行激光切割的一个优势可为，可从一个分隔物存料片切割出非常高数量密度的 分隔物，非常类似于半导体忍可密集地排列在娃晶片上。此类方法可提供半导体加工中所 固有的规模经济和并行处理优势。此外，可最小化废弃分隔物隔膜的生成。一旦分隔物已 被切割，就可通过一系列采用可混溶剂的萃取步骤来去除油性加工助剂流体，在一些实例 中可用高挥发性溶剂诸如异丙醇来进行最后的萃取。分立的分隔物一旦被萃取便可无限期 地储存在任何合适的低粒子环境中。
[0127] 如前面提到的聚締控分隔物隔膜可为固有地疏水，并且可需要制成对用于本发明 的电池中的含水表面活性剂为可润湿的。一种使分隔物隔膜可润湿的方法可为氧等离子体 处理。例如，分隔物可在各种功率设定和氧气流量的100%氧等离子体中处理1到5分钟。 虽然运种方法可暂时改善可润湿性，但众所周知等离子体表面改性提供暂态效应，该暂态 效应可能不会持续足够的时间供电解质溶液充分润湿。另一种改善分隔物隔膜可润湿性的 方法可为通过在隔膜上渗入合适的表面活性剂来处理表面。在一些情况下，表面活性剂可 与保留在分隔物隔膜孔内的亲水性聚合物涂层结合使用。
[012引另一种使通过氧化等离子体处理赋予的亲水性更加持久的方法是用合适的亲水 性有机硅烷进行后续处理。运样，氧等离子体可用于激活微孔分隔物的整个表面区域的功 能基团并赋予其功能基团。然后有机硅烷可共价结合和/或非共价粘附到经等离子体处理 的表面。在使用有机硅烷的实例中，微孔分隔物的固有孔隙率可不明显地改变。同样其单 层表面覆盖也是可能和可取的。结合聚合物涂层渗入表面活性剂的现有技术方法可需要严 格控制施加到隔膜上的涂层的实际量，并且随后可经受过程可变性。在极端情况下，分隔物 的孔可被封闭，从而在电化学电池操作期间不利地影响分隔物的效用。可用于本发明的示 例性有机硅烷可为（3-氨基丙基乙氧基硅烷。其他亲水性有机硅烷可为本领域技术人 员所熟知的并且可不受限制地使用。
[0129] 用于制备可被含水电解质润湿的分隔物隔膜的另一方法可为在电解质制剂中渗 入合适的表面活性剂。在使分隔物隔膜可润湿的表面活性剂的选择中的一个考虑因素可 为，表面活性剂可具有的对电化学电池内的一个或多个电极的活性的影响，例如通过增加 电池的电阻抗。在一些情况下，特别是就含水电解质中的锋阳极而言，表面活性剂可具有有 利的抗腐蚀性质。众所周知，锋可与水经过缓慢的反应释放出氨气，运是不期望的。本领域 的技术人员已知多种表面活性剂可将该反应的速率限制到有利的水平。在其他情况下，表 面活性剂可与锋电极表面强烈地相互作用，使得电池性能可受阻。因此，在选择适当的表面 活性剂类型和负载水平时需要十分小屯、，W确保可获得分隔物的可润湿性，而不有害地影 响电池的电化学性能。在一些情况下，可使用多种表面活性剂，一种用于赋予分隔物隔膜可 润湿性，并且另一种用于促进对锋阳极的抗腐蚀性质。在一个实例中，不对分隔物隔膜进行 亲水处理，并且一种或多种表面活性剂W足W实现分隔物隔膜的可润湿性的量被添加到电 解质制剂中。
[0130] 可通过将分立的分隔物直接置于组件内设计的腔、凹坑、或结构中来将其整合到 层状微电池中。有利地，此凹坑可通过隔离件形成，该隔离件具有可为分隔物形状的几何偏 置的切口。此外，该凹坑可具有在组装期间分隔物置于其上的凸缘或阶梯。凸缘或阶梯可 任选地包括保持所述分立分隔物的压敏粘合剂。有利地，压敏粘合剂可与示例性层状微电 池的其他元件的构造和叠堆中所用的压敏粘合剂相同。
[0131]压敏粘合剂
[0132] 在一些实例中，包括本发明的层状微电池的多个部件可通过还用作密封剂的压敏 粘合剂（PSA)保持到一起。尽管可存在大量可商购获得的压敏粘合剂制剂，但是此类制剂 几乎总是包括使它们不适合在生物相容性层状微电池内使用的组分。压敏粘合剂中的不期 望的组分的实例可包括：小分子量可滤组分、抗氧化剂例如BHT和/或ME册、增塑油、杂质、 包含例如不饱和化学键的氧化不稳定部分、残留溶剂和/或单体、聚合引发剂片段、极性增 粘剂等等。
