CN1162369A - 具有集成试验器的电化学电池标签 - Google Patents

Abstract

公开一种用于电化学电池的标签(10)，其有一个用于电池的状态试验器，与该标签集成以形成一个标签/试验器组合件(11)。该标签/试验器组合件有一种热变色材料(12)，与一种导电材料(40)热接触。在一个可分离薄片上形成包括一种经固化的导电材料及优选地还有一种热变色材料的子结构，并且把该子结构从可分离薄片转移到热缩底膜的内表面上。在已转移的导电材料上可以施加一个分隔层(60)。优选地，一张其中具有一个用于截留空气的大窗口(220)开口的纸或塑料膜(210)施加在分隔层之上，并且与导电材料的热产生部分直线校准。该标签/试验器组合件施加到电池壳上，使具有窗口开口的绝缘纸或塑料膜对着电池壳。该试验器可以通过压下其表面上一个或两个区域，由此使导电材料与电池电极连接来激活，随后导电材料变热，使热变色材料外观发生变化，以便指示电池的状态。

Description

具有集成试验器的电化学电池标签

本发明涉及一种其上包括一个电化学电池状态试验器的标签，以及包括该标签的电池。

市场上可以买到的确定电化学电池状态的试验器典型为薄膜热敏感类型。这种类型的试验器典型包括一个在耐热膜一侧的导电层，以及一个在另一侧的热变色层。这样试验器市场上以没有集成到电池或电池标签的条形可以买到。为了使用试验器，必须把它施加到所试验电池的电极端。这样使导电层中电路复杂化，并且使该层变热。导电层的宽度可以沿其长度变化，结果造成较窄部分比较宽部分加热到较高温度。在沿导电层不同部分达到一个阀值温度时，在其附近的热变色层部分可能改变透明度，以显露底色层。一个靠在热变色层不同部分旁边的图解比例尺指示电池的状态。这样试验器的例子及其应用在美国专利4,723,656和5,188,231中公开。

在电化学电池上使用试验器长期以来已知(例如见美国专利1,497,388)。但是，使用现代技术和高速设备，把如美国专利4,702,564所公开类型的热敏感试验器结合到一个标签上则提出重要问题。一个或多个试验器部件，例如导电层，通常要求热加工或固化。现代电池标签由热缩塑料制成。迄今一个重要制造问题是如何固化导电层而不使下面的热敏感标签变形或收缩。可独立应用的热敏感试验器迄今把导电层施加到一个聚酯膜上。由于这样膜能够耐受固化温度，所以导电层能在膜上加以固化。但是，这样膜对现代电池标签没有用。这个问题按照本发明已经得到解决。

参考附图将会更好理解本发明，其中：

图1是集成有标签并且形成本发明标签/试验器组合件的组合电池试验器的放大部分等角图，部分以断面图表示。

图2A和图2B是用于制造图1所示标签/试验器组合件的中间产品的放大端视图。

图2C是图1完成的标签/试验器组合件一部分的端视图。

图3是图1试验器组合件一部分的平面图，说明优选分隔图形和下面的导电层。

图4是接触区域的放大断面图，以导电层压下与说明性导电材料相接触来表示。

图5是表示施加在电池上的标签/试验器的透视图。

图6是表示在使电池负端在图例顶部可见下，固定在电池上的标签/试验器的透视图。

图7是集成有标签的形成本发明标签/试验器组合件的电池试验器的另一个实施例的等角图。

图8A是表示通过把热变色层和导电层从一个可分离薄片转移到图8B部分组合件来制造标签/试验器组合件一部分的示意图。

图8B是图7所示标签/试验器组合件一部分的端视图。

图8C是图7完工的标签/试验器实施例的端视图。

图9是用于图7所示实施例的分隔层，导电层及其之间电介质层的平面图。

图10是图9所示各层的组装平面图。

图11是集成有标签的形成本发明标签/试验器组合件的电池试验器的另一个实施例的等角图。

图12是用于图11所示实施例的绝缘衬底，分隔层，导电层及其之间电介质层的平面图。

图13是图12所示部件的组装平面图。

本发明解决了上述为了易于制造可靠的用在电池之上的热变色试验器的障碍。本发明不需要固化标签上的导电层，由此消除了标签变形或收缩，并且使热敏感试验器可能与电池标签集成。在本发明中导电层在一个热缩可分离耐热薄片上加以固化，然后从薄片转移到电池标签上。

按照一个实施例本发明涉及一种电化学电池及一种其上的标签/试验器组合件。该组合件包括一个其上安排一种热变色材料的膜，一种与该热变色材料热接触的导电材料，以及用来把导电材料与电池壳热绝缘的装置，所述装置在一种基本不导电材料中包括一个开口，其中该开口有足够尺寸来覆盖导电材料的主要部分。该开口优选地覆盖导电材料至少40％的热产生部分，并且比该组合件中任何通过它可以手动压下导电材料一部分，以起动试验器的孔穴要大。

