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电池、无线电标签以及制造方法

文献发布时间:2024-04-18 19:58:26


电池、无线电标签以及制造方法

技术领域

以下所述的本发明涉及一种电池以及一种由电池用电流供给的无线电标签。此外,本发明涉及一种用于制造该电池的方法。

背景技术

无线电标签可以用于跟踪所有类型的产品,例如药品和农药。例如,在WO 2019/145224Al中描述了这种无线电标签。无线电标签通常包括能量供给单元、至少一个传感器、控制单元、在其中储存唯一的产品标志的数据存储器以及发送和/或接收单元。借助于传感器,可以确定与产品相关,例如与产品的包装的打开状态相关的状态信息。随后,控制单元可以促使发送和/或接收单元将状态信息和产品标志发送到数据接收器处。理想地,能量供给单元应可以在数个月的时间段上提供为此所需的能量,其中,在该时间段上应实现至少50次输入和输出的数据传输。

原则上,发送和/或接收单元可以是任意数据传输装置,例如实现根据WiFi标准(IEEE 802.11)和蓝牙标准(IEEE 802.15.1)的数据传输。但为了保证在全球跟踪产品适宜的是,为数据传输使用移动无线电网络或其它现有的无线电网络。

目前,移动无线电网络覆盖人类居住地的大部分地区,因此移动无线电特别好地适合用于全球跟踪产品。但移动无线电芯片在其能量消耗方面始终有高的要求。这也适用于新一代的根据LTE标准(LTE=Long Term Evolution长期演进)的移动无线电芯片。根据所选择的无线电协议,必须至少在短的时间窗口内提供直至400mA的峰值电流。

为了通用性,无线电标签以及进而其能量供给单元必须尽可能节省空间地且成本适宜地制造。此外,在量产应用中所有产品的环境兼容性和安全性也是重要参数。尤其出于该原因,在WO 2019/145224 Al中,考虑打印电池作为能量供给单元。

但目前已知的打印电池不够满足或最多部分地满足上述要求。因此,例如在US2010/081049Al中描述的电池不能提供所述数量级的峰值电流。该电池具有过高的阻抗。

发明内容

在此所述的本发明的目的是,提供一种能量供给单元,该能量供给单元尤其是最优地用电流供给无线电标签的发送和/或接收单元,尤其是也用于根据LTE标准工作的发送和/或接收单元。

为了实现该目的,本发明提出一种具有在权利要求1中所述的特征的电池。具有权利要求14所述的特征的无线电标签和根据权利要求15所述的方法是本发明的主题。本发明的改进方案是从属权利要求的主题。

概念“电池”大多最初指的是多个串联的电化学电芯。因此,这也被运用在本申请的范围内。根据本发明的电池始终包括至少两个电串联的电化学电芯(单电芯),从而电芯的电压累加。

目的和解决方案

与本发明的目的一致地,根据本发明的电池优选地用于利用峰值≥400mA的电流供给发送和/或接收单元。因此,电池尤其可以利用电能供给根据LTE标准工作的移动无线电芯片。但原则上,电池也适用于其它应用。

电池始终具有直接下述特征a.至g.:

a.电池包括第一和第二构造成层叠垛的单电芯,单电芯分别具有

·负电极,以及

·正电极,以及

·隔膜,隔膜布置在正电极和负电极之间,

b.电池包括多个独立的电导体,其中

·第一导体电接触第一单电芯的电极中的一个电极,

·为了形成串联的目的,第二导体将未被第一导体接触的、第一单电芯的电极与第二单电芯的极性相反的电极电连接,并且

·第三导体电接触第二单电芯的未被第二导体接触的电极,并且

c.电芯包括第一和第二基质,单电芯和电导体布置在基质之间,

其中

d.第一和第三导体彼此间隔开地布置在第一基质的面对第二基质的表面上,并且第二导体布置在第二基质的面对第一基质的表面上,

e.第一和第二单电芯的彼此电连接的电极以层的形式并且并排布置在第二基质的面对第一基质的表面上,其中,所述电极分别覆盖第二导体的部分区域并且通过间隙彼此分离,

f.未通过第二导体彼此电连接的电极以层的方式布置在第一基质的面对第二基质的表面上,其中,与第一导体电接触的电极覆盖第一导体的至少一个部分区域,并且与第三导体电接触的电极覆盖第三导体的至少一个部分区域,并且

g.同样以层的方式存在的单电芯的隔膜分别利用其侧面中的一个侧面与彼此电连接的电极中的一个电极面式地接触,并且利用其侧面中的另一侧面与未彼此电连接的电极中的一个电极面式地接触。