[0133] 在另一方面，合适的PSA可表现出W下特性。它们能够被施用于层状部件W实现 大约2到20微米的薄层。同样，它们可例如包含最小达到零的不期望的或非生物相容性的 组分。另外，它们可具有足够的粘附性和内聚性，W便将层状电池的部件粘结在一起。并且， 在电池中提供对电解质的强力密封的同时，它们能够流入本发明构造的装置固有的微米级 特征结构中。在合适PSA的一些实例中，PSA可对水蒸气具有低渗透性，W便甚至在电池长 时间经受极端湿度的情况下维持电池内期望的含水电解质组合物。PSA可对电解质组分诸 如酸、表面活性剂和盐具有良好的耐化学性。它们对水浸的效果可为惰性的。合适的PSA 可具有低氧气透过性，W最小化直接氧化速率，直接氧化可为锋阳极的一种自放电形式。并 且，它们可有利于有限的氨气透过性，氨气可在含水电解质中从锋阳极缓慢释放。有限的氨 气透过性运一性质可避免内部压力的积聚。
[0134] 考虑到运些要求，聚异下締（PIB)是一种可商购获得的材料，其可被配制成满足 许多（如果不是全部）要求的PSA组合物。此外，PIB可为具有极低吸水性和低透氧性 的极好阻隔密封剂。可用于本发明实例的PIB实例可为由BASF公司的Oppanor B15。 Oppanol" B15可溶解在诸如甲苯、十二烧、溶剂油等碳氨化合物溶剂中。一种示例性PSA 组合物可包括溶于溶剂混合物中的30% Oppanor" B15 (w/w)，该溶剂混合物包括70% (w/ W)甲苯和30%十二烧。在一些实例中，基于PIB的PSA的粘附性和流变性可通过共混不同 分子量等级的PIB来确定。通常的方法可为使用大部分低摩尔质量的PIB，例如Oppanor BlO来实现润湿、粘性和粘附性，并且使用少部分高摩尔质量的PIB来实现初性和抗流动 性。因此，可在本发明的范围内设想并实施任何数量的PIB摩尔质量等级的共混。此外，只 要可满足上述要求，便可将增粘剂添加到PSA制剂。由于增粘剂本身的性质，增粘剂赋予 PSA制剂极性性质，因此它们需被小屯、使用W便不会不利地影响PSA的阻隔性。此外，增粘 剂在一些情况下可能氧化不稳定并且可包括可滤去PSA的抗氧化剂。由于运些原因，用于 生物相容性层状微电池中的PSA的示例性增粘剂可包括所有或大部分的氨化控树脂增粘 剂，诸如得自Eastman Qiemical Co巧oration的Regalrez系列增粘剂。 阳1对 有关牛物巧容忡由術横块中附加卦装件巧基底的考虎
[0136] 可能会有大量有关封装和基底的考虑，运些考虑可决定用于生物相容性层状微电 池中的封装件设计的所需特性。例如，封装可有利地主要基于锥和/或膜，其中运些封装层 可尽可能薄，例如10到50微米。另外，封装可对储存寿命期间的水分增益或损耗提供足够 的扩散阻隔。在许多可取的实例中，封装可对氧气进入提供足够的扩散阻隔，W限制锋阳极 通过直接氧化而降解。
[0137] 在一些实例中，封装可提供有限的供氨气透过的路径，氨气可由于锋直接还原水 而释放。并且，封装可有利地充分容纳W及分离电池的内容物，使得暴露给用户的电势可最 小化。
[0138] 在本发明中，封装构造可包括W下类型的功能部件：顶部封装层和底部封装层、 PSA层、隔离层、互连区域、注料口和次级封装件。
[0139] 在一些实例中，顶部封装层和底部封装层可包括金属锥或聚合物膜。顶部封装层 和底部封装层可包括包含多个聚合物层和/或阻隔离层的多层膜构造。此类膜构造可称 为共挤出阻隔离层合膜。具体用于本发明中的市售共挤出阻隔离层合膜的一个实例可为 3M? Scotchpak 1109背衬，其由阳T载体网、气相沉积侣阻隔离层和聚乙締层组成，构成 33微米的总平均膜厚度。许多其他类似的多层阻隔膜是可获得的并可用于本发明的另选实 例。
