CN102117929A - 二次电池和智能卡 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种二次电池和智能卡，该二次电池包括：电路板，包括第一连接焊盘和第二连接焊盘；在电路板上的第一电极层，包括第一电极部分和连接到第一连接焊盘的第一接线片部分；在第一电极层上的分隔件；在分隔件上的第二电极层，包括第二电极部分和连接到第二连接焊盘的第二接线片部分。

Description

二次电池和智能卡

本申请要求于2010年1月5日提交到美国专利和商标局的第61/292,445号美国临时专利申请及于2010年12月10提交到美国和专利商标局的第12/965,767号非临时申请的优先权和权益，它们的全部内容通过引用包含于此。

技术领域

本发明实施例的方面涉及一种二次电池，更具体地讲，涉及一种具有减小的厚度的二次电池。

背景技术

作为典型的可充电二次电池，与镍-镉(Ni-Cd)或镍-氢(Ni-MH)二次电池相比，锂(Li)二次电池每单位重量的操作电压和能量密度高。因此，对它们的使用也增加。

随着便携式电子装置的使用的增加，对二次电池的使用也增加。基于用户的需求，用于减小二次电池的尺寸和厚度的研究已进行。

目前，用于存储信息的存储单元和用于处理信息的处理单元被嵌入到智能卡中。为此，已开发了用于将电池嵌入到智能卡中的技术。

在第2005-10859号日本专利特开公布(在2005年1月13日公布)中，公开了薄膜集成电路(IC)卡，诸如电容器或锂二次电池的二次电池嵌入到该薄膜集成电路(IC)卡且不与IC模块叠置，其中，通过壳体对该二次电池密封。

对二次电池厚度减小的需要仍然存在，从而智能卡可制造为具有适合国际标准的尺寸。

发明内容

本发明实施例的一方面提供了一种具有最小化或减小的厚度的二次电池。

根据本发明的一个实施例，二次电池包括：电路板，包括第一连接焊盘和第二连接焊盘；第一电极层，在电路板上并包括第一电极部分和连接到第一连接焊盘的第一接线片部分；分隔件，在第一电极层上；第二电极层，在分隔件上并包括第二电极部分和连接到第二连接焊盘的第二接线片部分。

在一个实施例中，电路板被构造为二次电池的壳体。在一个实施例中，二次电池还包括壳体，壳体容纳电路板、第一电极层、分隔件和第二电极层。壳体可包括在电路板的第一侧面上的第一部分和在电路板的背对第一侧面的第二侧面上的第二部分，第一部分和第二部分可在第一部分和第二部分的各个边缘部分处彼此结合以密封壳体。壳体可包含柔性树脂。在一个实施例中，二次电池还包括接近第一连接焊盘的连接到第一电极层的第一端子和接近第二连接焊盘的连接到第二电极层的第二端子，第一端子和第二端子暴露到壳体的外部。

电路板可以是柔性印刷电路板(FPCB)。在一个实施例中，二次电池还可包括在第二电极层的外表面上的绝缘膜或绝缘层。绝缘膜或绝缘层可密封电路板的侧面。在一个实施例中，二次电池还包括在第二电极层上的盖板。盖板可密封电路板的侧面。

在一个实施例中，第一连接焊盘和第二连接焊盘在电路板的表面上，包括第一电极层、分隔件和第二电极层的堆叠组件堆叠在电路板的表面上。电路板还可包括在电路板的表面上的保护层，第一接线片部分可通过穿过保护层的第一开口连接到第一连接焊盘，第二接线片部分可通过穿过保护层的第二开口连接到第二连接焊盘。保护层可覆盖电路板的除第一开口和第二开口之外的表面。电路板还可包括在电路板的背对电路板的表面的另一表面上的绝缘膜或绝缘层。

在一个实施例中，电路板还包括电连接到第一连接焊盘和第二连接焊盘的集成电路。集成电路可包括构造为存储信息的存储单元、构造为接收输入信号的接收单元、构造为发送输出信号的发送单元和构造为处理信号的处理单元。第一电极部分可与集成电路叠置，第二电极部分可与第一电极部分叠置。在一个实施例中，分隔件的宽度可比第一电极层的对应宽度宽。