一种集成有电池标签的组合试验器的理想结构(标签/试验器组合件5)示于图1。该标签/试验器组合件5有不到100mil(2.5mm)厚度，理想地大约在4mil到20mil(0.1mm到0.5mm)之间。标签/试验器组合件5包括一个标签衬底10(底膜)，优选地在其内侧表面有一个印刷层6。标签衬底10用作一个与之集成的试验器部件的衬底。印刷层6可以由常规不导电油墨形成，并且可以包括文本，标识语句，或其它印刷设计，使电池标签具有可识别外观。印刷层6可以具有空心区域，例如在试验器一部分之上形成一个窗口，当试验器起动时用来观察试验器中颜色变化。在印刷层6一部分上形成一个热敏感层，优选地为热变色层12。在热变色层12上优选地形成一个色层15。标签衬底10为一个热缩膜，优选地为未增塑聚氯乙烯或聚丙烯。热变色层12可以由常规可逆热变色油墨组成。这种油墨在本领域已知，并且例如在美国专利4,717,710中提到。当热变色层12变热到一个响应激活温度时，典型地大约为37C，它就从不透明变为透明，由此露出下面的色层15。用于本发明组合试验器的一种优选热变色油墨从Matsui International Co.，Inc以型号37变色油墨可以买到。色层15可以是任何常规打印油墨，选择色剂以使该层具有鲜明、清楚的颜色。虽然优选地包括色层15，但是通过在层12之内结合附加色剂可以取消该层。

一个粘附层20施加于色层15之上，并且还直接施加于印刷层6之上标签10其余部分的内侧表面上。因此，热变色层12和色层15优选地位于标签衬底10与粘附层20之间，例如如图2C所示。适当粘附物20可以从周知的基于丙稀酸或橡胶类型的高性能压力敏感粘附物中有利地选择。尤其在粘附物部分置于标签与热变色层之间时，粘附物理想地为透明。适当粘附物20可以由Ashland Chemical Co.，Dublin Ohio以商业标志AROSET 1860-2-45销售的基于溶剂的粘性聚合物溶液来形成。这种粘附物及其使用参考美国专利5,190,609。为用于本发明范围，首先对一个可分离涂层薄片(未示出)，例如硅涂层纸，涂上AROSET粘性聚合物溶液，并且使粘附物仍在薄片上时干燥(或处理)，从而准备粘附物20。干燥的粘附物20然后可以从薄片上转移到标签10的内侧表面，即标签的露出印刷层6和试验器色层15之上(图2B)。

选择地，粘附物20可以用美国专利4,812,541所公开的高性能可固化(可交联)丙烯酸粘附物形成，这里例如在例1和例2中参考引入。

导电层40可以从已知的薄膜高导电层中选择。有利地，层40具有大约0.25mil到1.0mil(0.006mm到0.025mm)厚度，优选地大约为0.5mil(0.012mm)。其可能具有大约10到100毫欧/方之间的表面电阻率。用于本发明组合标签/试验器的一种优选导电层40由基于聚合物的银油墨形成。这种油墨由分散于聚合物溶液的银片组成。一种适当银油墨从Olin HuntConductive Materials(现在由Acheson Dispersions销售)以商业标志725A(6S-54)聚合物高导电厚膜可以买到。油墨的电阻率及因此导电层40的电阻率可以调节以便较好校准试验器。这可以通过把一种比银油墨具有较高电阻率的基于聚合物的导电石墨油墨混入银油墨来完成。一种优选的基于聚合物的导电石墨油墨从Olin Hunt Conductive Materials以商业标志36D071石墨油墨可以买到。适当导电层40成分可能包括70wt％到100wt％之间的银油墨，以及0wt％到25wt％之间的基于聚合物的导电石墨油墨。导电层40的表面电阻率也可以通过调节其厚度来控制。

导电层40是通过以变化的几何图形，例如以随长度逐渐变窄的图形来施加银膜而形成。这样用于导电层的图形例如在美国专利5,188,231中公开，这里参考引入。银油墨可以用常规印刷方法施加，在此之后使其干燥并热固化。导电层40的总电阻可能大约在1欧姆到2欧姆之间。

优选地，如图1所示，在粘附物20与导电层40之间有一个电介质油墨层30。电介质层30还对导电层40提供结构支持，并且防止导电层40受到粘附物20的腐蚀。电介质层30理想地具有附加要求，即当热施加在电池肩部130和135之上标签的主边缘120和125时，它不妨碍这些边缘各自适当收缩。电介质层30优选地具有大约0.2mil到0.5mil(0.005mm到0.012mm)之间的厚度。一种优选电介质层30为U.V.(超紫色光线)可固化聚合物层，包括丙烯酸功能低聚物，例如其以商业标志47MSB132 U.V.Dieletric Blue从Olin Hunt Conductive Materials可以买到。粘附层20和电介质层30一起具有大约小于1.6mil(0.04mm)的组合厚度，并且它们一起起代替耐热膜，例如聚酯的作用。电介质30可以有适当颜色，以取消需要色层15。

优选地，如图1所示，在导电层40之上安排另一电介质层50。有利地包括电介质层50是为了使导电层40与电池壳(壳80)隔离和绝缘。在一个优选实施例中(图1)，导电层40的端部没有涂上电介质50，以便它们可以压下与电池的正电极和负电极接触。一种优选电介质层50为U.V.可固化聚合物层，包括丙烯酸功能低聚物，例如其以商业标志47MSB132 U.V.Dieletric Blue层从Olin Hunt Conductive Materials可以买到。电介质层50优选地具有大约0.2mil到0.5mil(0.005mm到0.012mm)之间的厚度。电介质层30和50都可以用常规网板印刷(平面或旋转网板)，照相凹板或曲面印刷来施加。

