用于智能卡的电化学电池的制作方法

专利名称：用于智能卡的电化学电池的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于智能卡的电化学电池(electrochemical cell)的设计，其 中对于一个或多个电池所占有的体积有严格的限制。
背景技术：
智能卡被定义为具有嵌入式集成电路的任何可放在口袋内的卡。同样， 该术语包括记忆卡(memory card)(该卡包括永久的记忆存储元件)、和微 处理器卡(microprocessor card)(该卡既包括记忆元件也包括微处理器元件)， 例如某些信用卡和诸如用于移动电话中的SIM卡。智能卡的应用正在迅速 增加，并且除了用作记忆卡、信用卡和SIM卡以外，智能卡还可以用作借记 卡(debit card)或ATM卡、电子钱夹(electronic wallet)、用于各种特定目 的(例如公共交通或公用电话)的支付卡(paymentcard)、用于付费电视 或门禁(access-control )的授权卡(authorisation card )、 或者身份证 (identification card)。无疑，还会开发其它应用。尽管智能卡采用了与它们 的不同用途相称的很多形式和尺寸，但它们都共同具有相当小的尺寸(信用 卡的尺寸或许更小)，并因此共同要求具有小型化的元件。 一般来说，智能 卡的厚度不超过5.5 mm (CompactFlash II型卡)或3.3 mm (CompactFlash I 型卡)，但通常都不超过2.1 mm (安全数字卡(Secure Digital card))。 IS07816-1，2中规定了 SIM卡的尺寸。
在包括电源的智能卡中，电源与它们的负载之间的接触通常可以通过极 耳(tab)来实现，该极耳与电源成为整体，然后被连接到负载上；或者通过 与电源上的电极电接触的平面和容纳于该卡内的至少一个弹簧或弹性片来 实现。该弹簧或弹性片处于足够的压縮作用中，以确保与电源的两个电极的良好接触，或者当多个电源串联时，可以确保该弹簧或弹性片与电源队列各 端的电极的良好接触。在弹簧或弹性片的实例中，所有与电源(所述电源不 是弹簧或弹性片)接触的一般都是不可弯曲的平片。
此外，在智能卡中，非集成的电源(即，不是集成电路中的微电池)与 负载电路之间的电连接通常通过使用导电的连接极耳来实现，该连接极耳从 电源延伸至可以实现与所述负载电路接触的点。所述连接极耳至该接触点的 固定通常通过低温焊接或熔焊来实现。然而，在这些应用中，由于这些极耳 自身的面积和体积并且需要将这些极耳焊接(或者其它连接)至电路上的点， 因此这些极耳用掉了有用的两个至三个空间位置。这些极耳还需要与包封所 述电源的任何包装材料电绝缘。
令人意外的是，己发现不像钮扣电池等，某些薄膜电源(thin film power source)可以被制成可充分压縮的，这可以实现在足够的压力下将该薄膜电 源密封或者将它们插入智能卡中，这样就不需要使用极耳或者使用弹簧或其 它装置来确保电源的外表面与平片集流体之间的良好接触。可选择地，压力 可以由其内部产生，并具有相同的结果。
因此，作为实例，可以将可压缩的超级电容器(siipercapacitor)密封入 智能卡中，所述超级电容器处于起到接触作用的两个薄片之间，并且在密封 的过程中所施加的压力足以确保负载与电源之间良好的接触。此外，当智能 卡回到周围环境中，密封后的智能卡在尺寸上的任何变化都可以通过充分可 逆的且可压縮的电源在尺寸上的变化来补偿。用不可压縮的电池(例如，钮 扣电池)对此进行尝试，则需要更高等级的尺寸精度。

发明内容
因此，本发明涉及用于智能卡的电化学电池，该电池包括电极、电解液 和隔膜，其特征是，该电池在不超过100MPa的压力下是可压缩的，以可逆地降低该电池厚度，使得该电池的总厚度通过压縮而降低至少5%、优选 10%，并且该电池的互相电绝缘的至少两个外表面是导电的，和/或与各自的 电极电接触。
本发明还提供了具有电源的智能卡，该智能卡包括至少一个本发明的电 化学电池。
本发明还提供了电化学电池，该电化学电池包括电极、电解液和隔膜， 其特征是，该电池通过聚合材料来密封，其中，在包含有所述电池的主体的 材料与密封材料之间引入陶瓷层、石墨层或氧化物材料层。