根据本发明实施例的另一方面，智能卡包括：电路板，包括第一连接焊盘、第二连接焊盘和电连接到第一连接焊盘和第二连接焊盘的集成电路；第一电极层，在电路板上并包括第一电极部分和连接到第一连接焊盘的第一接线片部分；分隔件，在第一电极层上；第二电极层，在分隔件上并包括第二电极部分和连接到第二电极焊盘的第二接线片部分；壳体，容纳电路板、第一电极层、分隔件和第二电极层，其中，集成电路包括构造为存储信息的存储单元、构造为接收输入信号的接收单元、构造为发送输出信号的发送单元和构造为处理信号的处理单元。

根据本发明的另一实施例，二次电池包括：电路板；正电极层，形成在电路板上，正电极层连接到电路板上的焊盘部分；负电极层，设置为与正电极层相对，负电极层连接到电路板的焊盘部分；分隔件，设置在正电极层和负电极层之间。

电路板可包括连接到电路板的焊盘部分和保护电路，电路板的表面可涂覆有保护层。

根据本发明的另一实施例，智能卡包括：电路板，具有集成电路(IC)模块；正电极层，形成在电路板上，正电极层连接到电路板上的焊盘部分；负电极层，设置为与正电极层相对，负电极层连接到电路板上的焊盘部分；分隔件，设置在正电极层和负电极层之间；壳体，具有分别连接到正电极层和负电极层的端子，端子暴露到壳体的外部。

电路板可包括连接到电路板的电路互连件和连接到电路互连件的焊盘部分。具有IC模块的电路板的整个表面可涂覆有保护层。

正电极层可形成在保护层上并通过形成在保护层中的开口连接到焊盘部分。

正电极层可由正电极活性材料制成。正电极活性材料可由锂类氧化物、粘合剂和导电材料的混合物制成，导电材料可以以大约10％至40％的比例混合。

负电极层可由负电极活性材料制成。负电极活性材料可由包含碳的材料、粘合剂和导电材料的混合物制成。

分隔件可由纤维无纺布形成，该纤维无纺布包含诸如聚乙烯、聚丙烯、聚烯烃、它们的混合物或从由纤维素、聚酯和聚丙烯组成的组中选择的一个或多个的树脂。分隔件中可包含碳酸乙烯酯(EC)类或碳酸丙烯(PC)类电解质。

IC模块可包括用于存储信息的存储单元、用于从IC模块的外部接收信号的接收单元、用于向IC模块的外部发送信号的发送单元和处理单元，处理单元用于处理存储在存储单元中的信息以将处理过的信息发送给发送单元。

壳体可包含柔性树脂。柔性树脂可包括从由尼龙、聚氯乙烯(PVC)、聚乙烯、丙烯腈丁二烯苯乙烯(ABS)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚对苯二甲酸乙二醇酯-G(PET-G)和聚四氟乙烯(PTFE)组成的组中选择的至少一种。

电路板、正电极层、分隔件和负电极层可由壳体密封。正电极层的接线片部分和负电极层的接线片部分可通过压缩分别连接到端子。

本发明实施例的另一方面提供了一种具有直接形成在电路板上的正电极活性材料、分隔件和负电极活性材料的堆叠组件的二次电池，从而电路板可用作壳体，二次电池的厚度可被最小化或被减小。

本发明实施例的另一方面提供了一种具有二次电池的智能卡，使得信息的存储和处理在智能卡自身中执行，其中，二次电池形成为正电极活性材料、分隔件和负电极活性材料的堆叠组件，且堆叠组件直接与电路板接触，从而最小化或减小智能卡的厚度。

