[发明专利]电化学装置的封装及使用它的设备

说明书

本发明一般涉及电化学电荷存储装置，具体地涉及电化学电荷存储装置的封装。

当电子装置和其它电气设备更多地成为便携式时，必须改进储能装置以适应此种可携带性。的确在现有电子技术中对一定设备可携带性的限制因素经常是有关的储能装置的尺寸和重量。显然可以为一定电气设备制造小的储能装置，但其代价是能量容量小。结果是或者电源过于庞大笨重，或它不能长期使用。电化学电池是可携式电子仪器中使用的主要储能装置，而不经常使用的还有电化学电容。

现有电池的一个限制性特征是电化学系统的封装。当前习惯是将电极和电解质都放在一个钢罐内。此种封装形式在商业应用中具有很多不同的形状和尺寸。这在过去迫使设计者围绕电池设计电子产品而不是按照适合产品的方式进行设计后再加上电池。此外，罐给电池加上相当大的重量，这是市场竞争中的弱点。

因此需要一种用于能源的新封装材料。这种材料所制造轻重量的封装是挠性的，否则应具有能适应的形状，它应该成本低，而且可用塑料加工技术和工具进行加工。此外，犹如现有储能装置封装技术的标准所要求的，此材料应该不和储能装置的化学物质发生反应，而且应能抵制一般溶剂的侵蚀。

图1是根据本发明的电化学电荷存储装置的分解侧视图；

图2是根据本发明优选实施例的电极的侧视图；

图3是根据本发明的密封的电化学电荷存储装置的剖面侧视图；

图4是根据本发明的密封的电化学电荷存储装置的透视图；

图5是根据本发明第二实施例的具有多孔性分离器的电化学电荷存储装置的剖面侧视图；以及

图6是根据本发明第三实施例的具有膜通气口的电化学电荷存储装置的剖面侧视图。

虽然本说明书结尾处的权利要求书规定了认为是新型的本发明特征，但可以相信结合附图的下列描述能使本发明更好地理解，附图中相同的参考数字一直沿用下去。

现参照图1，其中阐述了根据本发明的电化学电荷存储装置10的分解侧视图。该装置10包括第一聚合物封装膜12，第一金属箔14，第一电极16，第一电流收集器18，电解质20，第二电极22，第二电流收集器24，第二金属箔26，第二聚合物封装膜28，及聚合物密封条30。

第一聚合物封装膜12和第二聚合物封装膜28由聚合物材料制成，它在1个大气压力、1mm膜厚度和95％相对湿度的条件下测得的水蒸汽渗透率小于每日2.0g/m²，最好小于1.0g/m²，该材料在1个大气压力、1mm膜厚度和75％相对湿度的条件下测得的氧蒸气渗透率应小于每日200mL/m²，最好小于150mL/m²。由于难于找到一种具有这些特性的单个聚合物，所以第一聚合物膜和第二聚合物膜每个都是多层聚合物材料或结构。该多层结构通过将两种或多种聚合物共挤压而形成，使封装膜的复合厚度小于约5毫米(mm)，最好约为1mm。本领域技术人员知道此范围以外的其它厚度也可使用。

共挤压是一个不用溶剂的一步成形加工过程，它是一种本领域中众所周知的用于形成聚合物材料带的加工过程。该多层结构最好是一个三层结构，其中第一和第三层23、25的聚合物提供机械整体性结构，例如聚乙烯或聚丙烯。这些聚合物中每一种都可与下列材料中任一种共挤压：聚偏二氯乙烯，聚酯，碳氟树脂，聚氯乙烯及异丁烯酸聚偏二氯乙烯，它们之中每一种都提供一个蒸气屏障。第一和第三层23、25将第二层27封装或夹在中间以形成封装膜带，其中第二层27例如是聚偏二氯乙烯层。接着该膜切成所需尺寸和形状以供具体应用。该聚合物封装膜以其外边缘32划定一个封装边界。聚合物封装膜最好具有相同尺寸和形状，因此当它们一层在另一层上面垂直地叠装时，它们互相对应。

可选方案是在第一聚合物封装膜上面放上第一金属箔14。只当聚合物封装膜的蒸汽屏障特性比上面所描述的差时才需要第一金属箔14和第二金属箔26。在此情况下，金属箔用于加强蒸汽屏障性。如果使用它，则第一金属箔对中地位于第一聚合物封装膜之上并完全在外边界内部。箔厚度通常小于1mm，最好约为10微米。本领域技术人员知道此范围以外的厚度也可使用而不会降低性能。

箔的另一个功能是在与质差的聚合物封装膜一起使用时将第一与第一聚合物封装膜隔开以防止可溶性问题。第一和第二金属箔最好用选自包括铝，铜，银，金，镍，不锈钢和它们的组合在内组中的金属制成。第一金属箔与第一聚合物封装膜之间的界面应没有任何气体。第一金属箔与第二金属箔中每一层都具有相同形状并划定一个公共箔边界，下面将更详细地描述。