CN1208970A - 一批叠层电池的制造方法和由此得到的叠层电池 - Google Patents

一批叠层电池的制造方法和由此得到的叠层电池 Download PDF

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Abstract

间距由直径d的衬垫(11)保持恒定的叠层电池的批量制造,包括:－用密封框(3)的热熔粘合材料在基底(1)上形成第一线以及在间距e的孔之间的连接部分(5)和靠近一端(8)的第二线(7),从而产生充填通道(9),所述线具有恒定横截面So和高度h;－在基底(1)上布置衬垫(11)以及在靠近孔(6)处布置直径D的易破坏或易变形衬垫(12),使h>D>d;－用减小施加在孔(6)上的压力来密封第二平坦易变形基底(2);－充填全部电池;－施加等于或大于第一压力的第二压力并且加热孔上的区域到温度等于或大于热熔粘合材料的温度;及－切割每个电池。

Description

一批叠层电池的制造方法 和由此得到的叠层电池
本发明涉及一批叠层电池的制造方法以及在它们从用于其制造的共同的平坦基底上相互分离后由此得到的电池。
本发明尤其涉及能够更简单、更经济地分批制造叠层电池的方法，尤其关于用活性液体材料同时充填同一批次的全部电池后的密封步骤。
本发明也涉及从制造批次中单独分开后由此得到的叠层电池。
在本发明中，《叠层电池》指由两个板形成的任何密封结构，两板中至少一个是可穿透的，由此限定的空间充满液体，所述液体通常是活性材料，在液晶显示电池或光电化学电池中情况也如此。当这些叠层电池是小尺寸时，不是通过单元而是从共同基底批量制造它们，然后切割它们，以后把它们单独应用到它们欲给的设备中，这在经济上是有利的。
为制造叠层电池，该方法要点在于：例如以粘合材料制成的线的形式在例如玻璃构成的第一板上淀积一密封框，在该框中设置一充填孔，然后通过施加压力或加热整个表面把第二板粘结到该框上，两板之间的空间由放置在框内的刚性衬垫(玻璃球或棒)保持恒定。
在预先使罩内成真空后通过抽吸将液体材料引入到罩内。已提出以单一操作充填一些电池的方法，或者通过层叠它们，或者通过从该批量中切割出一条电池，使它们的所有孔对齐。在这两种情况下，最后制造步骤总是需要插入密封塞的单独电池处理，该密封塞通常由与用于制造框的不同材料构成。
在日本专利申请NO.61-217018中，已描述的方法使星形布置的4个电池的充填一次进行，充填孔对着中心，在中心处在一个板上制得一孔使活性液体材料能够引入，所述孔随后由塞子密封。该方法的缺陷是需要附加的机加工并且由简单的几何形状能得到的电池数量仍受到限制。
本发明涉及能够制造更大数量电池的制造方法，仅执行一个操作来密封全部电池，也就是说，对于每个电池成本具有实际效益。
因此本发明涉及能够相互分开的批量叠层电池的制造方法，每个电池由下板通过密封框粘结到上板形成，两板之间的空间通过直径 d的第一刚性衬垫保持恒定，每个电池的密封框没置有间距 e的孔，该孔在充填活性液体材料后密封，其特征在于它包括的步骤是：
-由热熔粘合材料在第一基底上形成第一线，第一线接着至少一组电池的框的线，孔由连接部分相互连接，然后第二线基本平行于所述连接部分并且它的一端连接到第一线以形成充填通道，所述第一和第二线具有基本均匀横截面So和初始高度h；
-在整个第一基底上均匀布置直径 d的第一刚性衬垫并且仅在孔附近布置直径D的第二刚性但易破坏或易变形的衬垫，使h＞D＞d；
-在由此形成的组件上施加第二易变形平坦基底，以及用第一工具施加第一压力并且加热到整个表面上线的热熔粘合材料的软化温度，除了靠近孔的部分由第二衬垫保持在距离D外，使所述线的高度值基本接近于 d，选择所述线的横截面So使热熔粘合材料的塑性流动不完全密封孔；
-通过充填通道用活性液体材料充满全部电池；
-用第二工具施加实际上大于第一压力的第二压力并且在位于孔上的区域上加热到至少等于第一温度的温度，使线的高度值等于d，选择所述线的横截面So使在第二压力施加期间热熔粘合材料的塑性流动完全密封孔；及
-通过切割从制造批量中分离每个电池。
在第一基底上的线一般不必有严格限定几何形状的横截面，但为了描述方便起见，假定它有宽 l的矩形横截面并且当压力作用其上时形成它的热熔粘合材料以各向同性方式变形。
在这种情况下，容易知道将用活性液体材料充满的孔的初始间距必须满足： l ( h - d ) d > e > l ( h - D ) D
假设考虑比率h＞D＞d，能以任何方式选择h，D和d各值。根据优选实施例，选择h≥1.2D和D≥1.5d。
电池可有既定的任何形状或布置，但它们通常是简单的矩形或圆形几何形状。当电池是矩形时，它们的孔在同一直线上，然后用来形成充填通道的第二线平行于孔的直线。当电池是圆形时，为了以尽可能的最好方式使用整个基底表面积，如果电池排列布置成五点形，充填通道能具有波状形。第二线也能象第一线那样形成，然后全部电池的孔打开通向中心通道，中心通道形成充填通道。也应注意同样基底能载有几个单排或双排电池，充填通道的开口定位在同一方向上。因此，用例如尺寸177.8×177.8mm的玻璃片，能够制造大量电池，同时仅进行一次充填操作，尤其是仅一次密封操作。