在电介质层50之上安排一个绝缘分隔层60(图1)。分隔层60使导电层40与电池壳80(图5)电绝缘。分隔层60为多功能，即除它为电绝缘外，其一部分还形成一个区域，由此试验器能压下与电极接触。并且，分隔层60的另一部分为导电层40提供热绝缘。当标签/试验器组合件施加到电池上时，分隔层60接触电池壳80(图5)。分隔层6以产生延伸通过层厚度的孔穴的图形来施加。至少大多数孔穴为导电层40与电池壳80之间热绝缘产生气穴，并且因此使导电层40的表面可以达到较高平衡温度。如图3最佳说明，分隔层60由本体部分62及端部64a和64b(图3)形成。本体部分62理想地具有大约1.5mil(0.038mm)到3.0mil(0.075mm)之间的厚度。端部64(a)和64(b)优选地各安排在分隔层60的末端，并且包括各自的分隔末端部分65a和65b，以及各自的辐射肋66a和66b。如图3说明，电介质层50(安排在导电层40与分隔层60之间)覆盖本体部分62，但不覆盖末端部分65a和65b。分隔部分65a和65b在它们边界之内各自包括一个或多个孔穴，例如67a和67b。这些孔穴各自形成末端75a和75b一部分。当手指压力直接施加在两末端之上标签区域时，末端75a和75b分别使导电层40端部可以与电池的负极和正极电接触。

分隔图形的本体62将比其它试验器层具有相对宽的厚度，以便使导电层40与电池产生适当分隔，并且还在试验器之下产生绝缘气穴。对分隔层60可以使用各种可固化的材料，例如丙烯酸盐功能环氧树脂，丙烯酸盐功能尿烷，以及丙烯酸盐功能聚酯，这些材料具有适当的印刷和耐久特征。这样材料优选地为U.V.可固化，并且能够用网板过程(平面或旋转)印刷，以便能使分隔层本体达到大约1.5mil到7.0mil(0.038mm到0.175mm)之间的要求厚度。这样厚度使用基于溶剂的油墨或其它必须由图形印刷的溶剂层将难以达到。分隔材料与所有其它试验器部件一样，必须经受暴露于升高到大约170°F温度之中，该温度为电池性能试验期间通常使用的温度。

用于分隔图形60的一种优选材料由包括U.V.可固化聚合物，例如丙烯酸盐功能环氧树脂或丙烯酸盐功能尿烷聚合物的化合聚合物形成。该化合材料包括活性低聚物，活性单聚物，以及稠化填充物。该稠化填充物可以是硅石填充物，例如从Degussa Inc.Chemicals Division可以买到的AEROSIL200。它使该材料为一种流变体，其使它较易于印刷且在固化之前保持材料粘性。用于分隔层60的一种优选化合混合物为：预聚合混合物产品标志EBECRYL4833(Radcure Specialities Co.，Norfolk Virginia)，包括尿烷丙烯酸盐齐聚物及N-乙烯基-2-吡咯烷酮(50wt％到80wt％)；活性单聚物乙烷二醇二丙烯酸盐(20wt％到40wt％)；以及AEROSIL200(0.1wt％到5wt％)。该化合物使用常规网板印刷过程按期望图形施加。印刷材料然后由U.V.光线固化，以便产生一个希望图形的硬质手动不可压缩且热稳定的分隔层60。分隔层60具有大约0.1mil(0.0025mm)到7mil(0.175mm)之间的厚度。分隔本体部分62优选地具有大约1.5mil(0.038mm)到7mil(0.175mm)之间的厚度。一种其中表示有导电层40的优选分隔层60如图3所说明。

末端75a和75b(图3)各自由分隔端部65a和65b及导电层一部分，即各自为42a和42b所组成。分隔部分65a和65b理想地各有0.1mil(0.0025mm)到2.0mil(0.05mm)之间的厚度。部分65a和42a具有大约0.35mil(0.009mm)到3.0mil(0.075mm)之间的组合厚度。类似地，部分65b和42b具有大约0.35mil(0.009mm)到3.0mil(0.075mm)之间的组合厚度。分隔部分65a和65b形成孔穴(各自为67a和67b)，这些孔穴有利地为多边形，矩形，蛋形，椭圆形或圆形孔穴，贯穿分隔层60的厚度。由于电介质层50只覆盖分隔层60的本体部分62，所以导电层40的端部，即部分42a和42b优选地分别置于分隔部分65a和65b上，而在其之间无插入层。当压下导电部分42a之上的标签区域时，导电部分42a穿过下面分隔层中的孔穴67a，并且穿过分隔部分65a，直到它与电池电极或与电池电极电接触的导电表面相电接触为止。

类似地，当压下导电部分42b之上的标签区域时，导电部分42b穿过分隔表面中的孔穴67b，并且穿过分隔部分65b，直到它与电池电极或与电池电极电接触的导电表面相电接触为止。当移去压力时，导电部分42a和42b将充分返回其在分隔表面之上的原始位置。这样可以完成许多许多次。

可以有一系列肋66a和66b(图3)各自辐射离开端部65a和65b。当试验器/标签组合件5加热而在电池肩部上收缩时，这些肋会集束，并且因此允许末端75a和75b在电池肩部上整齐加热收缩而不凸起或变形。

如图3所示，导电层40通常包括一个低电阻部分40a和一个高电阻部分40b。高电阻部分40b可以如图3所示从一端到另一端具有逐渐变窄的宽度。因为较窄端具有较高功率密度(单位表面积所消耗的功率)，所以较窄端40b₁将比较宽端40b₂达到较高的表面平衡温度。覆盖低电阻部分40a的分隔图形取多个平行肋60a形状，优选地由上述公开的分隔材料形成。肋60a优选地沿低电阻部分40a的长度延伸。覆盖高电阻部分40b的分隔图形60b可以理想地由多个分隔材料的小岛，例如团块形成，因此在其之间产生热绝缘气室或孔穴。

