专利名称：各元件相互连接的锂二次电池和配备有这种电池的钟表、计算机和通信设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种各元件相互连接的锂二次电池，所述元件包括一个负电极，由负电极材料和负集电器组成；一个正电极，由正电极材料和正集电器组成；一个隔板，设在正负电极之间；一种无水电解液，在正负电极之间；其中正负电极材料以片段的形式配置在各集电器上，以提高电池的柔韧性。
本发明涉及这种电池的某些应用，在这些应用中特别要求电池具一定的柔韧性，例如在钟表和诸如便携式计算机、个人数字辅助器件和流动电话机之类通信设备的应用。
从美国专利说明书4,092,464可以了解到这类各元件相互连接的锂二次电池的情况。按照所述专利公开的电池，为提高电池的柔韧性，电极活性材料分成多个片段设在集电器上，这就是说，弯曲过程中产生的应力集中在集电器各活性片段之间的部位。这种元件由锂阳极和铬酸银阴极制成，阳极环抱着阴极，由一个多孔聚丙烯板将其与阴极分隔开，隔板一直延伸到阴极材料范围外。鉴于用作隔板的聚丙烯是热塑性多微孔材料，这种材料受热时会将阴极封闭住，从而只剩一上一个连接件外露。锂阳极周围有第二聚丙烯层在锂阳极周边延伸开，通过加热密封，从而钭锂阳极和装铬酸银阴极的外套包围起来，于是只有阳极和阴极的连接点外露。阳极端子通过点焊形成的金属带在扩展开的集电器上形成。与阳极类似的内部电气连接也同样通过点焊在阳极集电器上设置金属带进行。最后，给阳极带和阴极带涂上一种能将元件最外的外套牢牢密封的涂层。为提高载流容量，将这些元件并联配置，因而外部的电气连接点应相互连接。据发现，实际上这些连接点对各元件互连的锂二次电池有有害影响。此外，电阻增加，这也不利于这种电池的效率。
从美国专利说明书5,872,744也可了解到各元件相互连接的锂二次电池的情况，但这个美国专利说明书并没有教导以片段的形式在各集电器形成正负电极材料来提高电池的柔韧性。
本发明的目的是提供一种体现现代技术水平、避免上述缺点、各元件相互连接的锂二次电池。
本发明的另一个目的是提供一种各集电器上以片段的形式配置电极材料从而使电池成品得以发挥二维柔韧性的各元件相互连接的锂二次电池。
本发明还有另一个目的，即提供的各元件相互连接的锂二次电池，其负电极、正电极和隔板不会脱层。
本发明还有另一个目的，即提供一种制造成既薄又柔韧、以特殊形式保持各电极与电解质之间的接触的锂二次电池。
本发明的另一个目的是提供一种适用于弯曲和打折的应用场合且电池在安装上的几何结构上不受任何限制的电池。
本说明开关所述的锂二次电池有这样的特点按照本发明，各元件互连用的集电器是所有元件共用的。
由于采用所有元件共用的一个公用集电器，因而各元件的互连无需通过外部连接点进行。此外分用集电器使有关的锂二次电池相当柔韧，从而使电池可适用于要求柔韧和可弯折的应用场合，特别是适用于手表和套在手腕上的通信设备。
在本发明锂二次电池的一个具体实施例中，正负集电器最好是用作各元件的公用集电器。
正负集电器都用作所有元件的公用集电器使电池增加了一项功能确保了电池长久的使用寿命。
在另一个最佳实施例中，锂二次电池各元件的互连还采用所有元件共用的公用隔板进行。
在本发明如此特殊的实施例中，隔板和一个或两个集电器都是各元件所共用的。在有关锂二次电池的一个具体实施例中，因此可以使各元件互连的锂二次电池由一个公用负集电器、一个公用正集电器和一个公用隔板组成。
为使电池达到所要求的柔韧性，最好在具体鹤中使以片段的形式在集电器上形成的电极材料实质上沿有关集电器整个宽度的方向延伸。
按照这种实施例，实际上柔韧性是以一维的形式得出的，所要求的柔韧性在没有活性电材材料的部位得出。
然而，若想使电池具有二维柔韧性，最好使以片段形式在集电器上形成的电极材料以棋盘的形式安置在有关的集电器上。
这里说明书中使用的“棋盘形式”一词应理解为活性电极材料的配置形式，使活性电极材料的各片段不致毗连另一个活性电极材料片段。这样，活性电极材料分立的各片段安置在集电器上，从而达到所要求的二维柔韧性。