由此,电池包括至少两个串联的单电芯,即,第一和第二单电芯。在几个优选的实施方式中,电池具有刚好两个串联的单电芯,其中,电池可以通过第一和第三导体与电负载相连接。由此,电池优选地具有通过第一和第二单电芯的电压累加得到的额定电压。

第一和第三电导体的未被涂覆电极材料的区域可以用作具有两个串联的单电芯的电池的极。

在第一、特别优选的实施方式中,根据本发明的电池的突出之处在于直接下述附加特征a.至d.的组合:

a.除了第一和第二单电芯之外,电池包括附加的第三单电芯,第三单电芯具有负电极、正电极和布置在负电极和正电极之间的隔膜;

b.三个单电芯串联,从而单电芯的电压累加;

c.第三电导体为此与第三单电芯的电极电接触,其中,通过该导体电连接的电极具有相反的极性;以及

d.电池包括第四电导体,第四电导体电接触未被第三电导体接触的、第三单电芯的电极。

由此,在该实施方式中,电池包括至少三个单电芯,即,第一、第二和第三单电芯。在几个优选的实施方式中,电池包括刚好三个串联的单电芯,其中,电池优选地可以通过第一和第四导体与电负载相连接。由此,电池优选地具有通过第一和第二和第三单电芯的电压累加得到的额定电压。

第一和第四电导体的未被涂覆电极材料的区域可以用作具有三个串联的单电芯的电池的极。

在第一、特别优选的实施方式的一种改进方案中,根据本发明的电池的突出之处在于直接下述附加特征a.至d.中的至少一个:

a.第四电导体与第二导体间隔开地布置在第二基质的面对第一基质的表面上。

b.与第三电导体接触的、第三单电芯的电极以层的形式布置在第一基质上,其中,所述电极覆盖第三导体的部分区域并且通过间隙与布置在该导体上的另一电极分离。

c.未与第三电导体电接触的、第三单电芯的电极以层的形式布置在第二基质的面对第一基质的表面上,并且此时覆盖第四电导体的至少一个部分区域。

d.同样构造成层的、第三单电芯的隔膜利用其侧面中的一个侧面与布置在第四电导体上的、第三单电芯的电极面式地接触,并且利用其侧面中的另一侧面与布置在第三电导体上的、第三单电芯的电极面式地接触。

特别优选地,以相互组合的方式实现直接上述特征a.至d.。

在第二、特别优选的实施方式中,根据本发明的电池的突出之处在于直接下述附加特征a.至d.的组合:

a.除了第一和第二和第三单电芯之外,电池包括附加的第四单电芯,第四单电芯具有负电极、正电极和布置在负电极和正电极之间的隔膜。

b.四个单电芯串联,从而单电芯的电压累加。

c.第三电导体为此与第三单电芯的电极电接触,其中,通过该导体电连接的电极具有相反的极性,并且第一电导体与第四单电芯的电极电接触,其中,通过该导体电连接的电极同样具有相反的极性。

d.电池包括第五电导体,第五电导体电接触第四单电芯的剩余电极。

由此,在该实施方式中,电池包括至少四个单电芯,即,第一、第二、第三和第四单电芯。在几个优选的实施方式中,电池包括刚好四个串联的单电芯,其中,电池优选地可以通过第四和第五导体与电负载相连接。由此,电池优选地具有通过第一和第二和第三和第四单电芯的电压累加得到的额定电压。