当提到"电池的外表面"时，意味着在其内部容纳有电极组件的棱柱/ 体积的外表面。这并不包括，例如延伸至由该组件所限定的外壳以外的极耳。
这种连接系统促进了智能卡中的电子电路与电化学电池之间的电接触， 所述电化学电池向所述电路提供电能。例如，可以有嵌入智能卡空隙空间壁 内的相对的载流"片"或触点，以及从这些片或触点至所述电子电路的的载 流通路，所述电化学电池存在于所述空隙空间内。所述片或触点分别与所述 电化学电池的正极"端子"和负极"端子"接触。所述片或触点部分地或完 全地覆盖与所述电化学电池的导电外表面接触的智能卡壁的外表面。在所述 电化学电池的外表面为充分导电的情况下(如在该外表面由镍箔形成的情况 下)，嵌入的片的区域可以很小，使得与电源接触的区域很小，而且来自电
源的其它区域的集流(current collection)依赖于通过所述电源外表面而进行 的传导。
该方法的有益之处在于，它消除了对于附加的组装步骤的需要，即通过 将电源低温焊接或熔焊至负载上的连接。由于不需要连接极耳，还节省了所 述卡内的空间，并使电源的制作更简单。进一步的有益之处是，所述智能卡 自身赋予所述电源额外的强度，以此省去了所述电化学电池四周的包装，并 以此提高了能量密度。因此，本发明的电池没有现有技术中所需要的极耳(即，特定地与电池 结合的表面，以提供与由所述电池提供电能的器件的电接触)，例如附图 的图1中所示的极耳，并在下文中将进行更详细地描述。向器件提供电能所 需要的触点直接由电极来形成，或者更普遍地由集流体来形成。
在压力不超过100兆帕、更优选不超过30兆帕、还更优选不超过20兆
帕、且最优选不超过4.5兆帕的条件下，所述电池可以压縮至少5%，并优 选至少10%,特别地，我们发现，在压力不超过1兆帕、更优选不超过500000 帕、还更优选100000帕、更优选50000帕、且最优选10000帕的条件下， 该电池可以压缩至少5%、且优选至少10%是最有用的。
有两个或多个电池时，电池的总压縮率应该在上述范围之内。 本发明的电池在上述条件下应该是可逆压缩的。也就是说，压縮之后， 该电池应该基本上回复到电池原有的尺寸和形状。然而，该回复不需要100% 完全回复，只要基本上完全回复即可，例如至少75%完全回复、且优选 90%完全回复。
优选所述电池的两个外表面被气密封接在一起，以防止电池内含物流 出。该密封优选含有非渗透性的且不导电的聚合材料，该聚合材料可以抵御 由所述电解液引起的侵蚀和溶胀，所述电解液可以是很强的腐蚀剂(例如为 强碱性溶液时)或者可以是有机溶剂。 一种密封材料或多种密封材料必须也
与形成电池的外表面的材料(例如镍箔)形成强结合，所述电池为该密封
材料所桥接的电池。 一种所述密封材料或多种所述密封材料与构成所述电池
的外表面的材料本质上没有形成强结合时(例如当所述密封由聚丙烯形成 且电池的外表面由镍形成时)，可以使用粘合剂来促进强结合的形成。合适 的密封材料的例子包括可固化的胶粘剂，例如环氧胶粘剂(如购自3M的
DP-190和2216 B/A以及购自Masterbond的EP42HT-2);以及热塑性聚合物， 例如聚丙烯、聚乙烯、縮醛(acetal)或尼龙。合适的粘合剂的例子包括以
8上所列出的材料。
在一些情况下，在电池工作过程中，与形成所述外表面的材料接触的密 封材料或粘合剂材料可能会以一些方式被电化学侵袭或者腐蚀或者侵蚀。此 时，诸如镍箔的外表面材料可以作为用于氧化或还原所述密封材料或粘合剂 材料的催化剂，例如，可以发生气体逸出，导致界面的机械破裂，或者可以 促进一些其它的降解机理。在此情况下，可以使用额外的材料层以使被侵袭 的材料与所述外表面材料分离。该层可以是导电的或不导电的材料，在电池 环境中应该是化学稳定的，并且应该与它所桥接的两种材料形成强结合。此 外，该材料所提供的用于上述降解机理的催化活性表面应该很小，以产生更 持久的结合。这种桥接材料的例子包括但不限于导电的陶瓷(如氮化钛 (TiN))、非导电的陶瓷、其它氧化物材料、以及石墨。
