TW451517B - A method for treating contact leads on electrochemical cells so as to achieve improved hermeticity and hermetically sealed electrochemical cells derived therefrom - Google Patents
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5 1 7 A7 —_____B7 五、發明説明（1) 本申請案係請求西元一九九九年三月二十二曰申請， 名稱為「一種用於處理塑膠套中密封電氣化學電池垂、片的 方法j之美國第60/125,638號申請案之優先權。 [發明之技術領域] 本發明係有種用於製備電氣化學電池及電池相關 應用之接觸引線之經濟效益的方法·β払發明其特徵係有關 一種處理電氣化學電池上之金屬接觸垂片之方法，及之後 使用一種最後密封構件包裝前述電池？以達到低製造成 本、.且具有最佳氣密之輕巧電池。 [發明之背景] 電氣化學電池象徵為最新發展成功之可充電電池之技 術’.此類電池通常包裝於可充電之聚合物電池填充物中， 此填充物乃利用習知之化學分子之離子導電體，以提供高 能量密度、，高效能以及延長存放之時間。電氣化學電池減 少其重量主要是為了滿足市場對於縮小電池大小及形狀 以用於微小可搞帶式電子裝置之需求，這些電池更進一步 證明先前之結論：當受到高速率旋轉、機械震盪：熱衝擊、 鲤濟部中失揉準局員工消费合作社印装 震動 '過高電壓、過低電壓：短路、自動電池充電、針貫 穿及高壓之測試時？這些特性使得電氣化學電池的需求量 增加以符合廣大之應用範圍，包括：行動電話：呼叫器、 桌上型電腦、.手提式電腦及無限通訊裝置'在本文討論中， 乾電池（battery)及電池（ceu)之名詞將被交換著使用。 氣密在電氣化學電池中也是被高度要求之特性，，習知 技術公認密封之電池之製造及氣密狀態是非常重要的，·即 ____ 1 本紙張又度逋用中囷國家揉牟（CNS > A4说格（210X297公釐）' ^ Α7 Β7 五'發明説明（2) (請先聞讀t·面之注意事項再填寫本頁) 使在延長儲存或使用時間之後；傳統之電池技術通常使用 金屬的外殼以達成足夠的硬度及氣密，.電氣化學電池具 有金屬外殼 '，提供密封之裝置其藉由在外殼内焊接密封構 件而達成 <；然而，鄰近烊接之外殼會將熱傳導至其内部之 電解液常常會導致電解液蒸發：當氣體從電池外殼中逸 出時’，會在焊接處留下針孔以致於損壞整個電池結構的氣 密’·因此：在金屬外殼上簡單地焊接密封未必能保證氣蜜)。 另外，金屬外殼雖然具有一定的堅固結構，但其最大缺點 包括：過多的重量及結構的限制（例如：被限制只能製造 簡單的幾何形狀.，例如圓柱體或矩形 經濟部中央橾準局負工消費合作社印装 然而藉由使用最後密封之密封構件可克服這些相關 之缺點如：多層之塑勝密封套當作電池外殼^電氣化學 電'池省略了一般具有剛硬外殼之電池所需的將電極連接至 分離器，·藉此可大量的減低電池之重量，因此，電氣化學 電池可包裝在很薄、具有彈性之多層膜内，以減少重量及 過剩之體積，形成最小的厚度。近幾年來，將密封構件用 在電氣化學電池上已曰漸盛行，如美國專利第〇9/4〇5,200 號中所描述之鋰的聚合物電解液或鋰離子電池。 傳統電氣化學電池之多層包裝包含有至少—層之薄狀 金屬片如：,鋁’.提供氧氣及水氣之阻隔，之後一般將此 薄片層放置在具有優良機械性質之聚合物材質，如：耐綸 或聚酯類’.以及低溫之聚烯層：如：聚乙烯之中·，用於加 熱密封形成層壓材料：當有足夠寬度之聚合物層結合時可 提供密封之裝置以延長氣密之時間。 2 本紙張尺度逍用中罱困家梂準（CNS )八4规格（210χ2.97公釐） 451517 A7 B7 五、發明説明（3 ) 由於從電池内部電氣連接至外部需經由接觸引線，通 常由金屬接觸垂片製成：因此氣密將受到限制：前述、金屬 接觸垂片將電流從電池正極傳輸至電池負極。