一种组合试验器/标签5可以按下列优选方式制造：热缩标签衬底10可以优选地是一种未增塑聚氯乙烯底膜，或者优选地大约6mil(0.15mm)厚度的聚丙烯膜首先按机器方向(标签绕电池卷起方向)加热伸展，结果使膜厚度大约为1.5mil到4mil(0.0375mm到0.1mm)之间。部分分层子结构7(图2B)首先通过使用常规不导电油墨对标签10涂以印刷层6而形成。不导电油墨优选地具有大约小于1000ppm总金属含量(干燥重量基准)。该油墨在暴露于如制造电池期间所可能存在的缄性环境中时不应退化。热变色层12然后可以使用常规平面或旋转网板印刷方法沿标签宽度施加到印刷标签的小部分之上。热变色层12可以U.V.固化，随后其厚度大约在1.0mil到3.0mil(0.025mm到0.075mm)之间。热变色层12然后可以由常规照相凹板，曲面印刷或网板印刷过程，用色层15敷层。(色层15可以依靠电介质30提供指示颜色而取消，当热变色层12达到其响应温度时，其将变为可见。)标签10可以用标签的印刷底表面上的粘附层20来覆盖。粘附层20可以按上述方式准备并施加到形成子结构7的印刷标签的下表面。

其次，可以用希望图形的导电层40对热稳定可分离涂层薄片18涂层来制造可转移的分层子结构35。子结构35或其部分这里可以称为预型件。(如果导电层在标签10开始收缩或相反开始变形的温度之下某一温度容易处理，导电层可以替换地直接施加到标签10之上并在其上处理，而不需要薄片18。)薄片18可以是任何耐热膜，例如聚酯，纸或聚碳酸酯膜，用常规可分离层，典型为硅来预涂层。导电层40理想地包括一种如上所述分散于聚合物溶液的导电银混合物。其上有银片分散体涂层的薄片18然后经过一个热炉，直到层充分固化为止。除加热外，导电层40还可以经受超紫外线(U.V.)辐射以增强其固化。随后导电层40由常规网板过程，照相凹板或曲面印刷用以上所提及电介质油墨30来涂层。(选择地，热变色层12可以在油墨30仍在薄片18上时直接施加到电介质油墨30上，而不在印刷层6上施加层12。)包括电介质油墨30的薄片经过常规U.V.固化装置以便聚合并处理该层。通过把暴露的电介质层30压到粘附部分20底部，由涂有电介质油墨30的导电层40所组成的分层子结构35(图2A)然后可以从薄片18转移到分层子结构7(图2B)。随后，通过剥离薄片18能容易地从子结构35移去，由此离开子结构35而附着在子结构7上。

一个与电介质油墨30可能具有相同成分，但是优选地有不同色明暗度的第二电介质油墨层50可以按任何希望图形直接涂在暴露导电层40上。电介质层50可以使用常规网板过程，照相凹板或曲面印刷技术印在导电层40上。层50然后按常规方式通过使其经受汞汽灯的照射而加以固化，随后它具有大约0.2mil的厚度。

在施加并固化电介质层50之后，然后在层50之上施加一个分隔图形60。分隔图形60优选地由如上所提及的丙烯酸盐尿烷聚合物(或丙烯酸盐环氧聚合物)，活性单体和增稠填充剂，例如AEROSIL200的预聚物混合所组成。该混合有利地由常规平面或旋转网板过程印刷方法施加。在这个过程中网板纤维涂在18公丝到80公丝的模板厚度上。网板孔理想地大约在每英寸100丝到200丝之间。印刷混合然后经U.V.固化。所固化的分隔图形60具有大约1.5mil到7mil(0.038mm到0.175mm)之间的厚度。如图1和图2C最佳所示，现在完成了组合标签/试验器5的分层结构。它可以用一个可分离衬垫加以保护，并且保存到希望把它施加到电池上为止。

本发明的标签/试验器组合件5首先通过从标签移去可分离衬垫，然后把标签如图5所说明那样卷在电池壳80上施加到电池上。粘附层20的暴露部分附着在电池壳上。如上所述，标签边缘120和125优选地没有暴露粘附物。在标签卷在壳上之后，可以对标签边缘120和125加热，以便绕电池肩部130和135加热收缩这些边缘，结果形成如图6所示布置。由于末端75a和75b优选地邻近各自标签边缘120和125，所以这些末端还将各自在电池肩部130和135上成为热收缩。如图6所示，它们因此将各自将变得极接近于电池表面110i和115i。电池部分110i和115i为导电，并且各自形成电池的电极端110和115的一部分。在标签/试验器5固定到电池之后，形成末端75a和75b的导电层40的部分将各自通过分隔部分65a与65b与电池电极的电接触保持绝缘，直到试验器激活为止。试验器可以通过同时手动压下区域42a和42b上的标签10的表面来激活。

如图4最佳所示，当手指92压下导电区域42a时，导电层的这个部分穿过分隔部分65a中的一个孔穴，直到它与导电表面110i接触为止。类似地，当压下导电区域42b时，导电层的这个部分穿过分隔部分65b中的孔穴，直到它与和电池正电极115相接触的导电表面115i成为接触为止。当电池部分110i和115i同时由各自导电部分42a和42b接触时，在导电层40中产生热量，其又激活热变色层12。虽然这里叙述的双重激活设计为优选，但是可选择地导电层一端可以永久固定在电池上，以便它与一个电池电极永久电接触。这可以通过在导电层40一部分与一个电池电极或与该电极电接触的电池部分之间使用导电粘附物来实现。导电层另一端或其部分可以使用一个激活机构，例如上所述的75(a)和75b。在本实施例中，为了激活试验器，用户只需压下标签/试验器组合件5的一端。