本发明的智能卡中的电化学电池可以为电池、电容器或超级电容器，而 且，如果是超级电容器，可以是对称型超级电容器或复合型超级电容器。该 电池的其它部分是常规的并考虑需要制备的电池类型而进行选择。正极可以 是本领域通常用于此目的任何材料，优选为碳(如碳布、活性炭或炭黑)； 碳化硅；金属或金属化合物，特别是金属、金属氧化物、金属氢氧化物、金 属羟基氧化物、金属磷酸盐或这些物质中的任何两种或多种的组合、或金属 碳化物。这样的金属的例子包括镍；镍的合金，包括与过渡金属的合金或 混合物、镍/钴合金及其混合物、以及铁/镍合金及其混合物；锡；锡的合金 及其混合物，包括与过渡金属的合金及其混合物；铁；锰；钴；钛；钛的合 金，包括与过渡金属的合金及其混合物；铂；钯；铅；铅的合金，包括与过 渡金属的合金；以及钌。这样的氧化物、氢氧化物和羟基氧化物的例子包括 氧化钯、氧化镍(NiO)、氢氧化镍(Ni(OH)2)、羟基氧化镍(NiOOH)、 二 氧化铅(Pb02)、氧化钴(Co02)及其锂化形式(lithiatedform) (LixCo02)、 二氧化钛(Ti02)及其锂化形式(LixTi02)、氧化钛(Ti5012)及其锂化形式(LixTi5012)、以及氧化钌。在上述物质中，最优选镍及其氧化物、氢氧化物 和羟基氧化物，特别是镍或镍/钴混合物。金属碳化物的例子是碳化钛。
制备正极的材料可以处于任何已知的物理形式。例如，可以是多孔的、
特别是中孔的(mesoporous)。可以用作所述正极的中孔材料优选通过液晶 沉积法(liquid crystal deposition process)来形成，例如EP993512或US6203925 中所公开的，这些文献结合于此作为参考。
可以用于本发明的中孔材料有时称作"纳米孔"。然而，由于词头"纳 米"严格地表示10'9m，而且所述中孔材料中的孔的尺寸通常为l(T8-l(r9m， 因此最好如我们在此所使用的，将其称作"中孔"。
负极同样地可以为本领域通常用于此目的的任何材料，优选碳(例如-碳布、活性炭或炭黑)、碳化硅、或碳化钛，或者甚至任何其它材料(包括 上述所列举的与正极有关的其它材料)。所述负极也可以由中孔材料或常规 材料制成。
对于镍基复合型超级电容器而言，所述电池中的电解液优选为含水的电 解液，在为对称型碳超级电容器(symmetric carbon supercapacitor)或锂离子 电池或锂一次电池(lithium primary battery)的情况下，所述电池中的电解 液优选为有机电解液。合适的含水的电解液为例如含水的碱性电解液，如氢 氧化钾水溶液。合适的有机电解液为例如用于锂离子电池的处于碳酸乙烯 酯或碳酸丙烯酯中的六氟磷酸锂或四氟硼酸锂，或者用于对称型碳超级电容 器的处于乙腈或碳酸丙烯酯中的四氟硼酸四乙基铵或四氟硼酸甲基三乙基 铵。
所述隔膜可以由任何常规的材料制成，并且其性质对本发明而言并不重 要。优选的用作所述隔膜的材料包括微孔聚丙烯膜或微孔聚乙烯膜、多孔玻 璃纤维织物或聚丙烯与聚乙烯的组合。
所述电极可以附着到集流体上，特别是在所述电极由机械强度很小的多
10孔材料制成的情况下，所述集流体也可以作为支撑体。用于集流体的材料的 性质对本发明而言并不重要，当然，除了该材料必须是导电的之外，而且， 当集流体形成所述电池的外表面时，所述材料不应该为多孔的，以获得符合 要求的密封，所述密封可以限制物质进入电池或者限制物质从电池中流出。 该材料优选为金属，例如镍、铜、铝、金等；或者导电塑料，例如通过将 导电材料包合于非导电的聚合物基体中而形成的导电塑料。这种材料的一个 例子是通过向原本不导电的聚丙烯基体中添加导电的镍丝而得到的材料。另 一个例子为由分散在聚乙烯基体内的碳纳米管形成的材料，其中，所述碳纳 米管提供了贯穿所述聚合物的导电通道，因此使材料完全导电。这些材料是 本领域中所公知的。
为了容易制造，附着有电极材料的集流体可以为与用于形成所述电池的 外表面的材料分离的元件。在此情况下，可以通过以堆叠排列的方式使集流 体/电极片与外表面材料接触来组装电池，两者之间的电接触可以仅通过压縮 来提供，或者通过导电粘结(例如通过导电粘合剂而提供的导电粘结)来 提供。
本发明的智能卡优选通过与所述电池的外表面或多个所述电池的最外 面的外表面接触的极板而从一个或多个电化学电池中收集能电能。除此之 外，所述智能卡的结构是常规的，并且是本领域技术人员所公知的。所述智