·為達到堅固 的連結，，因此在提高溫度及壓力下密封塑膠密封套，也因 此垂片之厚度被限制要能使加熱封裝層能流動於垂片周圍 以形成氣密之封裝當電氣化學電池完成上述狀態後，提 高的溫度及壓力可造成包裝材料的變形’以便於將金屬垂 片穿入黏合層·’因此該垂片也必須延伸出包裝並通過密封 區域，.結果減弱了一般密封時黏合劑與黏合劑之間的連結 強度及均勻性，，因此，發生於各別垂片之間及垂片與薄狀 金屬片層壓材料之間的短路問題仍是大家考量之處。 也因此需要提供改良之製程以保證氣密，藉此避免電 池的表變而導致電池效能及使用者安全的損害。 [發明概述] 本發明之目的係提供改良製造電氣化學電池之方法。 本發明之另一目的係提供用於改良電氣化學電池之封 裝藉以達到電解液和接觸垂片之氣密/ 本發明之再另一目的係簡化電氣化學電池之設計使之 具有可撓性.。 本發明之更進一步之目的係提供微小形狀之電池時， 可增加電氣化學電池之氣密。 此外本發明之另一目的係提供電氣化學電池低厚度 的氣密密封以配合減少插座體積並改善電池的外觀。 本發明之更進一步之目的係提供一種方法，利用強化 本紙張尺度逍用中國國家操準（CNS ) A4規格（210X297公羞） 請先聞讀貧面之注f項&寫本頁) 裝. 經濟部中央揉準扃負工消費合作社印裝 451517 Α7 Β7 五、發明説明（4 ) 金屬與黏合劑間的連結而達到塑膠電池外殼之氣密密封β 本發明之另一目的係發展一種快速且不貴的密1封方 法，，且可改良為高速率自動化,。 在上述及其他目的中之有效成果中，本發明係提供— 種用於電氣化學電池氣密密封之方法。本發明所揭露之方 法，‘係塗抹一層黏合劑之組成物於外部金屬垂片，作為從 電池到内部裝置之接觸引線，前述接觸引線係插入電池 中i因此，.前述之黏合劑覆蓋並氣密地封裝該垂片之表面。 此覆蓋過程可經由在金屬垂片表面上直接加熱密封黏合劑 之薄膜，.之後將黏合劑組成物之水溶性懸浮液噴深在垂片 之表面’·或是將垂片以滾塗法塗抹組成物，之後再以熱處 理致使該黏合劑融化及流動，.此後：將被覆蓋之垂片焊接 到用金屬片做成之對應的電流集流器，完整之電池组合係 加熱密封至最後密封構件中.，如此以致該密封垂片可以完 全的延伸出來,。 [圖式之簡單描述] 圖一係表示本發明之電氣化學電池在密封至最後之密 封構件前的分解圖,。 圖二係顯示圖一之電氣化學電池之金屬垂片在密封至 最後密封構件之後的狀態.β [發明之詳細說明] 本發明係有關氣密地密封電氣化學電池組合及其製造 方法此一裝置是藉由製造複數個電池，其具有自電池延 伸出之金屬垂片製成之接觸引線，用以傳輸電池及使用的 4 本紙浪尺度遑用中两困家榡準（CNS ) Α4規格（210χ 297公兼） 請先聞讀絷面之注意^項^^寫本頁 裝. 訂 經濟部中央揉準局員工消费合作社印装
J 451517 A7 ______B7 _ 五、發明説明（5 ) 裝置之間的電流。每一金屬垂片係互相平行之表面，其中 之一個或兩個的上面會受到黏合劑之組成物之覆蓋，以達 到氣密地密封該垂片之目的I之後’·將此具有處理後垂片 之電池裝入最後之密封構件，·如；塑膠的電池外殼，.係利 用熱密封將電氣化學電池裝入其中-。 經濟部中央標丰局—工消费合作社印装 根據圖一和圖二中顯示之元件編號：本發明係提供一 種電氣化學電池組合10，.其包括具有複數個雙電池14之 電氣化學電池12 ?雙電池14可以被製成分離的、連續的 間隔其中複數個陽極、陰極及隔離板構件乃經熱層壓及 切削而成’·將構件切削成各別的電池後.，將電池插入間隔 内並且將間隔氣密地密封，電池12可交替地排列在z字 形之多重體中.，其中每一個雙電池14包含插入預定形狀之 陽極於當作基板的一對平面的隔離膜之間，.在不與陽極接 觸的每一隔離膜中的一面.，將陰極放置於對應陽極位置之 上。.因此，.前述疊層在雙電池間之空間的介面產生作用， 其中分隔膜以相互疊置方式連接鄰近之雙電池。稍後之實 施例是引述美國專利申請第09/405,200號之相關内容/ 電氣化學電池組合10更進一步包括最後密封之構 件’.如此所示之塑膠電池外殼16，電池外殼16包括上層 密封層16a及下層密封層16b，.