用来保持两板间距离恒定的尺寸 d的衬垫一般由玻璃球或棒形成，并且控制在组装期间作用的压力不要使所述衬垫断裂。位于孔附近的尺寸D的衬垫由耐压性至少等于尺寸d的衬垫的材料制成，但是当最好在直径D的衬垫所处的位置处施加的第二压力的值大于第一压力时该材料能够断裂。
对于尺寸D的衬垫，通过控制温度参数能够选择不受第一次压力作用期间作用温度影响的材料，但是在比第一次高的温度下通过局部作用第二压力，该材料将会变形。这些第二衬垫例如由另一热熔粘合材料制成，它的软化点高于密封框架的热熔粘合材料。有市售的很大范围的热熔粘合材料，从它们当中能选择软化点相差至少30℃的两种化合物。
靠近孔附近布置的第二衬垫优选地在框外侧并且设置在例如或者充填通道内，或者由框和充填通道形成的空间外面。为保持所述衬垫在所要位置，能够用胶结合。
可见，本发明的方法需要使用两种工具，该工具能够使作用的压力和温度得到控制。特别是根据衬垫类型或根据基底的不同区域，第一工具必须包括能够得到不同厚度的装置。
当参照附图，阅读由例子给出的方法的实现的下面描述时本发明的其它特征和效果将显而易见，其中：
-图1是在制造批量中的一组电池的顶视图；
-图2a、2b和2c表示沿图1的线II-II的横截面图，每个表示制造方法的不同步骤；
-图3是电池密封步骤之前的图1的区域III的放大透视图。
图1和3表示矩形的全部相同的一组五个电池C1-C5，由相同的第一线形成的框3位于由约0.3mm厚的薄玻璃板形成的共同基底1上。框3设有间距 e的孔6，所述孔由第一线的部分4a和4b形成的通道延伸并且通过由框3形成连续线的连接部分5相互连接。该线由大致恒定的横截面So的热熔粘合材料形成，该材料厚度h，由热模压沉积。作为热熔粘合材料，例如将选择从Du Pont购买的且软化点92℃的产品Surlyn AD-2。类似地，第二线7设置成基本平行于连接部分5并且通过它的末端8连接到第一线3，4a，4b，5，从而形成充填通道9，电池C1-C5的孔6通向充填通道9并且充填通道的单一开口10位于基底1的边缘上。该线有例如高度 h＝30μm、宽度l＝200μm并且孔具有约300μm的间距 e。
由直径 d的玻璃球形成的第一衬垫11全部位于基底1上。同样地，也能使用直径 d的棒。由直径D的球形成的第二衬垫12设在框的外面上并在孔6附近。对电池C1，这些第二衬垫12示出在充填通道9内。对电池C3，它们示出在充填通道的外部上。为了有刚性但易破坏衬垫，例如将使用玻璃球。为了有刚性但易热变形的衬垫，将例如使用软化点高于框的材料的另一热熔粘合材料。在所述例子中，能选择从Uniroyal购得的且软化点122℃的产品Polybond 1009。为了在整个制造过程期间保持这些第二衬垫12在所需位置，它们能用胶结合。小衬垫11有例如直径d＝10μm且大衬垫有直径D＝20μm，这样D≥1.5d且h≥1.2D。该方法的该步骤在图2a中示意示出。
在接着的步骤中，第二平的易变形基底2，例如，另一厚0.3mm的玻璃板或半刚性塑料材料加在由此形成的结构上，然后借助例如包括在位于每个电池的孔6上的区域13处的凹槽的平坦的金属工具施加压力，同时把框的热熔粘合材料加热到它的软化温度。通过压力和加热的作用，线的初始厚度h沿其整个长度变成接近 d的值，但除了在孔6处由厚D的衬垫12保持开口外，正如图2所示。按照已知的装置，就能控制压力使在第二基底2的内表面最多接触厚d的衬垫11时，在供给冷却装置后，然后释放压力。在该方法的此步骤中，热熔粘合材料已塑变，导致孔6的收缩，然而没有完全密封它们，正如图2b所示意表示。由此已产生由电池C1-C5的罩和充填通道9形成的空间，它仅通过开口10与外部相通。
然后按照充填单个电池的现有公知方法之一，活性液体材料通过开口10注入。
如图2C示意表示，接着的步骤使全部电池一次密封。为此目的，能控制其温度和压力的第二工具作用到位于孔6上的区域13。当第二衬垫12易破坏时，该工具的温度调节到线的热熔粘合材料的软化点并且施加的压力大于第二衬垫12的断裂压力，当第二基底的内表面的区域13接触衬垫11时在冷却后释放所述压力。当第二衬垫12热变形时，区域13上的工具的温度调节到制造所述第二衬垫的材料的软化温度，正如前面所指明，在冷却后压力被释放。在两种情况下，通过使面对线的壁6a和6b塑变就能获得每个电池的密封，该线在每个孔6处形成通道。如前面所述，如果假设变形是各向同性，通过给定通道宽度，该宽度的理论上、下限能计算出，就将得到全部的理想密封。
最后的步骤在于通过按照每个框的外部轮廓，根据已知方法切割已完成的电池。
正如在开始时所述，第二线7也能包括第二组电池的充填孔。
类似地，批量制造对一组或两组电池来说也能包括几个充填道通，全部充填通道的开口在基底1的同一边缘上排成一直线。
由于该制造方法的结果，由此得到的叠层电池的特征在于密封充填孔的装置不是附加的塞子，而是塑变后的框材料本身。