[0140] 在包括PSA的设计构造中，封装层表面粗糖度是相当重要的，因为PSA同样需要密 封相对的封装层面。表面粗糖度可由用于生产锥和膜的制造过程产生，例如，采用社制、挤 出、压印和/或压延等的过程。如果表面太粗糖，则当所需PSA厚度近似于表面粗糖度Ra 时，PSA可能不能W均一厚度施加。此外，如果相对面的粗糖度可近似于PSA层的厚度，贝U PSA不能抵靠相对面充分密封。在本发明中，表面粗糖度（Ra)小于10微米的封装材料可为 可接受的实例。在一些实例中，表面粗糖度值可为5微米或更小。并且，在另外的实例中， 表面粗糖度可为1微米或更小。表面粗糖度值可通过多种方法测定，包括但不限于诸如白 光干设法、触针式轮廓仪等测量技术。在表面计量学领域可存在许多实例，即，可通过一些 另选参数来描述表面粗糖度，并且本文所讨论的平均表面粗糖度（Ra)值可旨在代表上述 制造过程中所固有的特征结构类型。 。1川 集流体巧由极
[0142] 在锋-碳电池和勒克朗谢电池的一些实例中，阴极集流体可为烧结碳棒。运种类 型的材料在本发明的薄电化学电池中可能面临技术障碍。在一些实例中，印刷的碳墨可在 薄电化学电池中替代烧结碳棒用于阴极集流体，并且在运些实例中，可形成所得装置，而不 对所得的电化学电池造成显著损害。通常，碳墨可直接施用于可包括聚合物膜或在一些情 况下金属锥的封装材料。在封装膜可为金属锥的实例中，碳墨可需要保护下面的金属锥不 被电解质化学降解和/或腐蚀。此外，在运些实例中，碳墨集流体可需要提供从电化学电池 内部到电化学电池外部的导电性，意味着围绕碳墨或穿过碳墨进行密封。由于碳墨的多孔 性，运是不可能在没有巨大挑战的情况下轻易实现的。碳墨还可施用于具有有限且相对较 小厚度例如10到20微米的层。在总内部封装厚度可仅为约100到150微米的薄电化学电 池的设计中，碳墨层的厚度可占电化学电池总内部体积的相当大一部分，因此对电池的电 性能产生不利影响。此外，整个电池特别是集流体的薄特性可意指集流体的小横截面积。由 于迹线的电阻随迹线长度增加并且随已有横截面减少，所W可直接在集流体厚度和电阻之 间进行权衡。碳墨的体积电阻率可能不足W满足薄电池的电阻要求。同样还考虑了填充有 银或其他导电金属的油墨W降低电阻和/或厚度，但是它们可引入新的挑战，诸如与新型 电解质不相容。考虑到运些因素，在一些实例中，可期望的是通过将薄金属锥用作集流体， 或将薄金属膜施加到下面的聚合物封装层充当集流体来实现本发明的高效和高性能薄电 化学电池。此类金属锥可具有明显更低的电阻率，因此允许它们满足具有比印刷碳墨小得 多的厚度的电阻要求。
[0143] 在一些实例中，顶部和/或底部封装层中的一层或多层可充当瓣锻的集流体金属 或金属叠堆的基底。例如，i Scotchpak 1109背衬可通过使用被用作阴极集流体的一 个或多个金属化层的物理气相沉积（PVD)而被金属化。用作阴极集流体的示例性金属叠堆 可为Ti-W(铁-鹤）粘合剂层和Ti (铁）导体层。用作阳极集流体的示例性金属叠堆可为 Ti-W粘合剂层、Au (金）导体层和In (铜）沉积层。PVDF层的厚度可例如总共小于500皿。 如果使用多个金属层，则电化学性和阻隔性可需要与电池相容。例如，可将铜电锻到巧晶层 的顶部W生长出厚的导体层。可在铜上电锻附加层。然而，铜可能与某些电解质（特别是 在锋的存在下）电化学不相容。因此，如果铜被用作电池中的层，则它可能需要与电池电解 质充分隔离。另选地，铜可被排除或被其他金属替代。
