[发明专利]薄和柔性电化学电池

说明书

本发明涉及薄和柔性电化学电池，特别是通过印刷或狭缝模具式涂覆技术产生的电池。

术语“电池组”最初意指串联连接的多个电化学电池。然而，单个电化学电池现在也被频繁地称为电池组。在电池组的放电期间，由两个电气地耦合但物理地分离的子反应构成的能量供应化学反应发生。在比较低的氧化还原电位处发生的一个子反应在负电极处继续进行，而在比较高的氧化还原电位处的子反应在正电极处继续进行。在放电期间，电子通过氧化过程在负电极处被释放，导致电子经由外部负载流到占电子的对应数量的正电极。减少过程因此在正电极处发生。同时，对应于电极反应的离子电流出现在电池内。通过离子导电电解液来实现这个离子电流。在二次电池和电池组中，这个放电反应是可逆的，且因此可能反转化学能到电能的转换，其在放电期间出现。如果在这个上下文中使用术语“阳极”和“阴极”，则电极一般根据其放电功能而被命名。在这样的电池中，负电极因此是阳极，且正电极是阴极。

对于增加数量的应用，需要比常规电池组更柔性和重量轻的薄电池组。常常通过印刷技术来生产非常薄的电池组。然而，印刷电极常常是易碎的，且倾向于在机械应力和运动下断裂。

存在对具有更灵活的设计且针对机械撞击、弯曲和折叠更有抵抗力的新类型的薄电池组的明显需要。

这个目的由具有权利要求1的特征的电化学电池实现。本发明的电池的优选实施例在从属权利要求2到12中被指示。所有权利要求的用语因此通过引用被合并到本描述中。

像常规电池一样，根据本发明的电化学电池的具有至少一个正电极、至少一个负电极和布置在电极之间的至少一个隔离物。电池的电极中的至少一个电极，优选地所有电极包括电流收集器。

与常规电池相反，电池的电极中的至少一个电极包括第一较粗的网和第二较细的网。第一和第二网至少在下列特征中的至少一个特征中不同：

- 细丝直径：优选地，第一网由具有比组成第二网的细丝更大的直径的细丝组成。

- 网开口：优选地，第一网具有网开口，其具有比第二网的开口更大的开口宽度。

例如，第一网具有每厘米26个细丝，细丝直径是120微米（μm），网开口是265 μm且厚度是223 μm，其中第二网具有每厘米43个细丝，细丝直径是61 μm，网开口是170 μm且总厚度是105 μm。

通常第一网具有带有较大直径的细丝以及具有较大开口宽度的网开口。

网中的至少一个网涂覆有导电材料。所涂覆的细丝充当至少一个电极的电流收集器。在第一优选实施例中，第二网涂覆有导电材料，其中第一网未被涂覆。在第二优选实施例中，第一和第二网都涂覆有导电材料。优选地，网的细丝完全被导电材料的连续层密封。

如果两个网都涂覆有导电材料，则优选地，涂层由相同的导电材料组成。

重要的是，第一和第二网都是单丝编织网。那意味着网中的每一个网是由具有相同直径和相同化学性质的同样的丝构成的编织网。

优选地，第一和/或第二网的网开口填充有电化学活性材料。换句话说，优选地，网被嵌入包括电化学活性材料和（如果可适用）像粘接剂和/或导电剂的附加的电极成分的基质中。

已经惊人地发现的是，通过将第一和第二网合并到至少一个电极中，显著地改进了电极的柔韧性和电阻，而没有对电极的其它特性（像容量或内阻）的消极影响。第一网具有占据大量电化学活性材料的能力，其中涂覆有导电材料的第二网能够充当具有高导电性的电流收集器。

填充网开口的电化学活性材料优选地选自由锌、二氧化锰、金属氢化物和氢氧化镍组成的组。

第一和/或第二网的丝优选地由塑料组成，其中塑料更优选地选自由聚酰胺塑料、聚酯塑料、聚烯烃塑料（像聚丙烯和聚醚醚酮塑料）组成的组。在特别优选的实施例中，第一和第二网都由聚酰胺塑料组成。

涂覆网的导电材料优选地是金属材料，更优选地是选自由镍、铜、铝和铁或这些金属中的至少一个金属的合金（例如不锈钢）组成的组。特别优选地是用于锌电极的铜涂层和用于二氧化锰、金属氢化物和氢氧化镍电极的镍涂层。

涂层还可包括多于一层导电材料。例如为了增加网导电性，第一层铜（例如通过磁控管溅射）和第二层镍（例如通过电镀沉积）可随后被沉积在网的细丝上。

可通过像溅射、PVD、化学还原或电沉积的工艺将涂层施加在网的细丝上。

涂层的厚度优选地在10 nm和2 μm之间的范围内。

优选地，第一网的细丝的直径是第二网的细丝的直径的至少1.5倍，优选地在2倍和50倍之间。