彼此互相疊置；如圖二所 示，.密封構件16由層狀結構組成：沿著氣密墊圈17密封 電氣化學電池12'特別表示之：每一上層密封層16a及下 層密封層16b最少由三層以上所組成：聚合物覆蓋物18 及18'係由具有優良機械整體性之聚合物所製成，如：聚酯 5 本紙張尺度適用中國圉家棣準（CNS ) A4規格（2丨0X297公釐） A7 B7 經 t 央 橾 準 局 工 消 费 合 作 社 印 装 五、發明説明（ 或耐綸’，用於電氣化學電池組合1〇的絕緣保護及氣密密 封'金屬層20及20,係由重量輕的材料所製成，如：鋁， 藉此提供附加之完全隔離水氣之阻隔，黏合劑層22及22, 係提供附加之氣密並互相熱密封至預定之寬度，組成前述 黏合劑層22及22’之材料會隨著製程及實行之需要而改 變’·然而，·使用於此的材料為例包括有聚烯烴類，如：聚 乙烯’、聚（乙烯甲烯酸丙烯酸酯）離子交聯聚合物樹脂， 如-‘Surlyn (商標登記為DuP〇nt公司）或層狀黏合劑， 如：Adcote (商標登記為Morton International)。雖然三個 各別的層係顯示由每一 1如及16b層所包含，但須明白的 是’·該氣密構件16的構形只是舉例說明，且層片的總數目 可隨著電池製造商及電池的最終使用者的需要而改變，例 如··可在黏合劑層及金屬層中加入層片：就如同在金屬層 及聚合物層間一樣以達到增加夹層間之連結。 如上所述’在可撓性塑膠電池外殼：如丨密封構件16 内密封電氣化學電池有一個根本的問題，即是需要接觸引 線以建立電池12及其使用電池的内部裝置之間的電子傳 遞，.此類的接觸引線通常是由金屬垂片，，如：鋁金屬垂片 30及銅金屬垂片30’製成：垂片30及30*係形成黏合層22 及22’之間的阻隔，·且妨礙最佳氣密的形成，.為了減少此問 題，本發明在最後密封構件16前使用經過預處理的金屬垂 片30及30> 電池組合10之製程方法敘述如下。 — ^---- C (免先«济背面之注意事項再填寫本頁) 訂_ 用於密封之目的金屬垂片30及30,的準備係經由下列
451517 A7 __— —____B7_____ 五、發明説明（7 ) 方法實行’，垂片30及30,用預先選擇之溶劑清洗：如：丙 嗣’·以達到去除及處理垂片表面之油潰或碎片，將垂片乾 燥後塗佈上熱密封的黏合劑材料，如；聚乙烯或其他聚酯 類' Surlyn、Adcote或其他材料，且可和製造密封構件16 的材料形成相容性的密封f此覆蓋物可經由浸塗 (dip-coating )、.喷塗（spray coating ):滚塗（roll coating )、 刷塗（brushing)或是任何一般用於塗佈之方法來塗抹， 然後將垂片30及30'乾燥並且至於烘箱内以融化該黏合 劑’.該黏合劑流動並均勻地浸濕並覆蓋於金屬垂片的表 面’，形成堅固的金屬-黏合劑的連結（metal-adhesive bonding) ’·之後將每一垂片焊接到相對應之電流集電器並 加熱密封於密封構件16之中β此提供氣密的電池12具有 縮小〕美觀之外型，.並且不會妨礙將電池12插入插座.，因 此其中空間的維護乃是最具價值之處 經濟部中夬揉準局貝工消费合作杜印製 實施上述過程的說明可由下列範例來說明：必須瞭解 的是以下範例僅只用來說明本揭露事項中預期材料結合 之態樣，.並不只受限於應用在氣密地密封電氣化學電池的 製造；> [實施例1] 厚度為50mm的鋁製片狀電流集流器，.利用丙酮或類 似之溶劑清洗以去除其表面於製程中產生的任何油潰並乾 燥，.使用喷灑搶及EAA黏合劑之水溶性懸浮液.，將鋁製 垂片塗佈一層5mm的黏合劑’·然後將铭製垂片放入接近 250°C之烘箱中並燒結約5分鐘·’此熱處理後使EAA得以 7 本紙張尺度適用中國國家揉準（CNS ) A4規格（ 210X297公釐） " 一 451517 Α7 Β7 五、發明説明（1 ) 融化並流動，藉此可均勻復蓋鋁製垂片之表面，然後將鋁 製垂片焊接致電池的鋁製栅板。銅製垂片也以相同方式處 理後焊接到電池之銅製片狀電流集流器.