[0144] 在一些其他实例中，顶部和/或底部封装锥也可用作集流体。例如，25微米的黄铜 锥可用作锋阳极的阳极集流体。黄铜锥可任选地在电锻锋之前电锻铜。在一个实例中，阴 极集流体封装锥可包括铁锥、哈氏合金C-276锥、铭锥和/或粗锥。在某些设计中，一种或 多种封装锥可经过精密冲裁、压印、蚀刻、纹理化或激光加工或W其他其他处理，W为最终 的电池封装提供所需的形式、表面粗糖度、和/或几何形状。 。"引阳极巧阳极杭蚀剂
[0146] 本发明的层状电池的阳极可包括例如锋。在传统的锋碳电池中，锋阳极可采用壳 的物理形式，其中可容纳电化学电池的内容物。对于本发明的电池而言，锋壳可为一个实 例，但也可存在实现超小电池设计所需的其他物理形式的锋。
[0147] 电锻锋在许多行业中都有使用实例，例如，用于金属零部件的保护性涂层或美观 涂层。在一些实例中，电锻锋可用于形成本发明电池中所用的薄且适形的阳极。此外，电锻 锋可根据设计意图被图案化成似乎无限多的构型。图案化电锻锋的一种溫和方式可为用光 掩模或物理掩模处理。电锻掩模可通过各种方法制成。一种方法可为使用光掩模。在运些 实例中，可将光致抗蚀剂施加到导电基底，该基底可随后被锻上锋。所需的电锻图案然后可 通过光掩模被投射到光致抗蚀剂，从而引起光致抗蚀剂所选区域的固化。可用合适的溶剂 和清洗技术来去除未固化的光致抗蚀剂。结果为可接收电锻锋处理的导电材料的图案化区 域。尽管该方法可为待电锻的锋提供形状或设计上的益处，但该方法需要使用可获得的可 光图案化材料，所述材料对整体电池封装构造可具有约束性质。因此，可需要用于图案化锋 的新颖和新型方法来实现本发明的薄型微电池的一些设计。
[014引图案化锋阳极的一种另选方式可为采用物理掩模应用。物理掩模可通过在膜中切 出所需孔制成，该膜具有所需的阻隔性质和/或封装性质。另外，膜可具有施加到一侧或两 侧上的压敏粘合剂。最后，膜可具有施加到一侧或两侧的粘合剂上的保护性剥离衬垫。该剥 离衬垫可起到如下双重作用：在孔切割期间保护粘合剂W及在电化学电池组装的具体加工 步骤期间，特别是如下文所述的阴极填充步骤期间保护粘合剂。在一些实例中，锋掩模可包 括约100微米厚的PET膜，可在所述膜的两侧均施加约10-20微米层厚度的压敏粘合剂。两 个PSA层可被具有低表面能表面处理的阳T剥离膜覆盖，并且两个PSA层可具有50微米的 近似厚度。在运些实例中，多层锋掩模可包括PSA和PET膜。如本文所述的PET膜和PET/ PSA锋掩模构造可有利地用精密纳秒激光微加工设备诸如牛津激光E系列激光微加工工作 站处理，W在掩模中形成超精确孔，从而有利于稍后的电锻。实质上，一旦已制成了锋掩模， 剥离衬垫的一侧就可被移除，并且具有孔的掩模可层合到阳极集流体和/或阳极侧的封装 膜/锥。运样，PSA在孔的内边缘处形成密封，从而在电锻期间有助于对锋的清洗和精确掩 蔽。
[0149] 可放置锋掩模，然后可对一种或多种金属材料进行电锻。在一些实例中，锋可被直 接电锻到电化学相容的阳极集流体锥诸如黄铜上。在阳极侧封装包括已在其上施用巧晶金 属化层的一层或多层聚合物膜的另选的设计实例中，锋和/或用于沉积锋的电锻溶液可与 下面的巧晶金属化层不化学相容。缺乏相容性的表现可包括膜开裂、腐蚀和/或与电池电 解质接触时加剧&释放。在运种情况下，可将附加的金属施加到巧晶金属，W在系统中实现 更好的整体化学相容性。尤其适用于电化学电池构造的一种金属可为铜。铜可广泛用作电 池级锋中的合金添加剂，其主要功能是在电解质存在下为锋提供抗腐蚀性。在一些实例中， 铜可成功地沉积在各种巧晶金属化层诸如Ti-W和Au上。巧晶金属化层上所得的1-3微米 铜膜可为低应力和低粘附性的。运样，阳极侧封装膜和具有铜顶层的附接集流体可为适形 且耐用的。在一些实例中，可将锋沉积在铜处理