附图说明

附图与说明一起示出了本发明的一些示例性实施例，并与描述一起用于解释本发明的原理。

图1A是根据本发明实施例的二次电池的分解透视图。

图1B是根据本发明另一实施例的二次电池的分解透视图。

图2是根据本发明另一实施例的二次电池的分解透视图。

图3是示出图2中的二次电池的电路板的剖视图。

图4是图3中的电路板的集成电路模块的框图。

图5A至图5C是示出图2中的二次电池的堆叠结构的平面图。

图6A至图6C是分别沿图5A至图5C中的Ⅰ1-Ⅰ11线截取的剖视图。

图6D是沿图5C中的Ⅰ2-Ⅰ22线截取的剖视图。

图7是图2中的二次电池的壳体的剖视图。

图8是图2中的二次电池的剖视图。

图9是图2中的二次电池的透视图。

具体实施方式

在下面的详细描述中，通过示出的方式示出和描述了本发明的特定示例性实施例。如本领域的技术人员将意识到的，在全部不脱离本发明的精神或范围的情况下，可以以各种方式对描述的实施例进行修改。因此，这里的附图和描述将被认为是本质上的示出性而非限制性。另外，当元件被称作“在”另一元件“上”时，它可直接在该另一元件上，或可在它们之间设置一个或多个中间元件的情况下而间接地在该另一元件上。另外，当元件被称作“连接到”另一元件时，它可直接地连接到该另一元件，或可在它们之间设置一个或多个中间元件的情况下而间接地连接到该另一元件。在下文中，相同的标号代表相同的元件。

图1A是根据本发明实施例的二次电池的分解透视图。

参照图1A，在一个实施例中，二次电池110包括：电路板120，具有保护电路122；正电极层132，形成在电路板120上并连接到电路板120上的焊盘部分126a；负电极层136，设置在正电极层132背对电路板120的侧面上，并连接到电路板120上的焊盘部分126b；分隔件134，设置在正电极层132和负电极层136之间。另外，二次电池110可包括多个正电极层132和多个负电极层136。

在一个实施例中，电路板120具有诸如柔性印刷电路板的薄膜的形式。在一个实施例中，在电路板120上形成有电路互连件124及连接到电路互连件124的焊盘部分126a和126b。另外，在一个实施例中，保护电路122连接到电路互连件124。在一个实施例中，电路板120的表面涂覆有保护层128，焊盘部分126a和126b通过形成在保护层128中的分别的开口暴露到电路板120的外部。

在一个实施例中，例如，电路板120上的正电极层132形成为具有大约10μm至30μm的厚度。在一个实施例中，正电极层132包括电极部分132a和从电极部分132a突出的接线片部分132b。在一个实施例中，接线片部分132b连接到暴露的焊盘部分126a，使正电极层132连接到电路板120。

正电极层132可使用例如喷涂、涂覆或沉积的方法由正电极活性材料形成。在一个实施例中，诸如氧化锂钴(LiCoO₂)、氧化锂镍(LiNiO₂)和氧化锂锰(LiMn₂O₄)的锂类氧化物可用作正电极活性材料。在一个实施例中，粘合剂和/或导电材料与正电极活性材料混合。

在一个实施例中，正电极层132不包括由诸如铝(Al)的金属制成的正电极集流体。因此，为了提供充足的导电率，在一个实施例中，导电材料以大约10％或更高的比例(例如，以大约10％至大约40％的比例)混合在正电极活性材料中。

在一个实施例中，例如，正电极层132上的分隔件134具有大约3μm至10μm的厚度。在一个实施例中，为了防止或基本上防止正电极层132和负电极层136之间的短路，分隔件134的宽度比正电极层132的宽度宽，以围绕正电极层132的电极部分132a的侧壁。

在一个实施例中，分隔件134包括可通过锂离子的多孔绝缘材料。例如，分隔件134可由纤维无纺布(fiber non-woven fabric)形成，该纤维无纺布包含诸如聚乙烯、聚丙烯、聚烯烃、它们的混合物或从由纤维素、聚酯和聚丙烯组成的组中选择的一个或多个的树脂。

分隔件134中可包含碳酸乙烯酯(EC)类或碳酸丙烯(PC)类电解质。例如，可通过将分隔件134浸在电解质中使电解质渗透到分隔件134中。

在一个实施例中，例如，分隔件134上的负电极层136具有大约10μm至30μm的厚度。在一个实施例中，负电极层136包括电极部分136a和从电极部分136a突出的接线片部分136b。在一个实施例中，接线片部分136b连接到暴露的焊盘部分126b，使负电极层136连接到电路板120。在一个实施例中，负电极层136的电极部分136a设置为与正电极层132的电极部分132a叠置。负电极层136的接线片部分136b设置在与正电极层132的接线片部分132b的位置不同的位置处，并不与正电极层132的接线片部分132b叠置。

