专利名称：生产薄电池的方法
技术领域：
本发明涉及薄电池的生产，换言之，涉及可以在一定程度上进行弯曲而不会影响电池的性能的薄柔性电池的生产。
背景技术：
薄电池包括被依次布置从而相互对准到预定位置的多个材料层。为了避免薄电池内从一层到另一层的电短路切口，电池的各层布置在期望位置处是重要的。将材料层相互布置到预定和期望位置的另外原因在于保证电池性能的一致性以及保证薄电池的一致外观。先前已有薄电池的生产方法，其中，电池的各层被切割成预定形状和尺寸。在切割步骤以后，这些切割件被安放在薄电池内的期望位置处并且电池的各层彼此附连。上述的生产方法存在某些问题并且由此当前生产过程是复杂和缓慢的。第一问题在于将这些层相互对准到期望位置是困难的。实际上，要进行对准和组装的工件的尺寸很小并且很难将这些工件安置在电池内的正确位置处。第二问题在于如何低成本高准确度将这些分立的小工件传送至预定位置。第三，由于在将材料层相互对准到预定和期望位置的过程中存在很多问题，所以当前不能够保证电池性能的一致性和薄电池的外观的一致性。
发明内容
本发明的一个目的在于解决上述缺点并且提供与现有技术方案相比较更加简单更加有效的生产薄电池的方法。本发明还涉及利用这种方法生产的薄电池。利用独立权利要求1的方法、独立权利要求12的薄电池和独立权利要求13的设备实现本发明的目的。在本发明中，包括阳极半电池的阳极腹板(anode web)和包括阴极半电池的阴极腹板(cathode web)用于生产薄电池。这两个腹板能够进行彼此对准和附连以生产薄电池。此外，可以通过在各腹板上施加材料层独立制备这两种腹板，从而制备具有薄电池的各个部分即薄电池的阳极和阴极(即，阳极和阴极半电池)的两个腹板。这种制备使得可以避免对将分立工件进行彼此对准的需要，这是因为所需层能够直接施加在各个腹板上并且以后在与腹板附连的同时被切割成期望形状。这简化了生产过程并且减少生产单个薄电池所需的时间。在从属权利要求中公开了本发明的优选实施例。
在下文中，将举例并参照附图更加详细地描述本发明，其中图1和图2示出了薄电池的材料层，图3显示了示出薄电池的生产方法的分解图，
图4显示了示出生产具有阳极的腹板的腹板线，图5显示了示出生产阴极半电池的腹板线，以及图6显示了示出用于将阳极和阴极层合在一起的过程的腹板线。
具体实施例方式图1和图2示出了薄电池的材料层。这些附图没有按照比例进行绘制并且层的厚度并非意图反映材料层的实际厚度。薄电池的厚度低于3mm，通常是0.3到1.0mm，更加通常是0. 6到0. 8mm。电池密封在图1和图2中，第一盖层1被布置为最上层，第二盖层2被布置为最下层。举例来讲，这里假设第一和第二材料层1和2是薄电池的最外层，并且这些层通过粘合层进行彼此附连以保护薄电池的内部以及将薄电池保持在一个工件中。然而，诸如应用腹板 (application web)的自然附加层能够在层1和层2上附连到薄电池。应用腹板可以传送例如RFID (射频标识符)标签或者其它电子元件(例如，传感器或数据记录器)。阳极和阴极阳极材料4通过粘合层3(图2未示出)附连到第一盖层1。第一隔离物层5布置在阳极材料4与电解粘结剂6之间。在这些图中，第二隔离物层7布置在电解粘结剂6之下和阴极材料8之上。最后，阴极收集器材料9布置在第二盖材料2与阴极材料8之间。端子为了制造电池端子，在第一盖层1和粘合层3中形成两个端子孔10和11。