能卡的厚度优选不超过5.5mm、更优选不超过2mm，而且相应地所述电化 学电池的厚度优选不超过4.5mm、更优选不超过1 mm。还更优选地， 一个 或多个所述电化学电池的总厚度不大于1 mm、最优选不大于600 (im。


参考附图来进一步说明本发明，其中
图1显示了如现有技术中的具有极耳的超级电容器的设计图;图2示意性地显示了没有极耳的可压縮的超级电容器；
图3显示了在电池的周边施用密封的电池的平面图； 图4显示了施用于垫圈所处的电池周边的加热； 图5示意性地显示了电池的制备过程； 图6显示了包含有本发明的电化学电池的智能卡； 图7和图8显示了根据本发明的可选择的电池的设计图；和 图9-图13说明了下面的实施例2-6和8中所制备的本发明的具体实施 方式。
具体实施例方式
如图1所示，通常的超级电容器包括正极l，该正极l例如可以由中 孔镍制成；负极2，该负极2通常由碳制成；集流体3和4，该集流体3和4 例如为镍箔；隔膜5;以及电解液(未示出)。正如电池一样，该超级电容器 通常装入包装材料6中，以给电池提供机械强度并防止该组件损失电解液。 普通的包装材料包括，例如刚性的聚合物罐和较薄的聚合物/铝/聚合物层合 体(软包装)。从包装6中延伸出的并连接到所述集流体3和4上的是一对 极耳7和8，所述极耳7和8实现了与使用该电能的电路的电连接。
单独使用的超级电容器的通常的尺寸如图l所示。然而，智能卡需要使 用外形很小的超级电容器器件。在智能卡中，由于该卡自身的外形很小，一 般要求超级电容器的厚度不超过600 nm。在使用Ni/C电池(1.5V系统)的 通常为3V的应用中，需要使用串联的两个超级电容器。由于对该器件的覆 盖面积的限制，这些电池经常需要互相堆叠，以进一步限制厚度。
在此情况中，由单独层压包装而产生的对器件厚度的贡献约为480 )im (两个电池，以120pm的层压厚度对各个电池的每个侧面进行包装)，给电 极组件留下很小的空间，并导致很低的能量密度。图2和图3显示了本发明的没有极耳的可压縮的超级电容器的实例。如 前面所述，该超级电容器包括正极l，该正极1例如可以由中孔镍制成；
负极2，该负极2通常由碳制成；集流体3和4，该集流体3和4例如为镍 箔；隔膜5;以及电解液(未示出)。然而，不是如图l所示将电极组件包封 在包装中，而是将气密封接(hermetic seal) 9、 10应用于电极组件的周边， 以防止电解液的流出以及外部物质的进入。由于密封的电池内的镍箔集流体 的背部保持暴露状态，所述集流体的背部可以直接用作电触点以将电流输送 出该器件，因此消除了对任何连接极耳的需要。在此设计中，隔膜可以延伸 进入密封区域来固定并为预防短路提供附加的保护。仅仅通过压縮来提供碳 电极与其集流体之间的接触，或者可以使用导电粘合剂将碳电极粘合至集流
体上。可以简单地通过将电池互相堆叠来构建电池的串联结合，以提供更高 的电压。由于将电池的外表面作为端子，因此避免了对电池之间的附加的连 接的需求。
所显示的气密封接9和10由无渗透性的且不导电的聚合材料形成。当 用于镍/碳复合型超级电容器系统中时，它必须对强碱性溶液的侵蚀和溶胀具 有抵抗力。密封材料也必须与它所桥接的镍箔基的集流体形成强接合，其中， 该镍箔用作外表面材料。
一般来说，图3更清楚地显示了用于电池的周边的密封。
电极组件构筑于所述密封的周界之内。许多材料可以用作密封剂，包括 例如可固化的胶粘剂和热塑性聚合物。
当所述密封剂为胶粘剂时，将该胶粘剂应用于集流体的周边，将电池组 件包封于其内。然后在合适的条件下将该胶粘剂固化，以给出完全密封的电 池。然后使密封的电池进行电化学循环，以将其"形成"为可以立即使用。 在一些情况下，由于水的电解，该形成过程导致在电极上产生气体。在此情 况下，有必要在部分密封的电池上实施该形成，以不在电池中积聚气体，并(如果需要)补充失去的水，接着完成密封。这里，制作依照以下次序进《亍: 将电池的两个侧面或三个侧面密封，随后进行所述形成并补充电解液，然后 密封剩余的一个侧面或两个侧面。可选择地，将电池的所有的四个侧面都密 封，使得电池元件都被密封至一个集流体上，但不粘合最后一个集流体。于 是形成这种"开放的夹层结构"，如果需要则补充水，并再次使用胶粘剂4每 最后一个集流体密封至该组件上。合适的胶粘剂为购自3M的DP-190环氧 树脂。