Claims (12)

1、用于能够相互分离的一批叠层电池的制造方法，每个电池由下板通过密封框粘结到上板形成，两板间的空间由直径 d的第一刚性衬垫(11)保持恒定，每个电池的密封框没有间距 e的孔(6)，在电池充满活性液体材料后该孔被密封，其特征在于该方法包括步骤：
—在第一基底(1)上用热熔粘合材料形成第一线，第一线接着至少一组电池(C1-C5)的框(3)的线，孔(6)通过连接部分(5)相互连接，然后形成基本平行于所述连接部分(5)的且通过其中一个末端(8)连接到第一线的第二线(7)，从而形成充填通道(9)，所述第一和第二线具有基本均匀横截面So和初始高度h；
—在整个第一基底上均匀布置直径 d的第一刚性衬垫(11)并且仅在孔(6)附近布置直径D的第二刚性但易破坏或易变形的衬垫(12)，使h＞D＞d；
—在由此形成的组件上施加第二易变形平坦基底，以及用第一工具施加第一压力并且加热到整个表面上线的热熔粘合材料的软化温度，除了靠近孔的部分由第二衬垫保持在距离D外，使所述线的高度变成基本接近于 d的值，选择所述线的横截面So使热熔粘合材料的塑性流动不完全密封孔(6)；
—通过充填通道(9)用活性液体材料充满全部电池；
—用第二工具施加实际上大于第一压力的第二压力并且在位于孔(6)上的区域(13)上加热到至少等于第一温度的温度，使线的高度值等于 d，选择所述线的横截面So使在第二压力施加期间到厚度 d的热熔粘合材料的塑性流动完全密封孔；及
—通过切割从制造批量中分离每个电池。
2、根据权利要求1的制造方法，其特征在于线有宽度 l的矩形或正方形横截面So并且孔(6)的初始间距 e必须满足： l ( h - d ) d > e > l ( h - D ) D
3、根据权利要求1或2的制造方法，其特征在于h≥1.2D且D≥1.5d。
4、根据权利要求1的制造方法，其特征在于热熔粘合材料的第二线(7)象另一组电池的第一线那样形成，全部电池的孔(6)开口通向位于中间位置的充填通道(9)。
5、根据权利要求1或4的制造方法，其特征在于同一制造批量包括几个一组或两组电池。
6、根据权利要求1的制造方法，其特征在于直径D的第二衬垫(12)是由具有抵抗力的刚性材料制成，从而所述第二衬垫(12)能承受施加的第一压力，但是由于施加更大值的第二压力而断裂。
7、根据权利要求6的制造方法，其特征在于第一(11)和第二(12)衬垫由相同材料制成，当第一和第二基底之间间距具有值 d时停止施加第二压力。
8、根据权利要求1的制造方法，其特征在于第二衬垫(12)由刚性材料制成，当施加的第二压力具有大于第一压力的值时能够变形。
9、根据权利要求8的制造方法，其特征在于用于第二衬垫(12)的材料是热熔粘合材料，它的软化点高于用于两线的热熔粘合材料，并且在第二压力作用期间提供的温度高于施加第一压力的温度。
10、根据权利要求1的制造方法，其特征在于第二衬垫(12)被掺入胶。
11、根据权利要求1的制造方法，其特征在于第一工具包括同制造批量中电池的孔有同样分布的凹槽。
12、由权利要求1的方法得到的叠层电池，其特征在于充填孔由形成所述电池的框的热熔粘合材料的塑性流动来密封。
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