负电极层136可使用例如喷涂、涂覆或沉积的方法由负电极活性材料形成。在一个实施例中，焦炭类碳或石墨类碳可用作负电极活性材料。在一个实施例中，粘合剂和/或导电材料可与负电极活性材料混合。

根据二次电池110的一方面，正电极层132、分隔件134和负电极层136的堆叠组件直接形成在电路板120上，使电路板120可用作壳体，二次电池110的厚度可被最小化或被减小。

参照图1B，在一个实施例中，二次电池110’包括：电路板120，具有保护电路122；正电极层132，形成在电路板120上并连接到电路板120上的焊盘部分126a；负电极层136，设置在正电极层132的背对电路板120的表面上并连接到电路板120上的焊盘部分126b；分隔件134，设置在正电极层132和负电极层136之间。二次电池110’与上述的在图1A中示出的二次电池110相似，因此，将省略相同元件的描述。二次电池110’还包括绝缘层129和绝缘层139，绝缘层129在电路板120背对保护层128的侧面(例如，二次电池110’的外表面上)上，绝缘层139在负电极层136背对分隔件134的表面上。绝缘层129和139可包括膜、涂层、盖板或任何其他合适的绝缘层。在一个实施例中，至少一个绝缘层129和139可密封电路板120的侧壁。

图2是根据本发明另一实施例的二次电池的分解透视图。图5A至图5C是平面图且图6A至图6D是剖视图，用于示出图2中的二次电池的堆叠结构。

参照图2，在一个实施例中，二次电池100包括：电路板20，具有集成电路(IC)模块22；正电极层32，形成在电路板20上并连接到在电路板20上的焊盘部分26a；负电极层36，设置在正电极32背对电路板20的侧面上并连接到在电路板20上的焊盘部分26b；分隔件34，设置在正电极层32和负电极层36之间；壳体10a和10b，壳体10b具有分别连接到正电极层32和负电极层36并暴露到壳体10b的外部的端子40a和40b。

参照图2和3，在一个实施例中，电路板20具有诸如柔性印刷电路板的薄膜的形式。在一个实施例中，在电路板20上形成有电路互连件24和连接到电路互连件24的焊盘26a和26b。IC模块22连接到电路互连件24。

参照图4，在一个实施例中，IC模块22包括用于存储信息的存储单元222、用于从IC模块22的外部接收信号的接收单元224、用于向IC模块22的外部发送信号的发送单元226及处理单元228。在一个实施例中，处理单元228构造为处理从接收单元224接收的信号以将从处理过的信号得到的信息存储在存储单元222中，并构造为处理存储在存储单元222中的信息以将处理过的信息提供给发送单元226。

在一个实施例中，存储单元222包括用于存储信息的存储装置，在一个实施例中，处理单元228包括用于处理信息的中央处理单元(CPU)。根据本发明实施例的包括IC模块22的二次电池100提供智能卡。例如，在接触式智能卡的情况下，接收单元224和发送单元226中的每个可具有用于与读卡器通信的接触部分(未示出)。在非接触式智能卡的情况下，接收单元224和发送单元226中的每个可具有线圈状的天线(未示出)。

在一个实施例中，绝缘保护层28形成在具有IC模块22的电路板20的整个表面上，焊盘部分26a和26b通过形成在保护层28上的分别的开口28a(见图3)暴露到电路板20的外部。在一个实施例中，保护层28由聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)或任何其他合适的绝缘层形成。

虽然上面参照图4描述的IC模块22被构造为具有存储单元222、接收单元224、发送单元226和处理单元228，但本发明不限于此，在其他实施例中，IC模块22可具有能够存储用户信息并执行信息处理(例如，计算并与读卡器通信)的任何其他合适的构造。

参照图5A和图6A，在一个实施例中，例如，电路板20上的正电极层32形成为具有大约10μm至30μm的厚度。在一个实施例中，正电极层32包括电极部分32a和从电极部分32a突出的接线片部分32b。在一个实施例中，接线片部分32b连接到暴露的接线片部分26a，使正电极层32连接到电路板20。

在一个实施例中，正电极层132可使用例如喷涂、涂覆或沉积的方法由正电极活性材料形成。在一个实施例中，诸如氧化锂钴(LiCoO₂)、氧化锂镍(LiNiO₂)和氧化锂锰(LiMn₂O₄)的锂类氧化物可用作正电极活性材料。在一个实施例中，粘合剂和/或导电材料可与正电极活性材料混合。