第四和第五电导体的未被涂覆电极材料的区域可以用作具有四个串联的单电芯的电池的极。

在第二、特别优选的实施方式的一种改进方案中,根据本发明的电池的突出之处在于直接下述附加特征a.至g.中的至少一个:

a.第五电导体以层的形式并且与第二和第四电导体间隔开地布置在第二基质的面对第一基质的表面上。

b.与第三电导体接触的、第三单电芯的电极以层的形式布置在第一基质上,其中,所述电极覆盖第三导体的部分区域并且通过间隙与布置在第三电导体上的其它电极分离。

c.与第四电导体接触的、第三单电芯的电极以层的形式布置在第二基质的面对第一基质的表面上,并且此时覆盖第四电导体的至少一个部分区域。

d.与第一电导体接触的、第四单电芯的电极以层的形式布置在第一基质上,其中,所述电极覆盖第一导体的部分区域并且通过间隙与布置在第一电导体上其它电极分离。

e.未与第一电导体电接触的、第四单电芯的电极以层的形式布置在第二基质的面对第一基质的表面上,并且此时覆盖第五电导体的至少一个部分区域。

f.同样构造成层的、第三单电芯的隔膜利用其侧面中的一个侧面与布置在第四电导体上的、第三单电芯的电极面式地接触,并且利用其侧面中的另一侧面与布置在第三电导体上的、第三单电芯的电极面式地接触。

g.同样构造成层的、第四单电芯的隔膜利用其侧面中的一个侧面与布置在第一电导体上的、第四单电芯的电极面式地接触,并且利用其侧面中的另一侧面与布置在第五电导体上的、第四单电芯的电极面式地接触。

特别优选地,以相互组合的方式实现直接上述特征a.至g.。

在第三、特别优选的实施方式中,电池包括另外n个单电芯,这些单电芯与第一至第四单电芯串联,其中,n优选地是在1至100范围内的整数。由此,电池优选地具有通过第一至第四和另外n个单电芯的电压累加得到的额定电压。

在此,另外n个单电芯优选地构造成与第一至第四单电芯相同。另外n个单电芯分别具有层式的电极和层式的隔膜,其中,隔膜利用其侧面中的一个侧面与相应的第n个单电芯的电极中的一个电极面式地接触,并且利用其侧面中的另一侧面与这些电极中的另一电极面式地接触。

对于每个附加的单电芯,电池优选地都包括另外的电导体,该另外的电导体接触附加的单电芯的电极中的一个电极。

优选地,构造成层叠垛的电池的单电芯分别具有相同的额定电压和相同的额定容量。

从以上所述中得到,根据本发明的电池的单电芯分别包括由层式的电极和层式的隔膜组成的垛。在此,隔膜的侧面中的一个侧面分别具有与相应的单电芯的正电极的第一接触面,另一侧面与第一接触面平行地具有与负电极的第二接触面。优选地,接触面在垂直于相应的隔膜的观察方向上在重叠区域A中彼此重叠,在该重叠区域中,垂直与隔膜的直线与两个接触面相交。

当极性相反的电极的面积尺寸相同并且正电极和负电极未彼此错开地布置在垛之内时,叠加区域A的大小优选地精确地相应于电极的大小。

与共面的布置方案(例如在US2010/081049 Al中描述的电芯的电极中的情况)相比,电极和隔膜堆垛的布置方案证实为优选的。具有堆垛的电极的电芯的电流负载能力显著更高,因为在充电和放电过程中在电极之间往复转移的离子平均地需要经过的路程显著更短。在重叠区域A的区域中,在电极之间的最短距离在很多情况中近似相应于布置在正电极和负电极之间的隔膜的厚度。

特别优选地,通过第二导体并且在第二或第三特别优选的实施方式的情况中也通过布置在第二基质上的其它导体电连接的电极利用其面对第二基质的侧面整面地与相应的导体接触。因此,通过布置在第二基质上的导体电连接的电极的面对第二基质的侧面优选地不具有不直接与该导体接触的区域。

在第二或第三特别优选的实施方式的情况中,相同的也适用于通过第一和/或第三和/或其它布置在第一基质上的导体电连接的电极。因此,通过布置在第一基质上的导体电连接的电极的面对第一基质的侧面不具有不直接与该导体接触的区域。

在所有实施方式中都优选的变型方案中,根据本发明的电池的电芯垛包括两个这样的电极,即,这样的正电极和负电极,即,这两个电极未通过电导体与相邻的单电芯的电极电连接,并且通过这两个电极可以取用电池的总电压。在第二、特别优选的实施方式的情况中,此时这两个电极例如是第三单电芯的电极中的这样的电极和第四单电芯的电极中的这样的电极,即,该电极与第四和第五导体电接触。