胶合方法的缺陷是，最合适的胶粘剂需要几分钟或几小时来固化。依赖 于生产规模，这会使生产成本过高。在大量制造时，需要使用花费几秒钟而 不是几分钟或几小时来实施的方法。为了解决此问题，可以使用热塑性聚合 物垫圈。
如图4中的箭头12、 13、 14和15所示，对该垫圈所处的电池周边进行 加热。
在图5示意性地表示了该方法。
1、 在第一步骤[图5(a)]中，使用胶粘剂16将由热塑性聚合物形成的垫 圈17或18胶合至镍箔3或4上，以给出复合物。
2、 在第二步骤[图5(b)和图5(c)]中，在两片垫圈区域内构筑电池元件(例 如电极19或20以及隔膜21)。
3、 在最后一个步骤中，通过将对齐的聚合物零件接合而将独立的电池 片在22处粘合，因此将电池密封。
由于所述聚合物垫圈是热塑性的，因此聚合物/聚合物粘结可以通过对 界面直接施行加热而在几秒内完成，或者通过在该界面内间接施行加热的方 法(如采用超声波焊接)而在几秒内完成。除了加工时间更短，这种途径 的优点是，所述聚合物/聚合物粘结比金属/聚合物粘结更可靠，因此当在该 方法中用作最后一个步骤时，失败的可能性更小。
14为了形成步骤1的复合物，上述方法还需要固化时间为几分钟或几小时 的胶合步骤。然而，使用该方法，在上游加工中，耗时的胶合步骤可以独立 于对时间非常敏感的电池的组装/密封步骤而进行。这种分离确保了步骤2 和步骤3可以迅速完成。如果操作是基于连续的方法，那么可以经济地完成 步骤1。
合适的聚合物包括在电解液的存在下不会显著地溶胀或腐蚀的热塑性 材料。这样的材料包括聚丙烯、聚乙烯、縮醛、聚偏二氟乙烯以及尼龙。合 适的胶粘剂包括在电解液存在下不会显著地溶胀或腐蚀的胶粘剂，所述电解 液为例如用于一些复合型超级电容器或有机溶剂中的碱性溶液，所述有机溶 剂为例如用于锂离子电池或常规的双层超级电容器中的有机溶剂。这样的胶
粘剂包括3M的DP-190环氧树脂。
图6显示了智能卡23，该智能卡23包括两个电化学电池24和25。该 电池处于智能卡23的壁26和27内。该电化学电池24和25的外侧28和29 与所述智能卡23的壁26和27物理接触和电接触，或者与这些壁的内侧的 极板或触点(未示出)电接触。所述电化学电池24和25的内侧同样相互物 理接触和电接触。
图7显示出电池包封在导电塑料z4z中的实施方式。如前面所述，该电 池包括中孔镍正极l、碳负极2、集流体3和4、以及隔膜5。聚丙烯垫圈31 将电池的各端密封。
图8显示了电化学电池可选择的设计的截面图，其中在正极1和聚丙烯 膜32之间设置了氮化钛层33，所述聚丙烯膜32胶合到TiN层上。聚丙烯 垫圈31将电池的各端密封。
通过下列非限制性的实施例进一步说明本发明。
实施例1
15可压縮的超级电容器的组装以及测试
为了制备复合型超级电容器，将纳米结构化的镍钴电极与聚丙烯隔膜
(Celgard 3501)和250 (im的碳电极(Gore Excellorator)以及6M的KOH
(电解液)组合。用导电粘合剂涂覆由IO,的镍箔制成的用于所述碳电极 的集流体，以使其不会进入电池的电解液，但保持导电性。所述纳米结构化 的镍钴电极、碳电极和隔膜都具有相同的覆盖面积。
一旦如上面所述的与聚丙烯垫圈组装在一起，就将器件进行加热模塑至 将上述材料气密封接在一起，从而将所述电极完全包封起来。
发现该电池可以有效地进行可逆压縮。在74克力/平方厘米
(gm-force/cm2)下，该电池的厚度从321微米减少至300微米，可逆减少 了7%。在573克力/平方厘米下，该电池的厚度可逆减少了38%。上述压力 恰好处于商购的智能卡层压机器和技术的范围内。例如见中国Wuhan Wenlin Technology Co. Ltd.的WL-FA 1000层压机，该层压机的工作压力为4.5兆帕
(45.9X 103克力/平方厘米)。当从两边与所述镍集流体的两个外表面接触 时，将该电池压縮38%后发现该电池显示出优异的性能。
实施例2
具有外部密封剂和两层集流体的电化学电池的胶合和加热密封。 用与KOH溶液相容的粘合剂将30 pm厚的3 cmX 3 cm的正方形结构的 可热密封的聚丙烯薄膜胶合到10 ,厚的2 cmX2 cm的正方形的镍箔片上， 所述聚丙烯薄膜在中心处切出一个1.5 cmX 1.5 cm正方形空洞。将两个片对 准，使得所述聚丙烯膜上的"空洞"随后与下面的镍箔电接触，并使得聚丙 烯延伸至所述镍箔的边缘之外，以进行随后的加热密封。为了改善粘合剂与 镍的粘合，在胶合之前，将所述镍的待胶合的一侧涂覆一层溅射的3 pm厚 的氮化钛层。然后在80'C下固化该胶合的组件。
