专利名称：具有薄型、平滑和柔性金属壳体的原电池的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种具有薄型、平滑和柔性的金属壳体的原电池。
背景技术：
诸如“有源智能卡”上的能量-存储装置要求总厚度小于0.5mm的超薄型、柔性的原电池。在这种薄型、电子芯片卡上采用平板能量-存储装置旨在用作集成电路-芯片(IC-chips)或者诸如嵌入式的微型传感器类的其他的零件的电源。
在厚度小于0.5mm超薄型能量-存储装置的情况下，其壳体的设计和制造壳体所采用的材料都成问题。固体金属箔或者塑料-金属-塑料叠层材料可以用作壳体的槽和盖板。这类材料的已知例子是经涂敷，层压的铝箔。然而，铝箔通常是不适用的，因为这种叠层材料的厚度只有在80μm-120μm时才是足以耐用。这么厚的厚度需要添加不希望有的“惰性”材料，因为它对整个组装电池的能量密度有很大的负面影响。在使用上述类型材料的情况下，人们致力于研制由固体金属箔制造的壳体，尽管这种壳体的典型厚度为15μm-35μm，优选为16μm-25μm，但是当作为密封箔和电极使用时即使发生变形时，具有不损害任选塑料密封圈的高的机械柔性和耐用性以及优异的粘着性。
钮扣电池的固体金属壳体一般由不锈钢、双金属(镍-不锈钢)的叠层、或者三金属(镍-不锈钢-铜)的叠层组成。它们的外层镍层便于用户接触；内部的铜层可使电池内部接触，并电化学接地。
然而，轧制不锈钢至20μm-25μm的厚度是困难的和极其昂贵的。如果再将上述双金属的或者三金属的叠层优点考虑进去，那么上述问题会变得更加突出，这是因为添加一个或者二个多金属层增加了他们的厚度。另外，被轧制的材料具有使电极和插在槽和盖板之间的绝缘密封箔内接触的极平滑表面以及外接触消耗(drain)要难得多。特别是，在大规模生产时，很难使薄型不锈钢箔的表面变粗糙，事实上没有解决问题的方法。
诸如镍箔的许多金属箔可能由于他们的电化学不相容性而被排除在外。
铜是最满足迄今已经提到的所有要求的金属，因为可以很容易地将它们轧制成10μm以下厚度的箔，其外部消耗比不锈钢更容易，并且其硬度或者柔软度可经过轧制或者退火改变。所有这些加工过程是廉价进行的，并且铜具有足以供许多种原电池使用的电化学寿命。
当在有源智能卡上采用薄型原电池时，对不同的卡轴反复弯曲(ISO弯曲试验)是有重大意义的，不应该有皱褶，撕裂，或者损害他们的外壳体(在塑料信用卡情况下)和出现原电池。
发明内容
本发明的问题是提出一种在有源芯片卡上使用时满足要求，特别是抗弯能力和扭转应力有关的机械寿命要求的原电池。
本发明通过具有权利要求1所述特征的上述类型的原电池解决了那些问题。本发明的有益实施方案如从属权利要求所述。
具体实施例方式
含有至少一种合金添加剂的铜最符合那些要求。根据本发明，电池的壳体由含95％(重量)铜的铜材料制备的箔构成，其体积弹性模量已经通过铜与至少一种选自于主族的轻金属合金化发生改变，以使制造原电池的方式符合关于控制嵌入″有源智能卡″的ISO-标准，原因是电池将通过DIN ISO7816-1规定的ISO弯曲试验和DIN ISO/IEC10373规定的测试程序。
铜和合金金属的原子序数相差至少15，但不超过26，并且它们的熔点相差至少400℃，但是不超过950℃，在因离子半径小的多的金属合金化而占据了晶格空隙形成硬球形最大堆密度时而扩大了原子数的差异，这将对合金的柔韧性和延展性产生有益的影响。结果，其熔点的巨大差异意味着这些键对铜晶格的严重变形不起作用。低熔点意味着具有由合金离子带来的低的晶格能。本发明的合金轻金属优选进入二价键，优选地晶化成六方最致密的硬球形堆积结构，并且在形成合金时改变铜的面心立方硬球形堆积，以使其8.94g/cm3的铜质量密度至少改变了0.03g/cm3。
适合作为有益合金的金属是锂，镁和铝，采用镁对本发明目的来说是特别有益的。