在本发明的锂二次电池中，负电极材料最好采用碳或石墨。
有关电池中使用的正电极材料最好选自锂过渡金属氧化物，例如LiMn2O4，LiCoO2或LiNiO2，这类材料由导电粒子(例如碳或石墨)和可能的话粘结材料组成。这类正电极材料可以考虑采用夹杂有锂的化合物。导电材料的量以重量计在0.1至15％的范围。
为制取既薄又柔韧的锂二次电池，电极与电解质之间的接触最好以特殊方式进行，更具体地说，负电极材料、正电极材料和隔板最好形成多孔眼的形式，所述孔眼都充以将负电极、正电极和隔板固定在一起的聚合物状的材料。
这种结构在国际专利申请WO99/04716中介绍过，该专利申请由本申请人提出，但未经公开让公众审查，这里考虑将该文件包括进来。电极材料中的孔眼都是极细微的孔眼，直径为1毫米左右。按照一个特殊实施例，孔眼的图形按矩形二维形式配置，各孔眼之间的间距为5毫米。各孔眼和图形的尺寸选择得使各电极的活性表面最好起码为90％，因为充有聚合物状材料的孔眼降低了电极的能力，这可归因于这些充有聚合物状物质的孔眼中没有活性电极材料所致。
综上所述，正电极材料为夹杂有锂的化合物，化合物分散在聚合物粘结母体中。粘结母体的聚合物可采用热塑性聚合物，包括多糖和具橡皮弹性的聚合物，例如羧甲基纤维素、聚四氟乙烯、聚乙烯、聚丙烯和丁苯橡胶。这些聚合物可单独使用或组合使用。聚合物上结剂的作用是将活性粉料粘结在一起，预防裂纹形成，使这些粉料固定在集电器表面。聚合物粘结剂的量经重量计在2至30％的范围。
除非在电池中会引起化学反应，集电极可采用任何导电材料。正集电器(阴极)材料的例子有不锈钢、铝和镍。负集电器(阳极)材料的例子有不锈钢、铜和镍。集电器可以呈潜状、膜状和薄板状，可以是多孔的、穿孔的或呈网络状。集电器的厚度在1至500微米的范围。
设在正电极与负电极之间的隔板是离子渗透率高、机械强度合乎要求的绝缘膜。隔板的作用是防止正负电极之间短路和保存电溶液。通常采用的隔板由玻璃纤维制成，或取烯烃类的聚合物(例如聚乙烯或聚丙烯)制成的不织布多孔板的形式。孔径通常在0.01至10微米的范围。隔板的厚度通常在5至300微米的范围。
要使本发明的电池范围起作用可用作为液体电解质溶液使用的一系列混合物进行。溶剂可采用酯类化合物(例如碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸甲乙酯)、醚类化合物(例如四氢呋喃、二甲亚砜及其混合物)。溶解了的电解质的例子有锂离子(Li+)和路易酸离子(PF4-，PF6-，AsF6-，ClO4-，CF3SO3-)的盐类以及这些盐类的混合物。盐类的浓度通常在0.5和2克分子/升之间的范围。
本发明的电池封闭在电池外套中，电池外套可以是合成外套或金属类或树脂外套。这类材料的例子有不锈钢和诸如聚丙烯之类的塑料。密封可以通过粘结剂或通过焊接或纤焊进行。扁平柔韧的电池可封装在被覆有聚合物的铝箔制成的耐大气和潮气的外套中。这类铝箔市面上有出售，可以在边缘上密封起来。
本发明各元件相互连接的锂二次电池其各元件最好是堆置的，由一个负电极、一个正电极、一个隔板和无水解质组成。
本发明还涉及上述电池的应用，所述电池具体应在柔韧性、持久性和电流效率方面要求高的场合。具体地说，这种电池最好应用在特别是钟表中(这时电池装在表带中)、通信设备(例如手提电话机中)和便携式计算机中。
从下面稍后说明的一些实施例可以搞清本发明的上述和其它各方面。下面就参照这些实施例说明本发明的上述和其它各方面。
图1示意示出了电极1和集电器2的电极1的两面都分段，集电器2的上下两表面都设有活性电极材料3，设在集电器2上的活性电极材料大致沿着集电器2的整个宽度延伸。由于活性电极材料3是以多个片段的形式敷设在集电器2上的，因而电极1可加以弯折而不致使活性电极材料3和集电器2脱层。
图2示意示出了两面都分成多个段片的电极4，活性电极材料3按棋盘的图形敷设在集电器2的两面。采取这种形式的电极4由于活性电极材料3以分立小岛的形式分布在集电器2上因而可加以二维变折。