一旦胶粘剂完全固化，将预先沉积在镍箔上的2 cmX2 cm的纳米结构 化的镍电极放置在胶合的组件的镍箔一侧。然后将2 cmX2 cm的聚丙烯隔 膜片(Cdgard 3501)放置在所述纳米结构化的镍电极的上部。然后将内部 尺寸为2 cmX2 cm的3 cmX3 cm的正方形结构的聚丙烯垫圈添加到该叠层 上，使得内部尺寸对准所述纳米结构化的镍电极的覆盖区。在所述聚丙烯垫 圈的空洞内放置2 cmX2 cm的活性炭电极，所述活性炭电极使用导电粘合 剂粘结到镍箔集流体上。然后将6 M的KOH电解液注入该电极组件，并3每 第二胶合的组件放置在该叠层的上部，使得该胶合组件的镍箔部分与碳电极 的镍箔集流体接触。
然后将正方形的加热部件施用于正好位于该电极组件的周边的外侧的 叠层的边缘，以加热密封所述聚丙烯、并由此密封该电极组件。 一旦完成密 封，就将密封的电池与恒电位仪相连接并进行电化学调节以使其准备用于运 转。
该电池的示意图示于附图的图9中，该电池具有正极l，负极2，集流 体3a、 3b、 4a和4b，隔膜5，聚丙烯垫圈31， TiN层33，胶粘剂35和可热 密封的膜36。
实施例3
具有外部密封剂和单层集流体的电化学电池的胶合和加热密封。 用与KOH溶液相容的粘合剂将30pm厚的3cmX3cm的正方形结构的 可热密封的聚丙烯薄膜胶合到10 ,厚的2 cmX2 cm的正方形的镍箔片上， 在该镍箔片的一侧沉积有一层纳米结构化的镍电极材料，在另一侧沉积有3 pm厚的溅射的碳化钛层，所述聚丙烯薄膜在中心处切出的1.5 cmXl.5 cm 的正方形空洞。将所述片胶合，使得胶粘剂与涂覆在所述镍箔的一侧的氮化
17钛接触。将上述两个片对准，使得所述聚丙烯膜中的空洞随后与下面的镍箔 电接触，并使聚丙烯延伸至所述镍箔的边缘之外，以进行随后的加热密封。 然后在8(TC下固化该胶合的组件。
然后将2cmX2cm的聚丙烯隔膜片(Celgard 3501)放置在所述纳米结 构化的镍电极的上部。接着将内部尺寸为2 cmX2 cm的3 cmX3 cm的正方 形结构的聚丙烯垫圈加至叠层上，使得所述内部尺寸与所述纳米结构化的镍 电极的覆盖区对准。然后将6M的KOH电解液注入该电极/隔膜组件。将使 用导电粘合剂粘结到镍箔集流体上的由2 cmX2 cm的活性炭电极形成的组 件放置在所述聚丙烯垫圈的空洞内，该镍箔集流体依次胶合到中间具有1.5 cmX 1.5 cm的空洞的3 cmX3 cm的且厚度为30 pm的聚丙烯膜上。
接着将正方形的加热部件施用于正好处于该电极组件的周边的外侧的 叠层的边缘，以加热密封所述聚丙烯，并由此密封该电极组件。 一旦完成密 封，就将密封的电池与恒电位仪相连接并进行电化学调节以使其准备用于运 转。
该电池的示意图示于附图的图10中，该电池具有正极l，负极2，集流 体3和4，隔膜5，聚丙烯垫圈31， TiN层33、胶粘剂35和可热密封的膜 36。
实施例4
具有外部密封剂和单层的集流体的电化学电池的胶合和加热密封，该电 化学电池没有垫圈材料但具有延长的隔膜
用与KOH溶液相容的粘合剂将30 (im厚的3 cmX3 cm的正方形结构的 可热密封的聚丙烯薄膜胶合到10 pm厚的2 cmX2 cm的正方形的镍箔片上， 在该镍箔片的一侧沉积有一层纳米结构化的镍电极材料，在另一侧沉积有3 pm厚的溅射的碳化钛层，所述聚丙烯薄膜在中心处切出1.5 cmXl.5 cm的正方形空洞。将所述片胶合，使得胶粘剂与涂覆在镍箔的一侧的氮化钛接角虫。 将两个片对准，使得所述聚丙烯膜中的空洞随后与下面的镍箔电接触，并4吏 得所述聚丙烯延伸至镍箔边缘以外，以使得随后的加热密封得以进行。然后 在8(TC下固化该胶合的组件。
然后将2.5 cmX2.5 cm的聚丙烯隔膜片(Celgard 3501)从中心处放置 在所塑纳米结构化的镍电极的上部。然后将6M的KOH电解液注入该电极/ 隔膜组件。接着将由2 cmX2 cm的活性炭电极形成的组件放置在所述隔膜 的上部，该活性炭电极使用导电粘合剂粘结到镍箔集流体上，该镍箔集流体 依次胶合到中间具有1.5 cmX 1.5 cm的空洞的3 cmX3 cm的且厚度为30 ]im 的聚丙烯膜上。