本发明的标签/试验器组合件的另一个实施例是如图7示意说明的组合件8，其可以参考图8A至图8C如下加以叙述。(图7和图8A至图8C所示层具有如上参考图1和图2A至图2C所讨论层相同的标号，它们可以有相同的成分，并且用如上所述相同的印刷方法来施加。)标签/试验器组合件8(图8C)首先通过形成如图8B所示第一分层子结构9来制造。子结构9(图8B)是通过对标签10的内表面施加一个图形印刷层6，然后在印刷层6上施加粘附层20而形成。(用于层20的优选粘附物及施加的优选方法已在上文叙述。)可分离薄片18上一个可转移分层子结构36然后可以首先通过在可分离(例如涂有硅)薄片18上施加一个导电层(上述银油墨层)，然后热固化该层以形成经固化的导电层40来准备。(子结构36或其部分这里可以称为预型件。)然后在导电层40上可以施加色层15，并且在色层15上又施加热变色层12。子结构36(图8A)包括层12，15和40，然后它可以通过把子结构36的热变色层12压到子结构9的粘附层20上，并且然后从薄片18上剥离，以从可分离涂层薄片18上转移到分层子结构9上。随后可以在暴露导电层40上施加电介质层50，并且可以在电介质层50上施加分隔层60，因此形成图8和图9C所说明的最终标签/试验器组合件。

图9说明用于图7所提及的导电层40，电介质层50及分隔层60的一种优选布置。图9说明的分隔层60由一个本体部分162及端部164a和164b形成。本体部分162理想地具有大约1.5mil(0.038mm)到7.0mil(0.18mm)之间的厚度。本体部分162优选地以十字形水平和垂直肋图形形成，这些肋形成多个气穴163，它们在标签/试验器组合件8与电池壳80之间提供热绝缘。如图9所说明，各端部164a和164b各自安排在层60的相对末端。端部164a和164b各包括各自的分隔端部165a和165b，及各自的分隔尖部166a和166b。分隔端部165a和165b各自形成孔穴167a和167b，它们优选地为多边形，矩形，蛋形，椭圆形或圆形。分隔端部165a和165b在分隔层60中其对端绕一个或多个这样孔穴，即空间形成边界。这些孔穴区域(面对导电层40)可以大约在1.5mm²到20.0mm²之间，优选地大约在8mm²到20mm²之间，并且各自形成末端175a和175b一部分。分隔尖部166a优选地包括一对倾斜肋166a₁和166a₂，它们从分隔层一端突出。分隔尖部166b优选地包括一对倾斜肋166b₁和166b₂，它们从分隔层对端突出。

导电层40(图9)包括在导电层各端的低电阻部分140a和140b，以及在其之间的高电阻部分140c。实际中高电阻部分140c形成导电层40的热产生部分，即它设计为能够产生足够热量，以便当导电层40的端部压下与一个新电池的电极电接触时，与其热接触的热变色层15将改变外观。热产生部分140c沿导电层长度的主要部分可以有逐渐变窄的宽度，以便当起动试验器时，较窄端140c₁将比较宽端140c₂达到较高的表面平衡温度。这样允许确定电池的强度。例如，如果电池弱，将只有最窄部分(140c₁)上的热变色层40部分改变外观。当电池为新时，导电层40的整个热产生部分(140c₁和140c₂)之上的热变色层将改变外观。

在图9所示实施例中，优选地两个或多个导电触指143a从导电部分142a的端部突出，并且类似地两个或多个触指143b从相对低电阻端140b突出。各触指143a由它们之间的小间隔(m)相互隔开。类似地各触指143b由它们之间的小间隔(n)相互隔开。当标签/试验器组合件的端部加热在电池肩部130和135上收缩时，各组触指之间的间隔变小，因此趋于合并各组中的各触指。触指之间小间隔在对其施加热量以使那些端部在电池肩部上热收缩时，防止了标签/试验器组合件端部的凸出或翘曲。

图9的层40，50和60如图10组装所示。在该实施例中电介质层50夹在导电层40与分隔层60之间。电介质层50比导电层40和分隔层60都短，并且只覆盖分隔层60的本体部分162。因此，导电层40的端部，即部分142a和142b及导电触指143a和143b能直接安置在分隔层上，优选地在它们之间无插入层。在该组装件中，分隔肋166a₁和166a₂在试验器一端对下面的导电层143a提供支持和电绝缘。分隔肋166b₁和166b₂在试验器对端对下面的导电层143b提供支持和电绝缘。

在标签/试验器组合件8对端的各末端175a和175b由各自分隔端部165a和165b，以及导电层一个部分，即各自为142a和142b所组成。分隔端部165a和165b理想地具有0.1mil(0.0025mm)到2.0mil(0.05mm)之间的厚度。部分165a和142a具有大约0.35mil(0.009mm)到3.0mil(0.075mm)之间的组合厚度。类似地，部分165b和142b具有大约0.35mil(0.009mm)到3.0mil(0.075mm)之间的组合厚度。

当压下导电部分142a之上标签区域时，导电部分142a压下穿过分隔部分165a中形成的下面间隙，并且穿过其中，直到它与电池电极或与电池电极电接触的导电表面相电接触为止。当移去压力时，导电部分返回到其在分隔表面之上的原始位置。各自安置在分隔肋166a₁和166a₂上的导电触指143a也能通过直接压下所述触指之上的标签部分而成为与电池电极电接触。其中，导电部分143a穿过肋166a₁和166a₂之间分隔层中的孔穴，直到它与电池电极或与电池电极电接触的导电表面相电接触为止。当移去压力时，导电部分143a返回到其在分隔肋166a₁和166a₂之上的原始位置。试验器对端上的导电触指143b能以相同方式通过直接压下端部143b之上的标签部分而成为与电池电极电接触，于是所述导电触指穿过肋166b₁和166b₂之间分隔层中的孔穴而与电池电极电接触。

