[發(fā)明專利]薄和柔性電化學(xué)電池

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410447709.6
• 申請(qǐng)日: 2014-09-04
• 公開（公告）號(hào): CN104425828A
• 公開（公告）日: 2015-03-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: M.溫德勒;C.盧奇尼亞諾
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 瓦爾達(dá)微電池有限責(zé)任公司;紗帝股份公司
• 主分類號(hào): H01M4/74
• 分類號(hào): H01M4/74
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 蔣駿;張懿

本發(fā)明涉及薄和柔性電化學(xué)電池，特別是通過印刷或狹縫模具式涂覆技術(shù)產(chǎn)生的電池。

術(shù)語“電池組”最初意指串聯(lián)連接的多個(gè)電化學(xué)電池。然而，單個(gè)電化學(xué)電池現(xiàn)在也被頻繁地稱為電池組。在電池組的放電期間，由兩個(gè)電氣地耦合但物理地分離的子反應(yīng)構(gòu)成的能量供應(yīng)化學(xué)反應(yīng)發(fā)生。在比較低的氧化還原電位處發(fā)生的一個(gè)子反應(yīng)在負(fù)電極處繼續(xù)進(jìn)行，而在比較高的氧化還原電位處的子反應(yīng)在正電極處繼續(xù)進(jìn)行。在放電期間，電子通過氧化過程在負(fù)電極處被釋放，導(dǎo)致電子經(jīng)由外部負(fù)載流到占電子的對(duì)應(yīng)數(shù)量的正電極。減少過程因此在正電極處發(fā)生。同時(shí)，對(duì)應(yīng)于電極反應(yīng)的離子電流出現(xiàn)在電池內(nèi)。通過離子導(dǎo)電電解液來實(shí)現(xiàn)這個(gè)離子電流。在二次電池和電池組中，這個(gè)放電反應(yīng)是可逆的，且因此可能反轉(zhuǎn)化學(xué)能到電能的轉(zhuǎn)換，其在放電期間出現(xiàn)。如果在這個(gè)上下文中使用術(shù)語“陽極”和“陰極”，則電極一般根據(jù)其放電功能而被命名。在這樣的電池中，負(fù)電極因此是陽極，且正電極是陰極。

對(duì)于增加數(shù)量的應(yīng)用，需要比常規(guī)電池組更柔性和重量輕的薄電池組。常常通過印刷技術(shù)來生產(chǎn)非常薄的電池組。然而，印刷電極常常是易碎的，且傾向于在機(jī)械應(yīng)力和運(yùn)動(dòng)下斷裂。

存在對(duì)具有更靈活的設(shè)計(jì)且針對(duì)機(jī)械撞擊、彎曲和折疊更有抵抗力的新類型的薄電池組的明顯需要。

這個(gè)目的由具有權(quán)利要求1的特征的電化學(xué)電池實(shí)現(xiàn)。本發(fā)明的電池的優(yōu)選實(shí)施例在從屬權(quán)利要求2到12中被指示。所有權(quán)利要求的用語因此通過引用被合并到本描述中。

像常規(guī)電池一樣，根據(jù)本發(fā)明的電化學(xué)電池的具有至少一個(gè)正電極、至少一個(gè)負(fù)電極和布置在電極之間的至少一個(gè)隔離物。電池的電極中的至少一個(gè)電極，優(yōu)選地所有電極包括電流收集器。

與常規(guī)電池相反，電池的電極中的至少一個(gè)電極包括第一較粗的網(wǎng)和第二較細(xì)的網(wǎng)。第一和第二網(wǎng)至少在下列特征中的至少一個(gè)特征中不同：

-?細(xì)絲直徑：優(yōu)選地，第一網(wǎng)由具有比組成第二網(wǎng)的細(xì)絲更大的直徑的細(xì)絲組成。

-?網(wǎng)開口：優(yōu)選地，第一網(wǎng)具有網(wǎng)開口，其具有比第二網(wǎng)的開口更大的開口寬度。

例如，第一網(wǎng)具有每厘米26個(gè)細(xì)絲，細(xì)絲直徑是120微米（μm），網(wǎng)開口是265?μm且厚度是223?μm，其中第二網(wǎng)具有每厘米43個(gè)細(xì)絲，細(xì)絲直徑是61?μm，網(wǎng)開口是170?μm且總厚度是105?μm。