，藉此形成電極層 積之後將電極層積置入塑膠封裝袋中，，在溫度約130°C 及壓力約lOpsi時：沿著該層積周圍加熱密封，此氣密式 密封可承受提高溫度的儲存且不會渗漏？ [實施例2] 厚度為50mm的鋁製片狀電流集流器，利用丙酮或類 似之溶劑清洗以去除其表面於製程中產生的任何油潰並乾 燥’然後將紹製垂片用含有50%Acote(商標登記為Morton IntematioanI)及50%乙醇之混合物滾塗，然後將一製垂片 放入接近250°C之烘箱中並燒結約5分鐘.，此熱處埋後使 EAA得以融化並流動藉此可均勻覆蓋鋁製垂片之表面， 然後將鋁製垂片焊接致電池的鋁製柵板《•銅製垂片也以相 同方式處理後焊接到電池之銅製片狀電流集流器.，藉此形 成電極層積之後將電極層積在溫度約13(TC及壓力約 lOpsi時置入塑膠封裝袋中 目前發明過程中使用密封可達到氣密.，使得在提升温 度下儲存不會滲漏，-由於許多的應用需要本發明的電池以 時常地充電，電池充電裝置及再充電器之間電池要保持容 易操作，、因此電池要與各種外型的連接器相容，如此·，相 同的電池才可能被使用在多種型式的裝置上。 + 前述各種的改變及顯示的結構足以使熟習該項技術者 明白，.因此：本發明特別揭露之範圍由以下之申請專利範 圍來界定。 ------.~~~η—1_ > V . (請先閲禎背面之注意^項is寫本頁 訂 經濟部中央樣隼局負工消費合作社印製 1 本紙張尺度逋用中國國家揉準（CNS ) 規格（210X297公釐）
Claims (1)
- 5 1— 5 4 ABCD ττ、申請專利範圍 1. 一種電氣化學電池之製造方法，.包括下列步驟.： 提供每一負電極及正電極之材料.，其中前述電極材料彼 此之間具有有效的電氣連結；. 提供每一負極電流集流器及正極電流集流器； 提供接觸引線當作前述每一個負電極和正電極的材料之 正端子和負端子，.其_前述接觸引線自具有儲存前述電 極材料之電氣化學電池包裝向外延伸出來； 塗抹一層氣密密封的黏合劑組成物於前述接觸垂片，藉 此均勻地覆蓋前述垂片；，及 插入前述電氣化學電池包裝於最终密封構件内之密封 處，.如此前述接觸引線會向外刺出。 2·如申請專利範圍第1項所述之製造方法，其中前述黏合 劑之組合物係選自聚酯類、.離子交聯聚合物樹脂類以及 潤滑之黏合劑之材料的群體,。 3. 如申請專利範圍第1項所述之製造方法.，其中前述塗抹 步琢係選自由浸塗（dip_coating )、,喷塗（spray coating),、 滾塗（roll coating )及刷塗（brushing)之塗佈方法組合。 4. 如申請專利範圍第1項所述之製造方法：更包括在前述 塗抹步驟後加熱處理前述接觸引線之步驟 5. 如申請專利範圍第4項所述之製造方法？其中前述金屈 垂片在溫度約從150°C至375t時加熱處理》 6-如申請專利範圍第1項所述之製造方法其中前述電池 係以加熱密封於前述最後密封構件中' 7·如申請專利範圍第1項所述之製造方法，，其中前述密封 本紙張尺度適用中困理家標準(CNS)A4规格(21〇X297公釐) .................. !'裝...... (諳先閲讀背面之涑*事項真廣资本頁) 訂 Q 經濟部中央標準局貝工消费合作社印製 經濟部中央標準馬貝工消費合作杜印製 451517 A8 B8 C8 ______D8__ 六、申請專利範圍 構件包括塑膠電池外殼。. 8.如申請專利範圍第7項所述之製造方法，，其中前述電池 外殼更進一步包含上層密封層及下層密封層.，彼此互相 疊置^ 9_如申請專利範圍第8項所述之製造方法.，其中前述每一 上層密封層及下層密封層之内同時包含複數個層， 10.如申請專利範圍第9項所述之製造方法，其中前述密 封層更進一步包含各別的聚合物復蓋物.、金屬層及黏合 劑層。. 11-如申請專利範圍第1項所述之製造方法.，其中前述一 個之接觸引線係由鋁製造' 12. 如申請專利範圍第u項所述之製造方法，其中前述 第二個之接觸引線係由銅製造？ 13. —種氣密密封之電氣化學電池組合，包括： 電氣化學電池，.