合金添加剂百分比含量是0.01％(重量)至0.2％(重量)，优选范围是0.05％(重量)至0.15％(重量)。
电池的厚度优选小于0.5mm并且额定电容小于50mAh。
理想情况下，在金属-合金箔的一侧上电化学沉积一层铜微晶以粗糙其表面层，即当电池后来被装入壳体时为了提供电极和密封箔粘性而向里面的那一侧。德国专利申请10108695.4公开一种沉积这种层的方法。
实施例通过将已经在360℃热激活的77％(重量)的褐锰矿(电解MnO2)，6％(重量)的石墨(Timrex KS 6)，2％(重量)的导电碳黑(Erachem Super P)，7％(重量)的聚偏二氟乙烯-六氟丙烯(Elf Atochem Kynar Flex 2801)，和8％(重量)的碳酸丙烯酯(Merck)的丙酮溶液充分混合制备一种浆体，把形成的浆体铺展到聚烯烃(Calgard 2500聚丙烯)隔膜上。溶剂进行蒸发和形成的条状物在110℃真空干燥48小时，浸入87％(体积)的碳酸丙烯酯/13％(体积)的碳酸甲乙酯中含有0.96M LiClO4组分的有机锂电解质中。把电极-隔膜组件冲出面积为1.6cm×2.3cm的插入铜箔壳体中的板坏，在覆盖侧上事先已压上了锂，除铜晶体层之外，如果需要，其槽侧涂有石墨基的导电增强剂。在它们的槽和盖板之间，在铜与铜接触的每一个部位有一绝缘层(密封层)，随后用超声波焊接该槽和盖板。根据本发明，它们的铜壳体用0.11％(重量)镁合金化。
按这种方式制造的原电池符合关于控制嵌入″有源智能卡″的ISO-标准，原因是电池将通过DIN ISO7816-1规定的ISO弯曲试验和DIN ISO/IEC10373规定的测试程序。在动力学-弯曲试验中，卡以每分钟30次的频率弯曲(0.5Hz的弯曲频率)纵向地被弓成2cm和横向被弓成1cm。在此试验下，卡必须能在四种可能方向的每个方向上弯曲至少250次后保持完好，即总共1,000次弯曲没有遭到破坏。在动力学-扭转试验中，卡以每分钟30次的扭转频率(0.5Hz的扭转频率)相对于它们的纵轴±15°扭曲。该标准要求卡1,000次扭曲后保持完好，没有对它们的芯片功能有任何损害或者对卡有明显的破坏。
权利要求
1.一种具有薄型、平滑和柔性金属壳体的原电池，其中该壳体含有一个由至少含有95％(重量)铜和一种选自于主族的轻金属合金添加剂的铜材料制备的箔，铜和合金轻金属的原子序数相差至少15，但不超过26，并且熔点相差至少400℃，但是不超过950℃，其中，在化合物中合金金属是一价到三价并且在形成合金时改变铜的面心立方硬球形堆积，以使其8.94g/cm3的铜质量密度至少改变了0.03g/cm3，和箔在对着壳体内部的侧上有一粘合涂层。
2.如权利要求1的原电池，其中形成粗糙的粘合涂层由电化学沉积的铜晶体构成。
3.如权利要求1或者2的原电池，其中合金添加剂的百分比含量是0.01％(重量)至0.2％(重量)，并且优选是0.15％(重量)。
4.如权利要求1-3中任意一项的原电池，其中合金添加剂是镁，并结晶化成六方最致密硬球形堆积结构。
5.如权利要求1-4中任意一项的原电池，其中电池的厚度小于0.5mm和额定电容小于50mAh。
全文摘要
在薄型、平滑和柔性的原电池中，其壳体含有一个由至少含有95％(重量)铜和一种选自于主族的轻金属合金添加剂的铜材料制备的箔，铜和合金轻金属的原子序数相差至少15，但不超过26，并且它们的熔点相差至少400℃，但是不超过950℃，和其中在化合物中合金金属是一价到三价并且在形成合金时改变铜的面心立方硬球形堆积，以使其8.94g/cm
文档编号C22C9/00GK1428877SQ02128179
公开日2003年7月9日 申请日期2002年12月20日 优先权日2001年12月20日
发明者F·比尔克-萨拉姆, T·维尔勒, P·比尔克, K·霍尔, S·费尔斯特, H·施特尔茨格, D·伊利克 申请人:瓦尔达微电池有限责任公司