第一孔 10位于阳极材料4的上方，用作第一电池极。由于图2的层4、层5和层7中所示的切口 12 以及由于层6和层8的较小尺寸，第二端子孔11定位为与阴极收集器材料9重叠，用作第二电池极。隔离物和电解粘结剂的尺寸在图1中已经示出与第一隔离物层5和第二隔离物层7之间的电解粘结剂6和周围的层相比，第一隔离物层5和第二隔离物层7之一或二者略微较长/较大(即具有较大表面积)，以便有效地防止薄电池的阳极与阴极(侧)的电接触。然而，在材料层能够以足够的准确度彼此对准到预定位置的情况下，这并非在所有实施例中都是必需的。图3显示了示出薄电池的生产方法的分解图。在下文中将首先解释阳极半电池腹板的生产，尽管在现实中还可以从阴极半电池腹板的生产开始或者同时生产这两个腹板。第一隔离物层5能够由例如从辊子解绕的纸或聚合物膜构成。在方法步骤A中，第一表面13即图3中的上表面设置有粘合脱模剂(附图中未示出)，该粘合脱模剂可以是清漆、真漆或硅或者它们的组合。例如，通过印刷、涂覆、喷洒或刷光可以在第一隔离物层5的第一表面13上施加该粘合脱模剂。除了为阳极4保留的区域以外，粘合脱模剂被布置为基本上覆盖整个第一表面13。隔离物5的粘合脱模剂覆盖区域 (以后的废弃部分)用作脱模剂衬垫。在方法步骤B中，在第一隔离物层5的第一表面13的所述第一侧上的为阳极4保留而没有粘合脱模剂覆盖的那些区域中施加阳极材料4。例如，该阳极材料可由例如含有锌粉的阳极墨、粘结剂材料和炭组成。例如，通过印刷施加阳极墨。在施加阳极材料4以后，可以使其干燥。在方法步骤C中，采用可以是从辊子解绕的连续腹板的第一盖层1。例如，该第一盖层1的材料可以是PP (聚丙烯)或PET (聚对苯二甲酸乙二醇酯)或MPET (金属化聚对苯二甲酸乙二醇酯)。在这种情况下，有效地将薄电池的内部密封以与外部环境分开。所述辊子上的盖层1可以设置有粘合层3(在图3中的它的下表面上)。或者，可以在从辊子解绕第一盖层以后施加粘合层3。例如，粘合层3可以由丙烯酸胶或橡胶胶构成。具有粘合层3的盖层1附连到第一隔离物层5，从而使得第一盖层1的粘合剂附连到阳极材料4，该阳极材料4附连到第一隔离物层5。在这个阶段，第一隔离物层5的第一表面13上的粘合脱模剂阻止粘合层3有力附连到第一隔离物层5中的、存在粘合脱模剂和形成脱模剂衬垫的隔离物层5的以后废弃部分的那些区域中。在步骤D中，从第一隔离物层5的第二侧14即图3中的第一隔离物层5的底侧的方向上对第一隔离物层5设置切口 15。切口 15穿透第一隔离物层5，还可能穿透位于第一隔离物层5的第一表面13上的粘合脱模剂，但是不会深入到粘合层3。该切口被布置为对包括一个阳极的阳极材料4的阳极半电池进行划界。实际上，切口 15被布置为遵循阳极4 的外界。在步骤E中，通过在与附连阳极半电池的第一盖层1的不同方向上拖拉第一隔离物层5的废弃部分去除该废弃部分。由于粘合脱模剂已经阻止粘合层3有力地附连到第一隔离物层，所以去除是容易的。在去除废弃部分之前可以对腹板进行加热以有利于去除。实际上，在一个部分中去除已经施加形成脱模剂衬垫的粘合脱模剂的第一隔离物层5的基本整个部分(除划界的阳极材料4以外的任何东西)。在步骤E以后，具有阳极半电池的腹板即阳极已经完成。在该腹板直接用于附连到具有阴极半电池的腹板的情况下，不需要任何附加测量。然而，在没有立即执行与具有阴极半电池的腹板进行附连而需要将具有阳极半电池的腹板进行重新卷曲以用于中间存储的情况下，可以使得具有阳极半电池的腹板与脱模剂衬垫进行接触。