接着将正方形的加热部件施用于正好处于所述电极组件的周边的外侧 的叠层的边缘，以加热密封所述聚丙烯并由此密封该电极组件。 一旦完成密 封，就将密封的电池与恒电位仪相连接并进行电化学调节以使其准备用于运 转。
该电池的示意图在附图的图11中示出，该电池具有正极l，负极2，集 流体3和4，隔膜5，聚丙烯垫圈31， TiN层33，胶粘剂35和可热密封的 膜36。
实施例5
使用导电塑料作为外部端子的电化学电池
将用镍箔集流体支撑的2 cmX2 cm的纳米结构化的镍电极放置在由处 于聚丙烯基体中的石墨颗粒构成的50 ,厚的3 cmX3 cm的导电塑料片的 上部。然后将2cmX2cm的聚丙烯隔膜(Cdgard 3501)放置在所述镍电极 上部。接着在隔膜上放置在中心处切出了 2 cmX2 cm的空洞的3 cmX3 cm 的聚丙烯垫圈。将2 cmX2 cm的活性炭电极放置在所述垫圈的空洞内，该电极使用导 电粘合剂粘结在10 |im厚的镍箔上。将6 M的KOH电解液注入该电极组件 叠层。为了完成叠层，将第二片3 cmX3 cm的导电塑料同心地放置在碳电 极及其集流体上。
接着将正方形的加热部件施用于正好位于该电极组件的周边的外侧的 叠层的边缘，以加热密封所述聚丙烯并由此密封该电极组件。 一旦完成密封， 就将密封的电池与恒电位仪相连接并进行电化学调节以使其准备用于运转。
该电池的示意图在附图的图12中示出，该电池具有正极l、负极2、隔 膜5、聚丙烯垫圈31和导电的可热密封的塑料层37。
实施例6
使用导电塑料作为外部端子的电化学电池 一 导电塑料不同 将用镍箔集流体支撑的2 cmX2 cm的纳米结构化的镍电极放置在100
pm厚的3 cmX3 cm的导电塑料片的上部，该导电塑料由嵌入聚偏二氟乙烯 (PVDF)基体中的镍网(nickel mesh)构成。然后将2 cmX2 cm的聚丙烯
隔膜(Cdgard 3501)放置在所述镍电极上部。接着在隔膜上放置在中心处
切出了 2cmX2cm的空洞的3cmX3cm的PVDF垫圈。
将2 cmX2 cm的活性炭电极放置在所述垫圈的空洞内，该电极使用导
电粘合剂粘结到10 pm厚的镍箔上。将6 M的KOH电解液注入该电极组件
叠层。为了完成叠层，将第二片3 cmX3 cm的导电塑料同心地放置在碳电
极及其集流体上。
接着将正方形的加热部件施用于正好位于该电极组件的周边的外侧的 叠层的边缘，以加热密封所述聚丙烯并由此密封该电极组件。 一旦完成密封， 就将密封的电池与恒电位仪相连接并进行电化学调节以使其准备用于运转。
该电池的示意图在附图的图12中示出，该电池具有正极l、负极2、隔膜5、聚丙烯垫圈31和导电的可热密封的塑料层37。 实施例7
使用导电塑料作为外部端子的电化学电池一隔膜延长且没有垫圈 将用镍箔集流体支撑的2 cmX2 cm的纳米结构化的镍电极放置在50 ,厚的3 cmX3 cm的导电塑料片的上部，该导电塑料片由处于聚丙烯基体 中的石墨颗粒构成。然后将2.7 cmX2.7 cm的聚丙烯隔膜(Cdgard 3501) 同心地放置在所述镍电极的上部。
将2 cmX2 cm的活性炭电极放置在隔膜上，该电极使用导电粘合剂粘 结到10pm厚的镍箔上。将6M的KOH电解液注入该电极组件叠层。为了 完成叠层，将第二片3 cmX3 cm的导电塑料同心地放置在碳电极及其集流 体上。
接着将正方形的加热部件施用于正好位于该电极组件的周边的外侧的 叠层的边缘，以加热密封所述聚丙烯并由此密封该电极组件。 一旦完成密封， 就将密封的电池与恒电位仪相连接并进行电化学调节以使其准备用于运转。
实施例8
用粘合剂包封周边的电化学电池
将2 cmX2 cm的纳米结构化的镍电极与2 cmX2 cm的Celgard 3501聚 丙烯隔膜和2 cmX2 cm的碳电极组装在一起，使得所述电极将所述隔膜夹 在中间。两个电极都固定在IO pm厚的镍箔集流体上。然后将6M的KOH 电解液注入该组件。