图3示意示出了由三个分立的片段或元件构成的电池5，两集电器7，8和隔板6搞成所有元件所共用的，各元件依次由集电器8。活性电极材料8、隔板6、活性电极材料9和集电器7组成。在11处没有活性电极材料9，10，因而电池5可轻易地在这个位置弯折。
最后，图4示意示出了图3处于弯曲状态的电池5。从图中显示而易见由于活形材料9，10取片段的形式因而电池可畅通无阻地加以弯折。
在实际应用中，电池可集成到看起来像手表的通信器件的腕带中，两个正电极在一面分段分布，一个正电极在两面分段分布，两个负电极在两面分段分布，隔板将这些电极分隔开。活性电极材料在正电极中采用LiCoO2，在负电极中采用MCMB(直径10微米的内消旋碳微粒)。隔板由多孔的聚乙烯制成。电池宽1厘米，长10厘米，总厚度约1毫米，由10个片段或元件构成从而制成充分柔韧的电池。电池的电容约100毫安时。
权利要求
1.一种各元件相互连接的锂二次电池，各元件包括一个负电极，由一种负电极材料和一个负集电器组成；一个正电极，由一种正电极材料和一个正集电器组成；一个隔板，设在正负电极之间；一个无水电解液，在正、负电极之间；其中正负电极材料都以片段的形式在各自的集电器上敷设，目的是为了提高电池的柔韧性，其特征在于，各元件由一个所有元件公用的集电器互连起来。
2.如权利要求1所述的各元件相互连接的锂二次电池，其特征在于，正负集电器都用作各元件的公用集电器。
3.如权利要求1和2所述的各元件相互连接的锂二次电池，其特征在于，各元件之间的相互连接也由所有元件共用的公用隔板进行。
4.如权利要求1至3所述的各元件相互连接的锂二次电池，其特征在于，取片段形式在集电器上敷设的电极材料基本上沿有关集电器的整个宽度延伸开。
5.如权利要求1至3所述的各元件相互连接的锂二次电池，其特征在于，取片段形式在集电器上敷设的电极材料按棋盘的形式分布在有关的集电器上。
6.如权利要求1所述的各元件相互连接的锂二次电池，其特征在于，负电极材料采用碳或石墨。
7.如权利要求1所述的各元件相互连接的锂二次电池，其特征在于，正电极材料选自象LiMn2O4，LiCoO2或LiNiO2，之类的锂过渡金属氧化物，这种材料含象碳或石墨之类的导电粒子和可能含有的粘结材料。
8.如权利要求1至7所述的各元件相互连接的锂二次电池，其特征在于，负电极材料、正电极材料和隔板都配备有孔眼图形，所述孔眼都充满将负电极、正电极和隔板固定在一起的聚合物状材料。
9.如权利要求8所述的各元件相互连接的锂二次电池，其特征在于，聚合物状材料为粘合剂。
10.如权利要求8所述的各元件相互连接的锂二次电池，其特征在于，聚合物状材料为聚乙烯。
11.如权利要求1至10所述的各元件相互连接的锂二次电池，其特征在于，各元件配备有气密密封的层压外套。
12.如权利要求1至11所述的各元件相互连接的锂二次电池，其特征在于，元件由堆置的元件构成，各元件由一个负电极、一个正电极、一个隔板和一种无水电解质组成。
13.一种配备有电池的钟表，其特征在于，电池采用权利要求1至12所述的那一种。
14.一种配备有电池的通信器件，其特征在于，电池采用权利要求1至12所述的那一种。
15.一种配备有电池的电子计算机，其特征在于，电池采用权利要求1至12所述的那一种。
全文摘要
一种各元件相互连接的锂二次电池(5),所述元件由含负电极材料(9)的负电极和负集电器(7)、含正电极材料(10)的正电极和正集电器(8)、夹在正负电极之间的隔板(6)和在正负电极之间的无水电解液。正负电极材料以片段的形式敷设在相应的集电器上,目的是提高电池的柔韧性。这种电池的特征在于,相互连接的各元件使用一个公用的集电器(7,8)。
文档编号H01M6/42GK1322385SQ00802021
公开日2001年11月14日 申请日期2000年9月13日 优先权日1999年9月22日
发明者R·A·M·希克梅特, H·菲尔 申请人:皇家菲利浦电子有限公司