图7替换实施例所示的标签/试验器组合件8可以按参考1实施例所述相同方式施加到电池上；即绕电池壳80卷标签，使标签的粘附侧与电池壳接触，然后加热收缩电池肩部130和135之上的标签端部。

本发明标签/试验器的一种优选实施例为图11示意说明的组合件11。组合件11最顶层的详细情况，即层40，50，60和210如图12和图13最佳说明。(图11至图13所示层与相对上述实施例中任何一个所讨论的具有相同标号，它们可以有相同成分，并且以上述相同印刷方法施加。)图11所示试验器/标签组合件11可以与图7所示组合件8相同，并且除了在分隔层60之上添加一个附加层即绝缘衬底210，以便当试验器/标签组合件施加到电池上时绝缘衬底210与电池壳80接触之外，用上面参考图8A至图8C所述相同方法准备。

绝缘衬底210提供电和热绝缘，并且由具有一个或多个孔或开口220的材料组成，当组合件11施加到电池壳时，通过这些孔或开口形成一个或多个热绝缘气穴。大部分热绝缘由截留在孔或开口220中的空气提供，并且因此衬底210材料自身不必须具有非常高的绝热特性。衬底210理想地为一种热导率大约小于10watt m^-1K^-1的材料。该材料也优选地基本不导电(即当与金属比较时基本上不导电)。理想地，衬底210材料具有大约大于2.7×10⁶ ohm-cm的体电阻率(表面电阻率为每方@2mil大约大于550兆欧)。衬底210应该也有足够的耐热性，以便当暴露在大约达140°F温度时它不会收缩或变形。因此，衬底210可以从大量材料中选择，例如塑料膜，聚合泡沫，纸及它们的混合物。衬底210理想地具有2mil到12mil(0.05mm到0.3mm)之间的厚度，优选地在4mil到7mil(0.1mm到0.18mm)之间，并且最为优选地是纸。纸可以是无涂层或有涂层纸。虽然多孔纸可能是优选的，因为它多少提供较好的热绝缘，但是纸的密度不重要。不用纸，衬底210可以是具有上述特性的塑料膜。例如，如果选择塑料膜，它可以理想地从高密度聚乙烯，高密度聚丙烯，聚酯，聚苯乙烯，以及酰胺纤维中选择。选择地，衬底210可以是聚合泡沫，例如聚氨酯泡沫。衬底210可以由包括两层或多层塑料膜，或压到纸上的塑料膜，或聚合泡沫的层压件的组合材料所形成。这样用于衬底210的组合材料例如可以是层压到聚乙烯的聚酯，例如通过共挤压，或压到纸上的旋压粘合聚酯。在后种情况下，组合件的聚酯侧将面对并接触电池壳80。虽然组合材料不看作是必须的，但是它们确实对渗入试验器内部的微量残余KOH或其它沾染物提供附加程度的保护，这些沾染物可以在电池壳上存在。

衬底210中的开口优选地为一个单窗口220形状，其足够大以便覆盖导电层40的热产生部分(140c₁和140c₂)的主要部分(图12)。(这里使用的术语“导电层40的热产生部分”将指置于热变色层12之上(图11)，并且当导电层与一个新的未放电的电池电极电连接时，为了使与其热接触的热变色层外观产生响应变化而产生足够热量的热变色层40的部分。)窗口220理想地覆盖比任何孔穴167a和167b中最大者要大的表面区域，通过这些孔穴167a和167b可以手动压下导电层40一部分以便激活试验器。孔穴167a和167b理想地覆盖面对导电层40侧大约1.5mm²到20mm²之间的区域，并且所述孔穴具有大约0.1mil(0.0025mm)到2.0mil(0.05mm)之间的深度。

窗口220应该足够大，以便在导电层40的热产生部分与电池壳80之间提供理想的热绝缘。窗口220还应该足够大，以便当激活电池时它不妨碍达到可看见的强烈热变色显示。窗口220的宽度，即其沿电池周缘方向的尺寸相对窗口深度不应该太大，以便当其卷绕在电池壳80上时标签10的压力使试验器的任何部分(除衬底210之外)沉入窗口区域里，并且接触通常为圆柱形的电池壳。因此，一个优选窗口220为一个细长或扁长裂缝布置，例如矩形或椭圆形或其它这样宽度比长度小的布置。窗口220相对电池直线校准，以便其宽度基本在电池周缘方向。例如，图12说明一个矩形窗口220。本实施例中该矩形窗口220可以典型地具有大约1.5mm的宽度，大约20mm的长度，以及大约0.15mm厚度。这样尺寸反映宽度充分小，厚度充分大，以便当标签10卷绕在电池上时，使标签/试验器组合件的任何部分(除衬底210之外)不致通过所述窗口与电池壳接触。