在这种情况下，脱模剂衬垫将覆盖位于图3中的第一盖层1的底表面上的粘合层3。以后一旦从辊子拖出时，该脱模剂衬垫能够被去除从而使得粘合层3能够被暴露并且能够用于附连到具有阴极半电池的腹板。在步骤F中，启动具有阴极的腹板即阴极半电池的生产。在这个例子中，例如， 通过从辊子进行解绕采用第二盖层2。例如，该第二盖层2的材料可以是PP(聚丙烯)或 PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)。在这种情况下，有效地将薄电池的内部进行密封以与周围环境分开。在第二盖层2的第一侧16上的为阴极保留的区域上设置阴极收集器材料9。在图3中该第一侧16向上翻转并且在图3中为阴极保留的区域已经设置了阴极收集器材料 9。阴极收集器材料9可以由诸如炭墨或银墨的导电墨或者例如通过印刷施加的其它导电材料构成。在步骤G中，阴极材料8布置在所述阴极收集器材料9上。阴极材料8的大小和形状与阴极收集器材料9不同并且也在图3中进行了显示。这用于确保阴极收集器材料9 能够用作薄电池的第二极(如结合图1进行解释)。阴极材料8可以由例如通过印刷施加并且含有例如MnO2、电解液和添加剂的阴极糊状物构成。如与阳极生产结合解释，其它类型的施加方法也是可行的。
在步骤H中，例如通过从辊子进行拖拽使用第二隔离物层7。例如，第二隔离物层 7可由纸构成。电解粘结剂6施加在第二隔离物层7的第一侧17的预定粘结剂区域上。在图3中，该第一侧17向上翻转。电解粘结剂6可以含有氯化锌(ZnCl2)、水、粘结剂和期望的添加剂并且它能够通过例如印刷施加在第二隔离物层上。在步骤I中，第二盖层2和第二隔离物层7对准在预定相互位置并且彼此接触，从而它们通过阴极材料8在第二盖层2的第一侧16面对第二隔离物层7的第二侧18的位置处进行彼此附连。在图3中，第二隔离物层的第二侧18向下翻转。由于这种对准，阴极材料8安置在与电解粘结剂6区域对应的位置处但在第二隔离物层7的相对侧上。在步骤J中，从第二隔离物层的第一侧17穿过第二隔离物层7生产切口。生产这些切口以对在步骤H中利用电解粘结剂6印刷的第二隔离物层7的那些区域进行划界。该切口穿透第二隔离物层7但是基本上不会更深超过第二隔离物层7。在该连接中，短语“基本上不会更深”意图表明该切口没有穿透其它层，尽管可以使用切割工具(例如，比第二隔离物层7的厚度略长的金属片)。在步骤K中，通过在与第二盖层2的不同方向上进行拖拽去除第二隔离物层7的废弃部分。由于切口已经对阴极(即包括阴极收集器材料9、阴极材料8、电解粘结剂6和第二隔离物层7的一部分的阴极半电池)划界，所以隔离物层7的废弃部分不再附连到生产的阴极半电池。在这个步骤以后，阴极腹板准备与阳极腹板进行接触，从而使得这些腹板对准到相互的预定位置。在薄电池内部，阴极半电池的电解粘结剂6附连到阳极半电池的第一隔离物层5 的第二侧(表面14)。此外，第一盖层1上的粘合层3附连到第二盖层2，以便将薄电池的内部进行密封以与电池外部的环境分开。图4示出了具有阳极的腹板的生产。图4所示的设备能够用于通过结合图3解释的方法生产阳极。隔离物层5从辊子19进行解绕并且传送到粘合脱模剂印刷装置20，粘合脱模剂印刷装置20在第一隔离物层5的第一表面13上施加粘合脱模剂。采用干燥器21以对粘合脱模剂进行干燥处理。还可以使用几个接连的粘合脱模剂层，分别接连施加这些层和对这些层进行干燥。