电化电池的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及包括与相应的第一和第二电极电接触的第一和第二集电器的电化电池的领域。具体地，本发明涉及具有大的机械柔韧度的薄膜电池。
【背景技术】
[0002]在大量不同电池类型之中，存在所谓的薄膜电池。这些电池仅包括纳米级、微米级或毫米级的厚度。它们可能具有比较小的尺寸且因此通常可应用于范围广泛的不同应用。通常，此类电池或电化电池可形成为任意形状。它们可层叠，并联地使用，并且通常提供比较大的能量密度。
[0003]薄膜式电化电池还可提供特定的机械柔韧性。因此，它们通常是可弯曲的且可在一定程度上弹性变形。
[0004]电化电池通常包括阳极、阳极集电器、阴极、阴极集电器和在阳极与阴极之间延伸的分隔件。电化电池浸渍有电解液，并且由于它一般是液体，所以它必须被容纳在密闭的外部封装件中。此外，为了提供期望的机械柔韧性，阳极和阴极集电器需要提供相应的柔韧特性。由于集电器通常布置在阳极和阴极的面向外侧的部分处，所以它们可能尤其在电化电池弯曲时承受机械应力。
[0005]在实践应用中且尤其在多次弯曲或折叠操作之后，例如在曲率半径为1mm的约100或500次弯曲操作之后，常规集电器可能呈现裂开的结构或甚至趋于至少在它们的表面上显示损坏的部分。因此，此类通常基于金属箔形成的集电器往往响应于重复的弯曲或折叠操作而劣化并泄漏。
[0006]薄而柔韧的电化电池——例如薄膜型电池——的多层结构在互相结合或互相连接的各层之间的距离相当大时对弯曲或折叠相当敏感。当例如如图1所示的两个重叠基板1、2例如借助于具有特定厚度的粘接剂3沿侧边互相结合时，基板1、2弯曲成曲线或弯曲构型1’、2’导致粘接剂3’的实质性剪切。为了使例如电化电池的大致重叠层结合或互相连接，要么必需使用相当柔韧的粘接剂，要么粘接剂的厚度应当被减至最低，以便减少这种弯曲导致的剪切及其对粘接剂的紧密度和耐久性的负面影响。
[0007]—方面，相当柔韧或可弹性变形的粘接剂可能不会提供充分的气体屏障特性，使得多层结构或相应的电化电池可能呈现过快的老化。另一方面，对要互相结合的层使用具有充分气密性的比较刚硬或坚硬的粘接剂应当不超过最大厚度以便使得多层结构完全能够进行柔韧的弯曲。
[0008]然而，当使电池应用中用作阳极集电器和阴极集电器的两个集电器互相结合时，不能使它们关于彼此的距离减至例如400 μπι的预定最低值。否则，由于减小的用于电活性材料的容积而无法实现电池的期望电容量。
[0009]因此，本发明的一个目的是提供一种改善的电化电池，该电化电池呈现良好且大的机械柔韧度并耐受弯曲半径比较小的重复的弯曲或折叠操作。此外，该电化电池的内部结构应当相当简单、节省空间，且其制造应当是成本经济的。此外，该电化电池应当呈现多维折叠或多维柔韧性，即，该电化电池应当可关于至少两个不同方向弯曲。
【发明内容】
[0010]在第一方案中，提供了一种电化电池，该电化电池包括具有与第一电极接触的第一集电部的第一集电器。第一集电器还具有用于将第一集电器与第二集电器机械地连接的第一连接部。
[0011 ] 因此，该电化电池还包括第二集电器，该第二集电器与第一集电器大致重叠并具有与第二电极接触的第二集电部。第二集电器还具有第二连接部，第二集电器可借助于该第二连接部与第一集电器机械地连接。
[0012]因此，第一和第二集电器分别经由它们的第一和第二连接部互相机械地连接。通常，第一和第二集电器以重叠方式布置成使得它们的第一和第二连接部大致重叠。这里，第一和第二连接部之间的距离d等于或小于第一和第二集电器的第一和第二集电部之间的距离D的50%。
[0013]利用该布置结构，第一和第二集电器之间的距离相比于第一和第二集电器的总距离D仅部分地减小。第一和第二集电器之间的总距离D通常由夹设在第一和第二集电器之间的第一和第二电极的形状和尺寸、尤其是厚度决定。然而，第一和第二集电器之间在它们的第一和第二连接部的区域中的相互距离减小，以使得能使用比较刚硬但气密的粘接剂来使第一和第二集电器例如沿其外缘或框架部互相连接或结合。该气密粘接剂是电绝缘的。
[0014]因此，第一和第二集电器中的至少一者包括浮凸或变形的表面部以减小离其它集电器的距离。这样，第一和第二集电器的集电部之间的距离D可被保持在对于第一和第二集电器的电化学功能而言合理的范围内，而第一和第二连接部之间的距离d能减小以使得能在第一和第二连接部之间使用即使在弯曲或折叠状态下也提供充分的紧密度的粘接剂材料。