在一个实施例中，正电极层32不包括由诸如铝(Al)的金属制成的正电极集流体。因此，在一个实施例中，为了提供充足的导电率，导电材料可以以大约10％或更高的比例(例如，以大约10％至大约40％的比例)混合在正电极活性材料中。

参照图5B和图6B，在一个实施例中，例如，正电极层32上的分隔件34形成为具有大约3μm至10μm的厚度。在一个实施例中，为了防止或基本上防止正电极层32和负电极层36之间的短路，分隔件34的宽度被形成得比正电极层32的宽度宽，以围绕正电极层32的电极部分32a的侧壁。

在一个实施例中，分隔件34包括可通过锂离子的多孔绝缘材料。分隔件34可由纤维无纺布形成，该纤维无纺布包含诸如聚乙烯、聚丙烯、聚烯烃、它们的混合物或从由纤维素、聚酯和聚丙烯组成的组中选择的一个或多个的树脂。

在分隔件34中可包含EC类或PC类电解质。例如，可通过将分隔件34浸在电解质中使电解质渗透到分隔件34中。

参照图5C、图6C和图6D，在一个实施例中，例如，分隔件34上的负电极层36形成为具有大约10μm至30μm的厚度。在一个实施例中，负电极层36包括电极部分36a和从电极部分36a突出的接线片部分36b。在一个实施例中，接线片部分36b连接到暴露的焊盘部分26b，使负电极层36连接到电路板20。在一个实施例中，负电极层36的电极部分36a设置为与正电极层32的电极部分32a叠置。负电极层36的接线片部分36b设置在与正电极层32的接线片部分32b的位置不同的位置处，并不与正电极层32的接线片部分32b叠置。也就是说，如图6C中所示，在沿图5C中的Ⅰ1-Ⅰ11线截取的部分处，正电极层32的接线片部分32b被暴露。如图6D中所示，在沿图5C中的Ⅰ2-Ⅰ22线截取的部分处，负电极层36的电极部分36a被暴露。

在一个实施例中，负电极层36可例如使用喷涂、涂覆或沉积的方法由负电极活性材料形成。在一个实施例中，焦炭类碳或石墨类碳可用作负极活性材料。在一个实施例中，粘合剂和/或导电材料可与负电极活性材料混合。

参照图2和图7，在一个实施例中，壳体10包括下板10a和上板10b。在一个实施例中，壳体10以薄膜的形状形成，其中，下板10a和上板10b彼此连接。端子40a和40b形成在下板10a和上板10b的任何一个处(例如，在上板10b处)。在一个实施例中，如图7中所示，端子40a和40b中的每个允许上板10b的内表面和外表面通过穿过上板10b孔彼此电连接。端子40a和40b分别形成为与正电极层32的接线片部分32b和负电极层36的接线片部分36b对应。

在一个实施例中，壳体10由柔性树脂形成，柔性树脂可包括合成树脂，诸如尼龙、聚氯乙烯(PVC)、聚乙烯、丙烯腈丁二烯苯乙烯(ABS)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚对苯二甲酸乙二醇酯-G(PET-G)和特富龙(聚四氟乙烯，PTFE)。壳体10可形成为由合成树脂制成的膜的单层或多层结构，或形成为由合成树脂制成的膜与诸如铝的金属薄膜的多层结构。

参照图8，在一个实施例中，在电路板20、正电极层32、分隔件34和负电极层36的堆叠组件设置在下板10a和上板10b之间的状态下，下板10a的边缘部分和上板10b的边缘部分使用诸如热压缩的方法彼此结合，使堆叠组件如图9中所示地密封。在一个实施例中，正电极层32的接线片部分32b和负电极层36的接线片部分36b通过压缩分别连接到上板10b的暴露到壳体10的外部的端子40a和40b。也就是说，在一个实施例中，暴露到壳体10的外部的端子40a和40b分别连接到正电极层32的接线片部分32b和负电极层36的接线片部分36b，从而对二次电池充电和放电。