特别优选的是,与在第一或第二基质上的导体电接触、但不通过该导体与极性相反的电极电接触的电极整面地与该导体接触。因此,该电极的面对相应的基质的侧面优选地不具有不直接与该导体接触的区域。

但原则上可行的是,不与其它电极电连接的电极通过多于一个电导体接触。即,例如在第二、特别优选的实施方式的情况中,第五电导体可以分成两个或更多分离的部分区域,这些部分区域并排布置在相应的基质上。在这种情况中优选的是,相应的电极借助于这两个或多个分离的部分区域尽可能大面积地被接触,以尽可能接近整面地接触的目标。通过这些部分区域取用的电流可以通过在部分区域之间的相应的电连接再次汇总。

此外特别优选的是,与在第一或第二基质上的导体电接触、但不通过该导体与极性相反的电极电接触的电极利用其面对相应的基质的侧面整面地与相应参与的单电芯的隔膜接触。因此,背离相应的基质的、电极的侧面优选地不具有不与相应的隔膜直接接触的区域。

在本发明的一种优选的改进方案中,根据本发明的电池的突出之处在于直接下述特征a.至d.中的至少一个:

a.将两个电极彼此电连接的电导体在相应的基质的表面上形成导电面,该导电面大于电连接的电极在该表面上占据的面积。

b.导电面和通过在导电面上的电连接的电极在垂直于电极和导体的观察方向上在重叠区域B中重叠,其中,重叠区域B优选地为电连接的电极的面积的至少80%,特别优选地至少90%,尤其是100%。

c.在相应的基质上的导电面包括至少一个不包括在重叠区域B内并且在其中不存在与相连接的电极重叠的区域。

d.不包括在重叠区域内的区域延伸越过将相连接的电极彼此分离的间隙。

优选地,以相互组合的方式实现直接上述特征a.和b.以及特征c.和d.。特别优选地,以相互组合的方式实现特征a.至d.。

例如,在第二、特别优选的实施方式的情况中,根据直接上述特征a.至d.所述的导体是第一、第二和第三导体。

在此,重叠区域B指的是这样的区域,即,在该区域中垂直于电极的直线不仅与电极相交而且与电连接的导体相交。由此特别优选地,通过导体电连接的电极整面地与该电导体接触。

两个彼此电连接的电极的边缘定义电极在相应的基质上占据的面。在两个电连接的电极中的每个电极中,相应的边缘的至少一个部分区段面对对应的极性相反的电极。在此,“面对”极性相反的电极的“部分区段”应理解成电极的边缘的这样的区段,即,在该区段中边缘可通过直线与极性相反的电极的边缘相连接,而此时不与电极的边缘相交。优选地,边缘的该区段也定义在电极之间的间隙。更准确地说,优选地,将两个电极相互分离的间隙被定义成尽可能大的、未被电极材料覆盖的、在相应的基质上的面,该面可以被在边缘之间的这样的直线包围,即,该直线将两个电极的边缘相连接但此时不与边缘中的任一个相交。

在本发明的其它优选的改进方案中,根据本发明的电池的突出之处在于直接下述特征a.和b.中的至少一个:

a.仅仅与电极中的一个电极电接触并且不将该电极与相反极性的电极连接的电导体在相应的基质的表面上形成导电面,该导电面大于被电接触的电极在该表面上占据的面积。

b.导体和相应被接触的电极在垂直于电极和导体的观察方向上在重叠区域C中重叠,其中,重叠区域C优选地为电极的面积的至少80%,特别优选地至少90%,尤其是100%。