在进行干燥以后，该腹板被馈送到阳极墨印刷装置22，阳极墨印刷装置22在第一隔离物层5的为阳极保留的没有印刷粘合脱模剂的区域上施加阳极材料4。采用干燥器23 对阳极材料4进行干燥处理。在这个例子中，假设第一盖层1已经预先设置了粘合层3，并且为了能够将第一盖层1存储在辊子上作为腹板，例如硅纸的脱模剂衬垫已经附连以覆盖粘合层。该腹板从辊子进行解绕并且传送到冲孔器对，冲孔器M将端子孔10和11冲入第一盖层1和粘合层 3。此后，脱模剂衬垫通过导辊25去除并且脱模剂衬垫重新缠绕在辊子沈即脱模剂衬垫重绕机上。具有粘合层3的第一盖层1和具有粘合脱模剂的隔离物层5被集合到一起并且通过层合机27进行彼此附连。层合机27包括具有切割片四的辊子观，该切割片四将切口生产到隔离物层5中从而通过切口对阳极进行划界。在图4中的虚线椭圆中示出了辊子观和切割片四的放大正视图。在这个例子中，已经假设切割片四具有一般矩形形状，然而，一旦切割片穿透隔离物层5，从角去除一部分(如图2中的标号12所示)以为第一隔离物层5生产期望形状。该结果是一种适压切割(kiss cutting)，其中，切割片深入隔离物5和粘合脱模剂。然而，不需要切割至第一隔离物层5以外的任何其它材料层就能够完成这种适压切割。已经通过生产的切口与阳极半电池进行划界的隔离物层5的废弃部分46与阳极腹板进行分离并且在层合机27以后被传送到废弃重绕机45。在层合机27以后，阳极腹板制备与阴极腹板在一起进行使用，以便生产薄电池。 然而，在需要阳极腹板的中间存储的情况下，新的脱模剂衬垫能够从脱模剂衬垫解绕机30 进行解绕并且附连到阳极腹板以覆盖粘合层3 (否则，粘合层3将被暴露)。此后，具有新脱模剂衬垫的阳极腹板能够重新缠绕在阳极重绕机31上。图5示出了具有阴极即具有阴极半电池的腹板的生产。图5所示的设备可通过如结合图3解释的方法用于生产阴极半电池并且与通过结合图4解释的设备生产的阳极腹板一起进行使用。第二盖层2从辊子32解绕并且传送到印刷装置33，印刷装置33在第二盖层2的第一侧16上施加阴极收集器材料9。采用干燥器34以加速阴极收集器材料9的干燥处理。 在干燥处理以后，阴极收集腹板重新缠绕在阴极收集重绕机47上。图6示出了将阳极与阴极收集器层合在一起的过程，即，图6示出了薄电池生产方法中的最后步骤。此后，腹板传输阴极收集器从重绕机47进行解绕并且传送至设备35，设备35通过印刷在阴极收集器材料9上施加阴极材料8。第二隔离物层7从第二隔离解绕机36进行解绕并且传送至电解粘结剂印刷机37， 在电解粘结剂印刷机37处，电解粘结剂6被印刷在第二隔离物层7的表面17上。具有阴极收集器材料9和阴极材料8的第二盖层2以及具有电解粘结剂6的第二隔离物7被集合到一起并且通过冲刀38进行彼此附连。冲刀38还包括类似辊子观，辊子 28具有切割片29，如先前结合图4所述。因此应用适压切割的形式，其中，第二隔离物层7 设置有切口以通过该切口对阴极即阴极半电池进行划界。第二隔离物层7的废弃部分48 被移到辊子39。此后，阴极腹板准备与阳极腹板进行连接。在这个例子中，阳极腹板从辊子31进行解绕。该腹板然后被传送至导辊40，从而将第二脱模剂衬垫移至脱模剂衬垫重绕机41。在同时生产阳极腹板与阴极腹板而没有任何中间存储的情况下，图6中的设备的这个部分自然不是必需的。在层合机43中阳极腹板与阴极腹板被层合在一起。