本发明实施例的一方面提供了一种具有二次电池的智能卡，使得在智能卡本身中执行信息存储和处理。因此，智能卡可应用到各种领域并进行各种应用。例如，智能卡可用作银行卡、信用卡、点卡、电子钱包(electronic money card)、通行卡(pass card)或身份(ID)卡等。

虽然已结合特定的示例性实施例描述了本发明，但应该理解，本发明不限于公开的实施例，而是相反，意图覆盖包括在权利要求及其等同物的精神和范围内的各种修改和等同布置。

Claims (20)

1.一种二次电池，所述二次电池包括：

电路板，包括第一连接焊盘和第二连接焊盘；

至少一个第一电极层，包括第一电极部分和第一接线片部分，其中，第一接线片部分连接到第一连接焊盘；

至少一个第二电极层，包括第二电极部分和第二接线片部分，其中，第二接线片部分连接到第二连接焊盘；

分隔件，设置在第一电极层和第二电极层之间。

2.如权利要求1所述的二次电池，其中，电路板被构造为二次电池的壳体。

3.如权利要求1所述的二次电池，所述二次电池还包括壳体，壳体容纳电路板、第一电极层、分隔件和第二电极层。

4.如权利要求3所述的二次电池，其中，壳体包括在电路板的第一侧面上的第一部分和在电路板的背对第一侧面的第二侧面上的第二部分，其中，第一部分和第二部分在第一部分和第二部分的各个边缘部分处彼此结合以密封壳体。

5.如权利要求3所述的二次电池，其中，壳体包含柔性树脂。

6.如权利要求3所述的二次电池，所述二次电池还包括接近第一连接焊盘的连接到第一电极层的第一端子和接近第二连接焊盘的连接到第二电极层的第二端子，第一端子和第二端子暴露到壳体的外部。

7.如权利要求1所述的二次电池，其中，电路板是柔性印刷电路板。

8.如权利要求1所述的二次电池，所述二次电池还包括在第二电极层的外表面上的绝缘层。

9.如权利要求8所述的二次电池，其中，绝缘层密封电路板的侧面。

10.如权利要求1所述的二次电池，所述二次电池还包括在第二电极层上的盖板。

11.如权利要求10所述的二次电池，其中，盖板密封电路板的侧面。

12.如权利要求1所述的二次电池，其中，第一连接焊盘和第二连接焊盘在电路板的表面上，包括第一电极层、分隔件和第二电极层的堆叠组件堆叠在电路板的所述表面上。

13.如权利要求12所述的二次电池，其中，电路板还包括在电路板的所述表面上的保护层，第一接线片部分通过穿过保护层的第一开口连接到第一连接焊盘，第二接线片部分通过穿过保护层的第二开口连接到第二连接焊盘。

14.如权利要求13所述的二次电池，其中，保护层覆盖电路板的除第一开口和第二开口之外的所述表面。

15.如权利要求13所述的二次电池，其中，电路板还包括在电路板的背对电路板的所述表面的另一表面上的绝缘层。

16.如权利要求1所述的二次电池，其中，电路板还包括电连接到第一连接焊盘和第二连接焊盘的集成电路。

17.如权利要求16所述的二次电池，其中，集成电路包括构造为存储信息的存储单元、构造为接收输入信号的接收单元、构造为发送输出信号的发送单元和构造为处理信号的处理单元。

18.如权利要求16所述的二次电池，其中，第一电极部分与集成电路叠置且第二电极部分与第一电极部分叠置。

19.如权利要求1所述的二次电池，其中，分隔件的宽度比第一电极层的对应宽度宽。

20.一种智能卡，所述智能卡包括：

电路板，包括第一连接焊盘、第二连接焊盘和电连接到第一连接焊盘和第二连接焊盘的集成电路；

至少一个第一电极层，包括第一电极部分和第一接线片部分，第一接线片部分连接到第一连接焊盘；

至少一个第二电极层，包括第二电极部分和第二接线片部分，第二接线片部分连接到第二连接焊盘；

分隔件，设置在第一电极层和第二电极层之间；

壳体，容纳电路板、第一电极层、分隔件和第二电极层，

其中，集成电路包括构造为存储信息的存储单元、构造为接收输入信号的接收单元、构造为发送输出信号的发送单元和构造为处理信号的处理单元。

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