包括 負電極材料及正電極材料’其中前述電極材料彼此之間 具有有效的電氣連結； 負電流集流器；， 正電流集流器i及 接觸引線當作前述每一個負電極和正電極的材料之正端 子和負端子’·其中前述接觸引線自具有儲存前述電極材 料之電氣化學電池包襞向外延伸出來； 塗抹一層氣密密封的黏合劑組成物於前述接觸垂片藉 此均勻地覆蓋前述垂片丨及 10 本纸張尺度適財s目f：標準(CNS)A4規格(21QX 297公I) ------- ---in-----^:! I »5 1 ^---r . (請λ·閲讀背面之ii意Ϋ項再填寫本頁) 訂 Q V 4 5 1 5 1 7 Α8 BS C8六、申請專利範圍 插入前述電氣化學電池包裝於最終密封構件内之密封 處，.如此前述接觸引線會向外刺出。， ....................乂裝..... C (諳先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 14. 如申請專利範圍第13項所述之電氣化學電池組合，其 中前述黏合劑之組合物係選自聚酯類、離子交聯聚合物 樹脂類以及潤滑之黏合劑之材料的群體。 15. 如申請專利範圍第14項所述之電氣化學電池組合，其 中前述塗抹步驟係選自浸塗（dip-coating)'嗔塗（spray coatmg)、.滾塗（roll coating)及刷塗（brushing)之塗 佈方法組合.。 16. 如申請專利範圍第13項所述之電氣化學電池組合其 中前述塗抹的運用後再加熱處理前述接觸引線β 17. 如申請專利範圍第16項所述之電氣化學電池組合其 中前述金屬垂片在溫度約從150°C至375°C加熱處理.。 Q 18. 如申請專利範圍第13項所述之電氣化學電池組合，其 中前述電池係以加熱密封於前述最後密封構件中。 19·如申請專利範圍第13項所述之電氣化學電池組合，其 中前述密封構件包括一塑膠電池外殼： 經濟部中央標單局貝工消费合作社印«L 20_如申請專利範圍第19項所述之電氣化學電池組合，其 中前述電池外殼更進一步包含上層密封層及下層密封 層，·彼此互相4置》 21_如申請專利範圍第20項所述之電氣化學電池組合，其 中前述每一上層密封層及下層密封層内同時包含複數個 層。， 22‘如申請專利範圍第21項所述之電氣化學電池組合，其 纸张又度逋用中_ 8家搮準(CNS)A4規格(2I0X 297公釐)申前述密封層更進一步包含各別的聚合物覆蓋物、金屬 層及黏合劑層。 23. 如申請專利範圍第13項所述之電氣化學電池組合，其 令前述一個之接觸引線係由鋁製造r 24. 如申請專利範圍第13項所述之電氣化學電池組合，其 中前述第二個之接觸引線係由銅製造,。 25_如申請專利範圍第13項所述之電氣化學電池组合，其 中前述電氣化學電池更進一步包含複數個雙電池β 26. 如申請專利範圍第25項所述之電氣化學電池組合，其 中前述雙電池係由複數個陽極ν陰極及隔離板構件經熱 層壓及切削而製成分離的 > 連續的間隔。 27. 如申請專利範圍第26項所述之電氣化學電池組合，其 中前述構件被切削成各別的電池並插入前述間隔内β 28·如申請專利範圍第27項所述之電氣化學電池組合，其 中前述構件插入後將前述間隔氣密地密封β 29. 如申請專利範圍第25項所述之電氣化學電池組合』其 中每一個雙電池包含插入預定形狀及大小之陽極於當 作基板的一對平面的隔離膜之間Ρ 經濟部中央標準局貝工消費合作社印製 ----------------f ! VI.. 一裝----- C (請先Μ讀背面之注意事項再填寫本頁) Q 30. 如申請專利範圍第29項所述之電氣化學電池組合，其 t在不與陽極接觸的每一隔離膜中的一面，將陰極放置 於與陽極疊置位置之上？ 31. 如申請專利範圍第30項所述之電氣化學電池組合，其 中疊層在雙電池間之空間的介面產生作用？其中前述分 隔膜連接鄰近之雙電池.，彼此相互疊置形成z字形之多 重體。 本紙張尺度適用中國鼷家標準(CNS>A4规格(210X297公釐)
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