[0015]根据一实施例，相应的第一和第二集电器的第一和第二集电部中的至少一者与相应的第一或第二连接部一体地形成。通常，第一连接部可与第一连接部一体地形成，而第二集电部可与第二连接部一体地形成。第一和第二集电部然后可位于大致恒定的距离D处，而第一和第二连接部可被置并位于减小的距离d处。
[0016]第一和第二集电器的连接部以及第一和第二集电器的连接部可包括大致平坦结构。距离d或D通常垂直于相应平坦结构的平面或第一和/或第二集电部或连接部的平坦面延伸。在又一些典型构型中，距离d等于或小于D的30%。此外，距离d可等于或小于D的20%。而且，距离d可等于或小于D的10%或距离d可等于或小于D的5%。
[0017]通常且通过减小第一和第二连接部之间的距离d，可减小在相应的第一和第二连接部之间延伸的粘接剂上的弯曲诱发的机械应力或剪切效应。这允许利用比较刚硬或坚硬但不透气体或液体的粘接剂材料。
[0018]根据另一方面，第一和第二连接部之间的距离d可处于第一和/或第二集电器自身的厚度的范围内。此外，第一和第二连接部之间的距离d可等于第一和第二集电器中的一者的厚度的1-2倍或1-3倍。
[0019]在一常见构型中，其中第一和/或第二集电器可包括非晶态金属，相应集电器的厚度可处于20 μ m到30 μ m之间的范围内。于是，第一和第二集电器的第一和第二连接部之间的距离d或间隙可处于10-60 μπι之间的范围内。第一和第二连接部之间的距离d和因此粘接剂结构的厚度还可为约30 μπι。
[0020]根据另一实施例，第一和第二集电器中的至少一者包括分别位于第一或第二集电部与第一或第二连接部之间的第一或第二轮廓部。通常，关于第一集电器，第一轮廓部位于第一连接部与第一集电部之间。此外，第一集电部经由第一轮廓部合并到第一连接部中。
[0021]如果第二集电器设置有第二轮廓部，则上述情况在此也有效。于是，第二集电部经由第二轮廓部与第二连接部互相连接。此外，这里，第二集电部可经由第二轮廓部合并到第二连接部中。
[0022]该轮廓部可提供阶梯状轮廓，以减小第一和第二集电器的第一和第二连接部之间的距离。
[0023]根据又一实施例，第一和第二轮廓部中的至少一者分别与第一或第二集电部和第一或第二连接部合并。通常，第一轮廓部与第一集电部合并，并且在相反的方向上与第一连接部合并。这种设置对于第二集电器而言也是有效的。其中，第二轮廓部可与第二连接部合并，并且在相反的方向上与第二连接部合并。
[0024]为了减小第一和第二连接部的区域中的距离，通常，第一和第二集电器中的仅一者包括轮廓部而另一集电器可呈大致平坦或平的形状即可。然而，在其它实施例中，可设想第一和第二集电器两者都具有互相对应的轮廓部，以提供相当对称的几何形状并且将第一和第二连接部之间的距离d减至要求程度。第一和第二集电器的这种对称形状对于集电器及其彼此的连接部上和其中的机械应力的分布更加有利。
[0025]根据另一实施例，第一和第二轮廓部中的至少一者包括扁平或伸展的Z形轮廓。通常，轮廓部可仅包括斜坡部，大致平行定向且呈平坦的形状的连接部和集电部借助于该斜坡部互相合并。因此，集电部和连接部像“Z”的上、下分支部一样大致平行地定向，而其间的轮廓部形成斜坡。这里，且与“Z”的形状相比，轮廓部与邻接地定位的连接部或集电部之间在相对侧的两个角度都大于90°。就平坦形状的集电部的表面法线而言，相应集电部朝向相对地定位的集电器移位。在第一集电器的情形中，第一连接部在朝向第二集电器的方向上偏离第一集电部的平面。
[0026]在第一和第二集电器具有相应轮廓部的实施例中，对于第二集电器而言上述设置也是有效的。
[0027]在又一实施例中，第一和第二连接部之间的距离d等于或小于100μπι、80μπι或50 μm，或第一和第二连接部之间的距离d在50μηι与25μηι之间。通过将第一和第二连接部之间的距离减至100 μπι以下的值，可充分减小第一和第二连接部之间互相连接的粘接剂的剪切作用，从而允许利用此类提供充分密封和紧密度的粘接剂材料。
[0028]根据又一实施例，第一和第二连接部借助于电绝缘粘接剂互相结合以形成电化电池的外缘。通常，第一和第二集电器的周边被设计为相比于其电化学活性的第一和第二集电部的距离D布置在减小的距离d处的相应第一和第二连接部。
[0029]借助于使第一和第二连接部沿第一和第二集电器的外周互相