然后将该组件放入由聚四氟乙烯(PTFE)制成的2.2 cmX2.2 cm的柱 状塑模中，该柱状塑模包括两个向模槽内突出的垂直相对的1.7 cmX 1.7 cm 的正方形的底座。使该组装的电池牢固地保持在相对的底座之间，仅暴露出
21电池的棱边。然后用与KOH溶液相容的粘合剂填充该塑模。粘合剂固化之 后，打开塑模，取出电池。
一旦取出电池，就将密封的电池与恒电位仪相连接并进行电化学调节以 使其准备用于运转。
该电池的示意图示于附图的图13中，该电池具有正极l、负极2、集流 体3和4、隔膜5、和包封的粘合剂38。
权利要求
1、一种电化学电池，该电化学电池包括电极、电解液和隔膜，其特征在于，该电池在不超过100兆帕的压力下是可压缩的，以可逆地降低该电池的厚度，使得该电池的总厚度通过压缩而降低至少5％，并且其特征在于，该电池的互相电绝缘的至少两个外表面是导电的，和/或与各自的电极电接触。
2、 根据权利要求1所述的电化学电池，其中，该电池在不超过100兆 帕的压力下是可压縮的，以将该电池的厚度可逆地降低至少10%。
3、 根据权利要求l所述的电化学电池，其中，该电池在不超过20兆帕 的压力下是可压縮的，以将该电池的厚度可逆地降低至少5%。
4、 根据权利要求3所述的电化学电池，其中，该电池在不超过20兆帕 的压力下是可压縮的，以将该电池的厚度可逆地降低至少10%。
5、 根据权利要求3所述的电化学电池，其中，该电池在不超过4.5兆帕 的压力下是可压缩的，以将该电池的厚度可逆地降低至少5%。
6、 根据权利要求5所述的电化学电池，其中，该电池在不超过4.5兆帕 的压力下是可压縮的，以将该电池的厚度可逆地降低至少10%。
7、 根据权利要求3所述的电化学电池，其中，该电池在不超过l兆帕 的压力下是可压縮的，以将该电池的厚度可逆地降低至少5%。
8、 根据权利要求3所述的电化学电池，其中，该电池在不超过500000 帕的压力下是可压縮的，以将该电池的厚度可逆地降低至少5%。
9、 根据权利要求3所述的电化学电池，其中，该电池在不超过100000 帕的压力下是可压縮的，以将该电池的厚度可逆地降低至少5%。
10、 根据权利要求3所述的电化学电池，其中，该电池在不超过50000 帕的压力下是可压縮的，以将该电池的厚度可逆地降低至少5%。
11、 根据权利要求3所述的电化学电池，其中，该电池在不超过10000 帕的压力下是可压縮的，以将该电池的厚度可逆地降低至少5%。
12、 根据权利要求3所述的电化学电池，其中，该电池在不超过10000 帕的压力下是可压縮的，以将该电池的厚度可逆地降低至少10%。
13、 根据前述权利要求中任意一项所述的电化学电池，其中，该电化学 电池的总厚度不大于1 mm。
14、 根据权利要求13所述的电化学电池，其中，该电化学电池的总厚 度不大于600 (im。
15、 一种具有电源的智能卡，该智能卡包括至少一个前述权利要求中任 意一项所述的电化学电池。
16、 根据权利要求15所述的智能卡，其中，该智能卡通过与所述电池 的外表面或多个所述电池的最外面的表面接触的极板而从一个或多个所述 电化学电池中收集电能，其中所述极板至少部分地覆盖了用于容纳一个或多 个所述电池的卡内空间的壁。
17、 一种电化学电池，该电化学电池包括电极、电解液和隔膜，其特征 在于，该电池通过聚合材料来密封，其中在包含有所述电池的主体的材料与 该密封材料之间引入陶瓷层、石墨层或氧化物材料层。
18、 根据权利要求17所述的电化学电池，其中，位于所述电池的主体 与所述密封材料之间的材料层为氮化钛。
19、 根据权利要求17、和权利要求1-14中任意一项所述的电化学电池。
20、 根据权利要求19所述的电化学电池，其中，位于所述电池的主体 与所述密封材料之间的材料层为氮化钛。
全文摘要
用于智能卡的电化学电池，该电化学电池在不超过4.5兆帕的压力下是可压缩的，以将该电化学电池的厚度可逆地降低至少5％，并且该电化学电池具有至少两个互相电绝缘的外表面(3，4)，所述外表面是导电的，和/或与各自的电极(1，2)电接触。
文档编号H01M8/02GK101569029SQ200780047328
公开日2009年10月28日 申请日期2007年10月31日 优先权日2006年10月31日
发明者C·赖特, D·皮特, J·斯威尼, P·A·纳尔逊 申请人:纳诺泰克图有限公司