在图12所示实施例中，窗口220理想地有一个为导电层40热产生部分一侧表面区域至少40％，并且优选地至少为60％的区域。在图12所示实施例中，窗口220可以有一个高达导电层40热产生部分一侧表面区域至少80％的区域。与该实施例有关，分隔层60的本体部分162可以在其表面包括如图9所示开口163那样的间隙或开孔图形。但是，本体部分162优选地为连续层，在其表面无开口或间隙。这样使用连续本体部分162与其中具有大窗口开口220的绝缘衬底210相结合的实施例在图12说明。本体部分162具有0.1mil(0.0025mm)到7mil(0.18mm)之间的厚度，优选地大约在0.1mil(0.0025mm)到2mil(0.05mm)之间。当对分隔层60使用连续本体162时(图12)，有可能取消电介质层50。但是包括电介质层50还是非常理想，因为它在导电层40与电池壳80之间提供附加电绝缘，并且还有助于使电池壳上任何残留的KOH或电池所产生的腐蚀水气不致进入导电层40和热变色层12。如图12所说明，端部164a和164b可以具有上述参考图9所说明实施例相同的设计和结构。

当标签/试验器组合件11组装并施加到电池壳上时，截留在窗口220内的空气用作使最接近绝缘衬底210的导电层40那侧热绝缘。截留的空气使导电层40的对侧与热变色层12之间相互交换热量，以便当电池激活时比不在衬底210中使用窗口或其它开口时达到较高温度，绝缘衬底210中小开口的图形可以用来提供空气绝缘，代替所有或部分窗口220。例如，窗口220可以形成较小，并且在衬底210中在窗口周围或附近形成附加开口。但是，在绝缘衬底210中形成小开口图形的衬底材料将传递一些热或反射光，并且因此当激活试验器10时妨碍热变色显示的外观。也就是，当试验器激活时，衬底210中小开口图形将通过显示区域来展示。因此，当在绝缘衬底210中在导电层40的热产生部分之上使用单个大窗口220时，则实现最佳效果。并且，已经确定单个大窗口220能由其中截留的空气提供所要求程度的热绝缘，使得无需在衬底210中有附加开口。

已经确定窗口220大约有2mil到12mil(0.05mm到0.3mm)之间，优选地4mil到7mil(0.1mm到0.18mm)之间的深度，以便满意地提供所要求的热绝缘。这样范围足够低，因此不要求对市场上碱性电池的电池壳直径作任何调整。在图12所示实施例中，窗口220可以具有20mm×1.5mm×0.15mm的典型尺寸。在绝缘衬底210与分隔层60之间有一个例如大约0.1mil到0.3mil(0.0025mm到0.075mm)之间厚度的薄粘附层215，其把衬底210固定在分隔层60上。在组装期间在层60施加到电介质层50之上以后，粘附层215(图12)可以方便地直接施加到分隔层60的本体部分162之上。该粘附物可以以连续或不连续层，例如以可能是规则或不规则隔开的网点或直线形式施加到本体部分162上。粘附物215例如可以按一系列密排的水平或垂直平行线施加到层60的部分162之上。这样与如果使用连续层相比，就能使用稍许少些的粘附物。施加衬底210以便固定到分隔层60的粘附涂层部分162上，并且使窗口220与导电层60的热产生部分(140c₁和140c₂)直线校准。本体162上粘附层215一部分可以位于窗口220下面，但是它不进入窗口容积。可选择地，粘附物215可以直接施加到绝缘衬底210的表面上，绝缘衬底又可以施加为固定到分隔层60的本体部分162上。

粘附物215不要求高的粘合强度，并且能从大量耐热粘附物中选择。优选地粘附物215为一种U.V.(超紫色光线)可固化压力敏感粘附物。这种类型的一种适当粘附物以一种预聚合液体混合物，以商业标志Deco-Rad7024 U.V.可处理粘附物从Deco-Chem Co.，Mishawaka，Indiana可买到。该预聚合液体可以用常规印刷方法，例如用曲面印刷施加到分隔本体162上，然后经受超紫色光线固化该层。在衬底210粘合到分隔本体162上之后，然后以参考以上实施例所述方式，可以把试验器/标签组合件11施加到电池壳80上，而使端部164a和164b各自热收缩在电池肩部130和135上。

虽然本发明已参考特定实施例和材料作了叙述，但是应该理解，可能修改这些实施例以及替换材料。例如，已经叙述了粘附层20的理想性能特征，但是对本领域技术人员可以很显然，可能替代这里叙述的优选压力敏感粘附物。并且，虽然已经对电和热绝缘层叙述了优选的特定材料，但是应该认识到，在本发明的范围之内可能替换材料。因此，本发明不打算限于这里所述的特定实施例和材料，而是由权利要求及其等效内容所限定。

Claims (21)

1.一种用于制造标签的方法，该标签用于具有一个外壳和两个电极的电池，此标签包括一个热缩衬底和一个集成电池状态试验器；其中所述试验器包括热产生装置和用来与所述电池电极电接触的装置；所述方法的特征在于步骤：

a)通过在一个可分离转移薄片上形成至少包括所述热产生装置的试验器部分，制成一个预型件；

b)把该预型件固定在所述衬底上，以及

c)从预型件移去可分离转移薄片。

2.权利要求1的方法，其中所述热产生装置是通过在可分离转移薄片上施加一个导电层，并且热固化其上的所述导电层来形成。

3.权利要求2的方法，其特征还在于，在热固化所述导电层之后在所述薄片上的所述导电层之上施加一个色层，以及在该色层之上施加一个热变色层，以及在从预型件移去可分离转移薄片之后在所述导电层一部分之上施加一个电介质层，并且然后在所述电介质层一部分之上施加一个电绝缘层，所述电绝缘层具有贯穿其厚度的孔穴。

