) 尚不足夠緊湊到獲得良好的小型化并且同時獲得高容量。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011] 本發(fā)明的目的是彌補(bǔ)現(xiàn)有技術(shù)的缺點，且特別是提出如下的纜型電池：其顯示出 更好的對機(jī)械應(yīng)力（主要是壓縮應(yīng)力和撓曲應(yīng)力）的抗性（耐受性），同時防止短路的發(fā) 生。
[0012] 該目的通過包括如下的纜型電池實現(xiàn)：
[0013] -第一極性型的至少第一股（strand)，
[0014] -第二極性型的至少第二股，所述第二極性型與第一極性型相反，
[0015] -其中布置所述第一股和所述第二股的電解質(zhì)層，所述電解質(zhì)層為離子傳導(dǎo)且電 絕緣（電子絕緣）的，以使得所述第一股離子連接于所述第二股。
[0016] 所述第一股被至少一個隔離物包覆，所述隔離物為電絕緣的，所述隔離物被配置 (構(gòu)造）為防止相反極性的所述第一股和所述第二股之間的任何直接接觸。
[0017] 形成所述隔離物的材料的機(jī)械強(qiáng)度比形成所述電解質(zhì)層的材料的機(jī)械強(qiáng)度更大。
[0018] 該目的還通過包括以下相繼步驟的纜型電池的制造方法實現(xiàn)：
[0019] -提供第一極性型的至少第一股和第二極性型的至少第二股，所述第二極性型與 所述第一極性型相反，
[0020] -將所述第一股和所述第二股布置在離子傳導(dǎo)且電絕緣的電解質(zhì)層中，所述第一 股離子連接于所述第二股。
[0021] 所述第一股被至少一個隔離物包覆，所述隔離物為電絕緣的，所述隔離物被配置 為防止所述第一股和所述第二股之間的任何直接的電接觸。
[0022] 形成所述隔離物的材料的機(jī)械強(qiáng)度比形成所述電解質(zhì)層的材料的機(jī)械強(qiáng)度更大。
【附圖說明】
[0023] 從本發(fā)明的【具體實施方式】的以下描述，其它優(yōu)勢和特征將變得更加明晰，所述具 體實施方式僅出于非限制性實例的目的給出且示于附圖中，其中：
[0024] -圖1和2以示意性的方式在橫截面上展示根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的纜型電池，
[0025] -圖3-9以示意性的方式在橫截面上展示根據(jù)本發(fā)明的不同實施方式的纜型電 池。
【具體實施方式】
[0026] 纜線形式的電池，或纜型電池1，包括：
[0027] -第一極性型的至少第一股2，
[0028] -第二極性型的至少第二股3,所述第二極性型與第一極性型相反，
[0029] -其中布置第一股2和第二股3的電解質(zhì)護(hù)套或?qū)?,所述電解質(zhì)層為離子傳導(dǎo)且 電絕緣的，使得第一股2離子連接于第二股3。
[0030] 如圖3中所示，根據(jù)本發(fā)明的纜型電池1的第一股2進(jìn)一步被至少一個隔離物5 包覆。
[0031] 隔離物5被配置為防止第一股2和第二股3之間的直接接觸。
[0032] 隔離物5使第一股2和第二股3之間能夠保持最小間隙。
[0033] 優(yōu)選地，隔離物5具有包括在10nm和10μm之間的厚度。
[0034] 隔離物5是電絕緣的，以防止相反極性的第一股2和第二股3之間的任何電接觸， 從而防止所述兩股之間的短路。
[0035] 優(yōu)選地，隔離物5是離子傳導(dǎo)的，其能夠使第一股2和第二股3之間的離子交換增 加，由此改善電池的性能。
[0036] 形成隔離物5的材料不同于形成電解質(zhì)層4的材料。
[0037] 優(yōu)選地，隔離物5由陶瓷制備。
[0038] 形成隔離物5的材料優(yōu)選選自例如納米形式的A1203、LixAlyGez(P04)3(LAGP)、 LixAlyTiz(P04)3(LATP)、LixLayTiOz(LLTO)、Li3P04、和鋰磷的氧氮化物（LiPON)。
[0039] 根據(jù)另一實施方式，隔離物5由聚合物制備。
[0040] 形成隔離物5的聚合物材料選自聚苯乙烯（PS)、聚對苯二甲酸乙二醇酯（PET)、聚 氯乙烯（PVC)、聚四氟乙烯（PTFE)、聚碳酸酯（PC)、或聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA)。
[0041] 優(yōu)選地，形成隔離物5的材料的機(jī)械抗性（mechanicalresistance)比形成電解 質(zhì)層4的材料的機(jī)械抗性更大。
[0042] 強(qiáng)度意為材料對機(jī)械應(yīng)力引起的形變的抗性。
[0043] 材料的機(jī)械抗性可通過所述材料的楊氏模量來表征。
[0044] 為了經(jīng)受機(jī)械應(yīng)力，有利地選擇具有比電解質(zhì)的楊氏模量更高或甚至高得多的楊 氏模量的隔離物。
[0045] 更高意為隔離物的楊氏模量是電解質(zhì)層的楊氏模量的至少100倍高。
[0046] 高得多意為隔離物的楊氏模量是電解質(zhì)層的楊氏模量的至少1000倍高。
[0047] 纜型電池因此可用顯示出80GPa的楊氏模量的LiPON隔離物制造，且電解質(zhì)可用 顯示出小于0.0 OlGPa的楊氏模量的硅酸鹽基離子凝膠型的無機(jī)基體制備。
[0048] 在另一實例中，隔離物可由顯示出包括在380和490GPa之間的楊氏模量的氧化鋁 A1203制備，且電解質(zhì)可用具有包括在0. 2和0. 7GPa之間的楊氏模量的聚乙烯型的聚合物 基體制備。
[0049] 有利地，形成隔離物5的材料的硬度比形成電解質(zhì)層4的材料的硬度更大。
[0050] 更大的硬度意為隔離物5更硬一它對抗（op