特别优选地,以相互组合的方式实现直接上述特征a.和b.。

例如,在第二、特别优选的实施方式的情况中,该导体是第四和第五导体。

在仅仅两个单电芯的情况中,也可以仅仅如此设计第二导体。

在此,重叠区域C指的是这样的区域,即,在该区域中垂直于电极的直线不仅与电极相交而且与电连接的导体相交。由此特别优选地,通过导体电连接的电极整面地与该电导体接触。

例如,当如以上所述的那样所述一个或多个导体分成两个或更多的分离的部分区域时,可以得到电极与导体的非100%的重叠。

在本发明的一种特别优选的改进方案中,根据本发明的电池的突出之处在于直接下述特征a.:

a.将两个电极彼此电连接的电导体至少部分地,优选地在该电导体在相应的基质上占据的整个面上,构造成连续的导电层。

优选地,这不仅适用于在重叠区域B中与通过电导体电连接的电极重叠的电导体的区域,而且适用于在相连接的电极之间的间隙。

在第二、特别优选的实施方式方面这意味着,第一、第二和第三电导体优选地分别构造成连续的导电的层。优选地,由此电极无一处不接触电极所在的基质。代替地,电极优选地直接位于相应的电导体上。

在本发明的另一、特别优选的改进方案中,根据本发明的电池的突出之处在于直接下述特征a.:

a.将两个电极彼此电连接的电导体至少部分地,优选地在个电导体在相应的基质上占据的整个面上,由线和/或幅面构成,其中,被相应的电导体占据的相应的基质的面积的优选地至少10%并且优选地最大90%,更为优选地最大75%,更为优选地最大50%,特别优选地最大25%被该线和/或幅面覆盖。

优选地,这不仅适用于在重叠区域B中与通过电导体电连接的电极重叠的电导体的区域,而且适用于在相连接的电极之间的间隙。

优选地,由线和/或幅面构成的电极平行地和/或以交叉的布置方案定向。

在彼此电连接的电极之间,导体所在的相应的基质优选地整面地被相应的电导体覆盖。这用于使电导体在间隙之内的横截面尽可能大,这又对根据本发明的电池的阻抗有正面作用。

当然,也可实现根据本发明的电池的这样的实施方式,即,在其中,将两个电极彼此电连接的电导体中的一个电导体至少部分地,优选地在该电导体在相应的基质上占据的整个面上,构造成连续的导电的层,而将两个电极彼此电连接的电导体中的另一电导体至少部分地,优选地在该电导体在相应的基质上占据的整个面上,由线和/或幅面构成,该线和/或幅面可以以所述的平行的和/或相交的布置方案定向,其中,被相应的电导体占据的相应的基质的面积的优选地至少10%并且优选地最大90%,更为优选地最大75%,更为优选地最大50%,特别优选地最大25%被该导体覆盖。

特别优选地,根据本发明的电池的突出之处在于直接下述附加特征a.至i.中的至少一个:

a.电极构造成矩形的或条带的形式。

b.在电连接的电极之间的间隙具有基本上相同的宽度。

c.单电芯的极性相反的电极在基质上分别占据相同的面积。

d.彼此电连接的电极以及未彼此电连接的电极分别彼此平行地定向。

e.单电芯的极性相同的电极具有基本上相同的尺寸。

f.电极具有

-在1cm至25cm,优选地5cm至20cm的范围内的长度,以及

-在0.5至10cm,优选地1cm至5cm的范围内的宽度。

g.间隙具有

-在1cm至25,优选地5cm至20cm的范围内的长度,以及

-在0.1至2cm,优选地0.2cm至1cm的范围内的宽度。

h.电导体具有在2μm至250μm,优选地2μm至100μm,特别优选地2μm至25μm,更为优选地5μm至10μm的范围内的厚度。

i.电极具有在10μm至350μm的范围内的厚度。

优选地,以相互组合的方式实现直接上述特征a.至i.。

特别优选地,正电极和负电极分别具有在10μm至250μm的范围内的厚度。正电极常常构造成比负电极稍微更厚,因为负电极在很多情况中具有较高的能量密度。因此,在几个应用情况中可以优选的是,负电极构造成具有30μm至150μm的厚度的层,并且正电极构造成具有180至350μm的厚度的层。通过调整厚度,可平衡正电极和负电极的容量。在这方面优选的是,正电极的尺寸超过负电极的尺寸。