通常第一網(wǎng)具有帶有較大直徑的細(xì)絲以及具有較大開口寬度的網(wǎng)開口。

網(wǎng)中的至少一個(gè)網(wǎng)涂覆有導(dǎo)電材料。所涂覆的細(xì)絲充當(dāng)至少一個(gè)電極的電流收集器。在第一優(yōu)選實(shí)施例中，第二網(wǎng)涂覆有導(dǎo)電材料，其中第一網(wǎng)未被涂覆。在第二優(yōu)選實(shí)施例中，第一和第二網(wǎng)都涂覆有導(dǎo)電材料。優(yōu)選地，網(wǎng)的細(xì)絲完全被導(dǎo)電材料的連續(xù)層密封。

如果兩個(gè)網(wǎng)都涂覆有導(dǎo)電材料，則優(yōu)選地，涂層由相同的導(dǎo)電材料組成。

重要的是，第一和第二網(wǎng)都是單絲編織網(wǎng)。那意味著網(wǎng)中的每一個(gè)網(wǎng)是由具有相同直徑和相同化學(xué)性質(zhì)的同樣的絲構(gòu)成的編織網(wǎng)。

優(yōu)選地，第一和/或第二網(wǎng)的網(wǎng)開口填充有電化學(xué)活性材料。換句話說，優(yōu)選地，網(wǎng)被嵌入包括電化學(xué)活性材料和（如果可適用）像粘接劑和/或?qū)щ妱┑母郊拥碾姌O成分的基質(zhì)中。

已經(jīng)驚人地發(fā)現(xiàn)的是，通過將第一和第二網(wǎng)合并到至少一個(gè)電極中，顯著地改進(jìn)了電極的柔韌性和電阻，而沒有對(duì)電極的其它特性（像容量或內(nèi)阻）的消極影響。第一網(wǎng)具有占據(jù)大量電化學(xué)活性材料的能力，其中涂覆有導(dǎo)電材料的第二網(wǎng)能夠充當(dāng)具有高導(dǎo)電性的電流收集器。

填充網(wǎng)開口的電化學(xué)活性材料優(yōu)選地選自由鋅、二氧化錳、金屬氫化物和氫氧化鎳組成的組。

第一和/或第二網(wǎng)的絲優(yōu)選地由塑料組成，其中塑料更優(yōu)選地選自由聚酰胺塑料、聚酯塑料、聚烯烴塑料（像聚丙烯和聚醚醚酮塑料）組成的組。在特別優(yōu)選的實(shí)施例中，第一和第二網(wǎng)都由聚酰胺塑料組成。

涂覆網(wǎng)的導(dǎo)電材料優(yōu)選地是金屬材料，更優(yōu)選地是選自由鎳、銅、鋁和鐵或這些金屬中的至少一個(gè)金屬的合金（例如不銹鋼）組成的組。特別優(yōu)選地是用于鋅電極的銅涂層和用于二氧化錳、金屬氫化物和氫氧化鎳電極的鎳涂層。

涂層還可包括多于一層導(dǎo)電材料。例如為了增加網(wǎng)導(dǎo)電性，第一層銅（例如通過磁控管濺射）和第二層鎳（例如通過電鍍沉積）可隨后被沉積在網(wǎng)的細(xì)絲上。

可通過像濺射、PVD、化學(xué)還原或電沉積的工藝將涂層施加在網(wǎng)的細(xì)絲上。

涂層的厚度優(yōu)選地在10?nm和2?μm之間的范圍內(nèi)。

優(yōu)選地，第一網(wǎng)的細(xì)絲的直徑是第二網(wǎng)的細(xì)絲的直徑的至少1.5倍，優(yōu)選地在2倍和50倍之間。