最后，在图6中，薄电池内的生产的腹板重新缠绕在电池腹板重绕机44上。根据需要，通过这种方法薄电池的整个辊子能够被传送给希望例如通过自动从该腹板切割薄电池并且将它们安装在产品中的设备进一步处理薄电池作为连续腹板的客户。或者，替代将该腹板卷在辊子上，能够采用切割装置以切割薄电池之间的腹板，从而使得薄电池彼此分离。 通过这种方法获得单个或独立薄电池以用于另外动作。在以上解释中，由于应用于薄电池的不同层的材料是已知的现有技术，所以仅仅举例指示不同层的材料。自然，替代上述材料或除了上述材料以外，能够使用适用于薄电池的其它材料。在先前解释中，已经描述了不同腹板彼此被对准到相互的预定位置。针对如下执行这种对准-具有阳极材料4的第一隔离物层5和第一盖层1，-具有电解粘结剂6的第二隔离物层7和具有阴极收集器材料9和阴极材料8的第二盖层2，以及阳极腹板和阴极腹板。在所有上述的对准过程中，能够使用自动检测器，它监视各个腹板上的具有特定材料的区域的对准标记或位置。通过图6中的标号42举例指示的这种自动检测器例如可以是光学或超声检测器。应该明白，以上描述和附图仅仅用于示出本发明。本领域技术人员应该明白，在不脱离本发明的范围的情况下能够修改和改动本发明。
权利要求
1.一种生产薄电池的方法，其特征在于，所述方法包括使用包括阳极的阳极腹板，所述阳极由依次施加的多个材料层(1，3，4，幻组成，这些材料层(1，3，4，5)相互对准并且大小适用于薄电池，使用(F，G，H，I，J)包括阴极收集器的阴极腹板，所述阴极收集器由依次施加的多个材料层(2，6，7，8，9)组成，这些材料层(2，6，7，8，9)相互对准并且大小适用于薄电池， 将所述阳极腹板与所述阴极腹板对准到相互的预定位置， 使所述阳极腹板和所述阴极腹板彼此接触(K)，以及响应于所述接触，将所述阳极附连到对应阴极收集器以生产薄电池。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述使用包括阳极的阳极腹板包括在第一隔离物层( 的第一侧(13)上施加(A，B)粘合脱模剂，从而在为阳极保留的区域上不施加所述粘合脱模剂，在所述第一隔离物层(5)的所述第一侧(1 上施加阳极材料以覆盖所述为阳极保留的区域，在所述第一隔离物层( 的顶部上彼此对齐布置(C)第一盖层(1)与粘合层(3)，从而使得所述阳极材料(4)和各个所述粘合脱模剂被安置在所述第一盖层(1)与所述第一隔离物层(5)之间，从所述第一隔离物层(5)的第二侧(14)贯穿第一隔离物层(5)生产⑶切口(15)，所述切口(15)穿透至少所述第一隔离物层(5)但不会更深入到粘合层(3)，用于通过所述切口(1 从第一隔离物层(5)的废弃部分G6)对包括所述阳极材料的阳极进行划界， 以及移除(E)第一隔离物层(5)的所述废弃部分G6)。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，通过印刷(20,2 施加所述粘合脱模剂与所述阳极材料中的至少一个。
4.根据权利要求1到3的任何一个所述的方法，其特征在于，所述方法包括在所述第一盖层(1)中切割(24)端子孔(10，11)。
5.根据权利要求2到4的任何一个所述的方法，其特征在于，所述使用包括阳极的阳极腹板包括将所述阳极腹板与脱模剂衬垫进行接触，从而使得脱模剂衬垫覆盖位于所述第一盖层 ⑵上的所述粘合层(3)，临时将阳极腹板缠绕在辊子(31)上， 接下来从所述辊子(31)拖拽所述阳极腹板，以及从位于所述第一盖层(1)上的所述粘合层( 移除(40，41)所述脱模剂衬垫。