4.一种用于制造电化学电池的方法，该电化学电池有一个其上有一个集成试验器的标签，该方法包括把一个按照权利要求3制成的标签施加到一个电化学电池上，这里是通过使所述导电层至少一部分邻近一个与所述电池的一个电极相电接触的导电表面而把所述标签固定其上，其中所述电绝缘层一端在其表面至少有一个孔穴，通过该孔穴可以手动压下所述导电层一部分以便激活试验器，并且其中至少所述导电层的另一部分邻近一个与所述电池另一电极相电接触的导电表面。

5.权利要求4的方法，其中电池壳包括一个金属圆柱壁，在其各自端有第一和第二肩部；其中包括所述预型件的所述标签至少有一个边缘，包括所述导电层一部分，伸到所述电池肩部中一个之外；其中所述方法还包括如下步骤，即加热收缩一个所述电池肩部之上至少一个标签的所述边缘，其把导电层一部分置于邻近一个与一个电极相电接触的导电表面。

6.一种用于制造集成有状态试验器的标签的方法，该方法形成一个用于电化学电池的标签/试验器组合件，并且把所述组合件施加到电池上，所述电池有一个壳及一个正电极和一个负电极，所述方法的特征在于如下步骤：

a)把一个粘附层施加到一个热缩底膜一侧至少一部分上，

b)把一个导电层施加到一个可分离薄片上，

c)热固化所述薄片上的导电层，

d)把一个热变色层施加到经固化的导电层上，以便在所述薄片上形成一个子结构，所述子结构包括经固化的导电层和热变色层；

e)把所述子结构附着在底膜上所述粘附层至少一部分上；

f)移去可分离薄片，以及此后

g)通过使所述膜上粘附层的暴露部分与壳接触，把底膜施加到电池壳上，由此所述导电层至少一部分邻近一个与所述电池一个电极相电接触的导电表面。

7.组合地，一种电化学电池和一种标签/试验器组合件；所述电池包括正电极和负电极及一个金属壳；所述标签/试验器组合件附着在电池壳上，所述壳一部分形成所述电极中一个；所述组合件的特征在于包括一个其上安排一种热变色材料的膜，一种与该热变色材料热接触的导电材料，用于使所述导电材料与电池壳热绝缘的装置，所述装置在一种基本不导电材料中包括一个开口，并且所述开口具有足够尺寸以覆盖所述导电材料的主要部分。

8.权利要求7的组合，其中所述开口为一个细长裂缝，其宽度比长度小，并且相对电池直线校准，以便其宽度基本在电池壳的周缘方向。

9.权利要求7的组合，其中电池为圆柱形，并且所述不导电材料的厚度和所述开口的宽度为预先确定，以便当该组合件附着在电池上时，除所述不导电材料以外标签/试验器组合件没有部分通过所述开口与电池壳接触。

10.权利要求7的组合，其中所述不导电材料有大约大于2.7×10⁶ohm-cm的体电阻率，以及大约小于10watt m^-1K^-1的热导率，其中所述不导电材料从纸，塑料膜，聚合泡沫及它们任意组合所组成的组中选择，并且其中所述开口覆盖所述导电材料的所述热产生部分一侧的一个区域。

11.权利要求9的组合，其中在其内有所述开口的所述不导电材料的厚度大约在2mil到12mil(0.05mm到0.3mm)之间。

12.权利要求10的组合，其中所述不导电材料包括纸。

13.权利要求8的组合，还在所述导电材料与所述不导电材料之间包括一个分隔层，所述分隔层至少有一个孔穴穿过其厚度，其中导电材料一部分安排在所述孔穴之上；通过在所述孔穴之上所述导电部分上施加手动压力，由此使其压下穿过以与电池电极电接触，可以激活试验器。

14.权利要求13的组合，其中所述分隔层一部分覆盖所述不导电材料中的所述细长裂缝，并且覆盖所述细长裂缝的分隔层的所述部分在其表面无间隙。

15.权利要求13的组合，其中所述电池的金属壳有一个圆柱壁，在其各自端有第一和第二肩部，并且其中所述标签/试验器组合件包括使该组合件至少一端加热齐平收缩在所述电池肩部中一个的装置。

16.权利要求15的组合，其中使组合件所述至少一端加热齐平收缩的所述装置包括至少两个触指，从导电材料的所述端部凸出。

17.权利要求7的组合，其中其上安排有热变色材料的所述膜是从未增塑聚氯乙烯和聚丙烯组成的组合中选择的一种热缩膜，其中所述膜是在其一侧上印有图形的热缩膜，并且在其与该图形相同侧具有压力敏感粘附物，其中所述组合件是通过使其卷绕电池壳上，以便粘附物接触壳而附着在电池上，并且所述标签/试验器具有小于100mil(2.5mm)的厚度。

18.一种用于电化学电池的状态试验器，所述状态试验器位于一个热缩标签上，在所述标签一侧包括一个粘附层，一个热变色层，一个与热变色层热接触经热固化的导电层，以及用于使该导电层与一个电化学电池的壳隔开并热绝缘的装置。

19.权利要求18的电化学电池状态试验器，其中标签在导电层经受热固化的温度之下某一温度收缩。

20.组合地，一种电化学电池和一种标签/试验器组合件；所述电池包括一个具有圆柱壁的金属壳，在其各自端有第一和第二肩部；所述标签/试验器组合件附着在电池壳上；所述组合件包括一个热缩底膜，一个热变色层，一个与该热变色层热接触的经热固化的导电层，用于使所述导电层与电池壳保持隔开的装置，所述装置使所述导电层与电池壳电绝缘和热绝缘，以及包括至少两个触指的附加装置，这两个触指从导电层至少一端凸出。

21.权利要求20的组合，其中在所述导电层经受热固化的温度之下某一温度时，所述底膜在电池上可收缩。

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