[发明专利]真空密封型柔性膜一次电池及其制造方法

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求2009年8月19日提交的韩国专利申请No.10-2009-0076886和2009年10月15日提交的韩国专利申请No.10-2009-0098147的优先权及权利，其公开内容通过参考在此全部引入。

技术领域

本发明涉及真空密封型柔性膜一次电池及其制造方法，更具体地，涉及使用袋作为集电体基底并使用非金属端子(terminal)技术的真空密封型柔性膜一次电池、及该一次电池的制造方法。

背景技术

近年来，对有源(active)射频识别(RFID)标签技术进行了大量研究。预计在包括数字电视、家庭网络和智能机器人的广泛领域中具有深远影响的有源RFID标签技术将作为超越目前码分多址(CDMA)技术的下一代重要产业引入注目。换句话说，不同于使用读取器读取存储于标签中的信息的常规无源技术，有源RFID标签技术可以不仅导致标签识别距离的显著增加，而且使得能够感知标签周围的物体和环境的信息。最终，预计有源RFID标签技术将信息流动区域从人类与物体之间的通信经过联网扩展至物体之间的通信。

为了驱动RFID标签，确保内部电源与读取器完全分离是重要的。在这种情况下，内部电源可以使用适合于RFID标签的功率器件，其是小型且重量轻的并具有长寿命。而且，标签覆盖范围可以从对应于装载运输单元的托盘级(pallet level)扩大至对应于每个产品的单品级(item level)。考虑到所应用的标签在达到其最初的目的后被丢弃，将一次电池应用于标签是最适合的。迄今为止，膜型一次电池已经部分地应用于RFID标签并认为是有用的功率器件。

同时，更多的注意近来放在柔性器件上。到处存在的柔性终端例如卷型显示器、电子纸、柔性液晶显示器(LCD)、柔性有机发光二极管(OLED)和可穿戴式个人电脑(PC)近来已投入实际使用，使得现在对柔性功率器件的需求已开始加强。

即使柔性功率器件重复弯曲，柔性功率器件也应没有在电极板中的任何裂纹、电极与电解质之间的分离、或者集电体和电极之间的分离。因此，为了使集电体延展(ductilize)，集电体应当由能改善集电体延展性的材料形成，而不是金属。而且，电极板应当容易地形成在延展的集电体上，并且完成的电池应当结构上稳定以有效耐受弯曲或折叠。另外，柔性功率器件的制造应为简单的，使用便于进行连续工艺的设备。

常规的膜型一次电池为膜型1.5V锰(Mn)电池，其中电极和电解质具有与典型的干电池相同的配置，且由聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)包装材料形成的容器用于代替圆柱形外壳并层压为膜型。但是，尽管大多数聚合物膜可将气体或空气中水分透过率降低至预定的水平或更低，但是不可能完全切断气体或空气中水分透过。最后，这可导致电池中包含的电解质的渗漏或者变干。另外，由于除了聚烯烃膜以外，大多数聚合物膜对于强酸或强碱具有低的耐腐蚀性，聚合物膜与电解质的长期直接接触可导致聚合物膜的腐蚀。这些问题可不利地影响膜型电池的耐久性、保持期以及寿命，从而大大降低其性能。

另外，由于标签的功能从电池维持功能发展至传感器功能，可以在标签上安装传感器，使得标签的驱动电压可增加至3V。因此，当在标签上安装常规的1.5V膜型一次电池时，所述1.5V膜型一次电池应必须串联连接，使得电池的体积在有限的空间内加倍，由此降低能量密度。

同时，在锂二次电池领域中，已提出由密封包装材料形成的袋以增加耐久性、保持期和寿命。典型的袋具有三层复合结构，其包括由基于尼龙的聚合物膜形成的外层、由聚丙烯(PP)聚合物膜形成的内层、以及插入两者之间的由铝(Al)箔形成的中间层。因此，该袋可具有高柔性，和具有合适的机械强度以保持预定形状。由PP形成的袋的内层对于强酸或强碱可为高度耐腐蚀的，不溶于任何溶剂，且仅通过加热熔化。由Al箔形成的中间层可作为完美的阻挡层。因此，用于锂二次电池的典型的袋可在最后的电池制造过程中用作密封包装材料。

通过使用具有完美的气体/液体阻挡特性以及良好的真空密封与热熔特性的袋，可以采用简单工艺制造具有良好耐久性与性能的膜型电池。为了做到这点，应在袋的表面上直接涂覆导电碳层。因为袋的PP内层具有低表面能和疏水特性，PP内层具有在有机溶剂中差的湿润性和具有差的涂覆特性，使得不可能在PP内层上直接涂覆导电碳层。这是因为涂覆的导电碳层在干燥过程后可容易地分层，且在用电解质浸渍时进一步分层。这归因于袋的PP内层与目前已知作为电极浆料粘结剂的任何极性聚合物既不相容也不能混溶的事实。