6.根据权利要求1到5的任何一个所述的方法，其特征在于，所述使用阴极腹板包括 在第二盖层O)的第一侧(16)上的为阴极保留的区域上施加(F)阴极收集器材料(9),在所述阴极收集器材料(9)上施加(G)阴极材料(8)，在第二隔离物层⑵的第一侧(17)的预定电解粘结剂区域(6)上施加(H)电解粘结剂(6)，将所述第二盖层( 和所述第二隔离物层(7)依次对准(I)到相互的预定位置，其中，第二盖层(2)的所述第一侧(16)面对第二隔离物层(7)的第二侧(18)，并且位于与电解粘结剂(6)区域对应的位置处但位于与电解粘结剂(6)区域相较的第二隔离物层(7)的相对侧上的阴极材料(8)将所述第二盖层( 与所述第二隔离物层(7)进行彼此附连，从所述第二隔离物层(7)的所述第一侧贯穿第二隔离物层(7)生产(J)切口，该切口基本不穿透更深以到达第二隔离物层(7)，用于对包括所述阴极收集器材料(9)、所述阴极材料(8)、所述电解粘结剂(6)以及位于所述阴极材料( 与所述电解粘结剂(6)之间的所述第二隔离物层(7)的阴极进行划界，以及移除(K)不是由所述切口进行划界的阴极的一部分的第二隔离物层(7)的废弃部分 08)。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，通过印刷(33，35，37)施加至少所述阴极收集器材料(9)、所述阴极材料( 或所述电解粘结剂㈩)。
8.根据权利要求6或7所述的方法，其特征在于，所述电解粘结剂和在其上施加的电解粘结剂(6)的表面积分别小于第一隔离物层和第二隔离物层(5，7)的表面积。
9.根据权利要求2到8的任何一个所述的方法，其特征在于，切口的所述生产涉及利用被布置为从支撑件08)突起一定距离的片( )，所述距离稍微大于生产切口的材料层 (5,7)的厚度，并且朝生产切口的材料层(5，7)挤压所述片(29)和支撑件( )，直到支撑件(28)接触所述材料层(5，7)。
10.根据权利要求1到9的任何一个所述的方法，其特征在于，所述第一盖层和第二盖层(1，幻以及所述第一隔离物层和第二隔离物层(5，7)从各个辊子进行解绕。
11.根据权利要求1到10的任何一个所述的方法，其特征在于，彼此附连的所述阳极和阴极腹板重新缠绕在辊子G4)上。
12.根据权利要求1到11的任何一个所述的方法生产的薄电池。
13.根据权利要求1到11的任何一个所述的方法生产薄电池的设备。
全文摘要
本发明涉及生产薄电池。为了实现快速简单的生产过程，该方法包括使用(A，B，C，D，E)包括阳极半电池的阳极腹板，所述阳极半电池由依次施加的多个材料层组成，这些材料层相互对准并且大小适用于薄电池；使用(F，G，H，I，J)包括阴极半电池的阴极腹板，所述阴极半电池由依次施加的多个材料层组成，这些材料层相互对准并且大小适用于薄电池；将所述阳极腹板与所述阴极腹板对准到相互的预定位置；以及将所述阳极腹板与所述阴极腹板进行彼此接触从而将所述阳极半电池附连到对应阴极半电池以生产薄电池。
文档编号H01M6/12GK102576880SQ201080035393
公开日2012年7月11日 申请日期2010年6月21日 优先权日2009年6月26日
发明者李守军 申请人:恩福电池有限公司