此外特别优选地,根据本发明的电池的突出之处在于直接下述附加特征a.和b.中的至少一个:

a.电池包括罩壳,罩壳包围单电芯并且包括第一和第二罩壳内侧,其中,第一和第二基质是罩壳的组成部分,并且第一罩壳内侧是第一基质的表面,并且第二罩壳内侧是第二基质的表面。

b.第一和第二基质是薄膜或薄膜的组成部分。

在此优选地,也以相互组合的方式实现直接上述特征a.和b.。

优选地,根据本发明的电池包括罩壳具有在几毫米的范围内的最大厚度,特别优选地在0.5mm至5mm的范围内,更为优选地在1mm至3mm的范围内。电池的其它尺寸与电联接的单电芯的数量及单电芯的尺寸相关。具有四个串联的单电芯的电池例如可以具有5至20cm的长度和4至18cm的宽度。

在几个特别优选的实施方式中,根据本发明的电池是印刷电池。在此,印刷电池应理解成这样的电池,即,在该电池中,至少电极,必要时同样电导体,在几个优选的实施方式中同样隔膜以及必要时其它功能件,通过尤其是借助于丝网印刷方法将印刷膏印刷到载体上形成。优选地,印刷电极和电导体,尤其是第一和第二电导体。

相应优选地,根据本发明的电池的突出之处在于下述特征a.至c.中的至少一个:

a.单电芯的电极通过印刷方法形成。

b.电导体通过印刷方法形成。

c.单电芯的隔膜通过印刷方法形成。

特别优选地,优选地以相互组合的方式实现直接上述特征a.至c.。

在电化学的方面,本发明基本上不受限制。单电芯不仅可以是具有有机电解质的电芯,例如是锂离子电芯,而且可以是具有含水的电解质的电芯。

特别优选地,根据本发明的电池的单电芯的突出之处在于下述特征a.和b.中的至少一个:

a.单电芯的负电极包括颗粒的金属的锌或颗粒的金属的锌合金作为电极活性材料。

b.单电芯的至电极包括颗粒的金属氧化物,尤其是颗粒的氧化锰作为电极活性材料。

因此,根据本发明的电池的单电芯优选地是锌-二氧化锰电芯。

在一种备选的优选的实施方式中,根据本发明的电池的单电芯是锌-氧化银电芯。单电芯的负电极包括颗粒的金属的锌或者颗粒的金属的锌合金作为电极活性材料,而单电芯的正电极包括颗粒的氧化银作为电极活性材料。

在所有情况中,相对于负电极的固体的组成部分的总重量,在单电芯的负电极中包含的颗粒的金属的锌或颗粒的金属的锌合金的份额优选地在按重量计算40%至按重量计算99%,尤其是按重量计算40%至按重量计算80%的范围内。

选择具有含锌的负电极的电化学的系统的原因尤其是所需的安全性。具有基于锌的负电极的系统需要含水的电解质并且由此不可燃。此外,锌对环境无害并且便宜。

为了给具有含锌的负电极的单电芯的根据本发明的电池赋予所需的电流承载能力,有利的是,实现直接下述特征a.至d.中的至少一个:

a.以优选地均匀混合的方式,除了电极活性材料之外,单电芯的正电极包含至少一个用于优化正电极的导电能力的导电添加剂和/或弹性的粘合剂或粘合剂混合物。

b.相对于正电极的固体的组成部分的总重量,在正电极中包含的颗粒的金属氧化物的份额优选地为按重量计算10%至按重量计算90%。

c.相对于正电极的固体的组成部分的总重量,单电芯的正电极包含弹性的粘合剂或粘合剂混合物,其份额为按重量计算1%至按重量计算25%。

d.相对于正电极的固体的组成部分的总重量,单电芯的正电极包含至少一种导电添加剂,其份额为按重量计算1%至按重量计算85%。

特别优选地,优选地以相互组合的方式实现直接上述特征a.至d.。

弹性的粘合剂或粘合剂混合物在正电极中的份额应为优选地至少按重量计算1%,因为该弹性的粘合剂或粘合剂混合物将所包含的金属氧化物颗粒相对于彼此固定,并且同时应为正电极赋予一定的柔性。但是,份额不应超过上述最大份额,因为否则存在金属氧化物颗粒至少部分地不再彼此接触的风险。在上述范围内,在按重量计算1%至按重量计算15%,特别优选地按重量计算5%至按重量计算15%的范围内的份额是更为优选的。

