[发明专利]电化学元件的薄外壳膜

说明书

本发明涉及电化学元件的薄外壳膜(housing film)、具有这种膜的电化学元件以及用于制造这种电化学元件的工艺。

由于其高能量密度加上低重量，尤其是初级锂电池以及次级锂离子电池，尤其是锂聚合物电池，在许多情况下被用作优选的能量源。通常，这样的电池总是有外壳，该外壳例如是由金属箔或多层复合膜组成。使用的多层复合膜尤其是具有至少一层塑料和至少一个金属层的膜。该金属层尤其用作针对湿气的侵入的实际保护层，而该塑料层主要用作支撑并确保该复合膜的机械稳定性并且提供针对化学侵蚀的保护。

传统塑料膜通常总是有关于水蒸汽的一定的渗透性，这就是为什么金属层通常是绝对必要的原因。用于这种复合膜的金属箔由于制造方法通常具有至少30μm的厚度；该金属箔的厚度范围通常在40到50μm。结合一层或更多层塑料以及有可能还进一步需要的粘结剂层，通常只可能获得最小厚度通常为约85μm的外壳箔。用于袋装电池或软包装的铝复合膜的厚度通常是从100到130μm。具有以下一系列类型并具有约125μm的总厚度的膜是现有技术中已知的外壳膜的典型示例：

-密封膜(例如聚丙烯，50μm)，

-粘结剂(例如基于聚氨基甲酸酯(polyurethane)的粘结剂，5μm)，

-金属箔(例如铝，40μm)

-粘结剂(例如基于聚氨基甲酸酯的粘结剂，5μm)

-外部膜(例如聚酰胺，25μm)

然而，尤其在电池高度只有若干毫米，尤其是小于1毫米)非常扁平的电池的情况下，使用这种外壳箔的能量密度明显减少。

本发明的一个目的是提供(尤其是)改善的膜，利用这种膜，尤其是构造具有比现有技术已知的可比较的电化学元件更高的能量密度的甚至非常薄的电化学元件成为可能。

通过具有权利要求1中的特征的膜实现了这一目的。本发明的膜的优选实施方式在从属权利要求2到9中指出。另外，具有权利要求10的特征的电化学元件以及具有权利要求16的特征的用于制造电化学元件的工艺尤其也被本发明涵盖。在从属权利要求11到15及17中描述了本发明的电化学元件以及本发明的工艺的优选实施方式。因此所有权利要求的用语均通过参考并入本说明书中。

根据本发明的用于电化学元件的膜具有支撑层和布置于其上的阻挡层，其中该阻挡层是具有从气相沉积的聚合结构的层。

具有从气相沉积的聚合结构的这种层具有特定的性质，该些性质使得它特别适于作为电化学元件的外壳膜或作为电化学元件的外壳膜的组成部分。令人惊喜地是，由如下所述的支撑层和阻挡层组成的膜具有良好的机械性能和很好的隔绝性能，尽管它们厚度很低。另外，该些膜已被认为是对水和水蒸汽非常有效的阻挡。

阻挡层是这样的层，尤其是旨在于阻止水蒸汽透过该膜的渗透。为了此目的，具有聚合结构的层是由高分子量的链和/或网络组成的并且基本上是由完全相同或相关的构造单元构成的任何层。

这些结构通常总是使用至少一个合适的聚合物前体(precursor)制造的，该聚合物前体尤其具有活性个体单体。为了此目的，可能的聚合物前体是适于从气相沉积的基本上所有的化合物。下面会更详细地讨论尤其合适的材料。

该阻挡层优选地是由CVD(化学气相沉积)工艺施加的层。这里，挥发性化合物在特定反应温度沉积在固体层上，在此它们会彼此起反应，在此情况下以形成上述的聚合结构。

该阻挡层特别优选地是由PECVD(等离子体增强化学气相沉积)工艺施加的层。该等离子体增强化学气相沉积使得要被涂覆的衬底上的温度应力减小，这使得涂覆(尤其是)相对敏感的衬底(比如塑料膜)成为可能。对于这种工艺，产生这样的等离子体：在该等离子体中包含要被沉积的化合物的载气被激励(excite)。

很薄的层可以通过比如CVD工艺或PECVD工艺等沉积工艺沉积。进行CVD和PECVD工艺时的过程是本领域技术人员熟知的，不需要更详细地解释。

不同于上面提到的现有技术中已知的外壳膜/箔，根据本发明的膜优选地在阻挡层和进一步的层之间不具有粘结层。然而，优选地，在沉积该阻挡层之前对该支撑层进行表面处理以确保最佳粘结。尤其是，在沉积该阻挡层之前该支撑层可以经受电晕处理。如同知道的，电晕处理是一种用于表面修整的广泛使用的电化学工艺，其中表面暴露于高压放电中。这种处理通常增加表面的湿润度。

进一步可能的表面处理工艺尤其是火焰处理、化学处理(比如氟化)以及等离子体处理。

所有这些方法的主要目的通常总是增加该表面的极性，正如前面提到的，这会显著改善湿润度和化学亲合性。