在以上对颗粒的金属氧化物所述的范围之内,在按重量计算50%至按重量计算90%的范围内的份额是更为优选的。

在以上对至少一种导电添加剂所述的范围之内,在按重量计算2.5%至按重量计算35%的范围内的份额是更为优选的。

在正电极中高的金属氧化物份额提高了电池的容量。但对于电流承载能力,至少一个导电添加剂的份额比金属氧化物的总份额更重要。

原则上,在本申请中,在电极中的组分的重量份额的所有百分比数据相对于相应的电极的固体的组成部分的总重量。在此,相应参与的组分的总份额互补成按重量计算100%。在确定份额之前,必要时除去包含在电极中的湿气。

在具有含锌的负电极的单电芯的电池的情况中,此外优选的是,以优选地均匀混合的方式,除了颗粒的金属的锌或颗粒的金属的锌合金之外,单电芯的负电极也包含弹性的粘合剂或粘合剂混合物。

在本发明的范围内,两种特别优选的用于选择的变型方案涉及合适的导电添加剂的选择。

在第一特别优选的变型方案中,电池的突出之处在于直接下述附加特征a.和b.中的至少一个:

a.正电极包含至少一种以碳为基础的材料作为导电添加剂,其尤其是来源于具有活性炭,活性炭纤维,碳化物衍生的碳,碳-气凝胶,石墨,石墨烯和纳米碳管(CNT)的组。

b.正电极包含至少一种以碳为基础的材料,其份额在按重量计算25%至按重量计算35%的范围内(见以上)。

在电池的特别优选的实施方式中,以相互组合的方式实现直接上述特征a.和b.。

在该变型方案中利用的是,给出的导电添加剂不仅提高正电极的导电能力,除了其法拉第容量,导电添加剂可以进一步地附加地为正电极赋予双层容量。由此,在短时间内可以提供非常大的电流。

出人意料地证实,可实现相似的正面效果,在其中,在制造电极时通过电极膏为正电极附加导电盐,在正电极干燥时该导电盐可以结晶。在稍后利用电解质浸润电极时,可以非常快速地湿润结晶的导电盐,并且导致电极更好地被引导离子的液体穿过。

相应地,在第二特别优选的变型方案中,电池的突出之处在于直接下述附加特征a.和b.中的至少一个:

a.正电极包含至少一种水溶性盐作为导电添加剂。

b.正电极包含份额在按重量计算1%至按重量计算25%的范围内的至少一种水溶性盐。

在电池的特别优选的实施方式中,以相互组合的方式实现直接上述特征a.和b.。

为了改善导电能力的目的,作为水溶性盐,可以为正电极尤其是添加卤化物,优选地氯化物,尤其是氯化锌和/或氯化铵。

在几个优选的实施方式中,所阐述的变型方案也可以组合。在这些情况中,电池的突出之处在于直接下述特征a.和b.的组合:

a.正电极包含至少一种以碳为基础的材料作为第一导电添加剂,其尤其是来源于具有活性炭,活性炭纤维,碳化物衍生的碳,碳-气凝胶,石墨,石墨烯和纳米碳管(CNT)的组。

b.正电极包含至少一种水溶性盐作为第二导电添加剂。

必要时,单电芯的负电极也可以包含导电添加剂的份额。但由于负电极的活性材料自身已经可导电,这不是必须的。

在本发明的范围内,几个变型方案也特别优选地涉及选择合适的粘合剂或粘合剂混合物。

在优选的实施方式中,电池的突出之处在于直接下述附加特征a.和b.中的至少一个:

a.单电芯的负电极包含以下组中的至少一员作为弹性的粘合剂或粘合剂混合物,即,该组具有纤维素及其衍生物,尤其是羧甲基纤维素(CMC),聚酰胺(PA),聚丙烯酸(PAA),聚氯三氟乙烯(PCTFE),聚六氟丙烯(PHFP),聚酰亚胺(PI),聚四氟乙烯(PTFE),聚三氟乙烯(PTrFE),聚乙烯醇(PVA),聚偏二氟乙烯(PVDF),丁苯橡胶(SBR),以及上述材料的混合物。

b.单电芯的正电极包含以下组中的至少一员作为弹性的粘合剂或粘合剂混合物,即,该组具有纤维素及其衍生物,尤其是羧甲基纤维素(CMC),聚酰胺(PA),聚丙烯酸(PAA),聚氯三氟乙烯(PCTFE),聚六氟丙烯(PHFP),聚酰亚胺(PI),聚四氟乙烯(PTFE),聚三氟乙烯(PTrFE),聚乙烯醇(PVA),聚偏二氟乙烯(PVDF),丁苯橡胶(SBR),以及上述材料的混合物。

在电池的特别优选的实施方式中,以相互组合的方式实现直接上述特征a.和b.。

特别优选地,不仅在正电极而且在负电极中都包含由适合作为电极粘合剂的多糖,尤其是纤维素衍生物和SBR组成的组合作为粘合剂或粘合剂混合物。例如,正电极和负电极可以包含按重量计算0.5%至按重量计算2.5%的羧甲基纤维素和/或壳聚糖和按重量计算5%至按重量计算10%的SBR。羧甲基纤维素或壳聚糖在此也可以用作乳化剂。其辅助弹性的粘合剂(SBR)在膏中的分布。

相对于单电芯的固体的组成部分的总重量,根据本发明的电池的单电芯的正电极和负电极包含的弹性的接合剂或接合剂混合物,优选地份额为按重量计算1%至按重量计算25%。

优选地,根据本发明的电池的单电芯包括液态的电解质,利用该液态的电解质浸润隔膜和电极。在此,在负电极中具有由锌或锌合金组成的颗粒的单电芯的情况中,电解质是含水的电解质。

在多种实施方式中非常合适的是碱性的电解质,例如氢氧化钠溶液或苛性钠熔液。但具有在中性范围的pH值的含水的电解质具有的优点是,在电池机械损坏的情况中危险性更低。

在本发明的一种特别优选的实施方式中,优选地,根据本发明的电池的单电芯的突出之处在于直接下述附加特征a.和b.中的至少一个:

a.电池包括含水的电解质,该电解质包含以氯化物为基础的导电盐,

b.布置在正电极和负电极之间的隔膜被电解质浸润。

在电池的特别优选的实施方式中,以相互组合的方式实现直接上述特征a.和b.。

尤其是氯化锌和氯化铵适合作为以氯化物为基础的导电盐。优选的是,含水的电解质的pH值在中性范围或弱酸性范围内变化。

已经提到,在几个优选的实施方式中,根据本发明的电池的单电芯的隔膜可以被印刷。例如,从EP 2561564 Bl中得到适合于此的印刷膏。

但是,在其它实施方式中,隔膜也可以是布置在电极之间的多孔的面形组织,例如多孔的薄膜或无纺布。在EP 3477727 Al中描述了合适的面形组织和对应的做法。

特别优选地,作为多孔的面形组织,使用具有在60至120μm的范围内的厚度和在35-60%的范围内的孔隙度(空腔体积与总体积的比例)的无纺布或微孔的塑料薄膜。优选地,无纺布或薄膜由聚烯烃制成,例如由聚乙烯制成。

尤其是,当作为隔膜使用多孔的面形组织,例如所述薄膜和无纺布时,可以优选的是,根据本发明的电池的单电芯具有共用的隔膜。因此,例如在根据本发明的电池的第二、特别优选的实施方式的情况中,多孔的薄膜可以具有四个彼此分离的区域,四个层叠垛的极性相反的电极通过这些区域相连接。在具有两个单电芯的实施方式中,多孔的薄膜可以具有两个彼此分离的区域,四个层叠垛的极性相反的电极通过这些区域相连接。这可以显著简化根据本发明的电池的制造。

在根据上述实施方案的隔膜-液态电解质-组合的部位处,原则上在电极之间也可以布置固态电解质,如在例如EP 2 960 967 Bl中的优选的实施方式中描述的那样。但在很多情况中,其中应用液态电解质的变型方案是优选的。

在几个特别优选的实施方式中,含水的电解质包含用于提高粘度的添加剂(固化剂)和/或矿物的填充颗粒,尤其是以这样的量,使得电解质具有膏状的稠度。这种电解质以下也称为电解质膏。

尤其是二氧化硅适合作为固化剂。但为了提高粘度,也可以使用粘合的物质,例如羧甲基纤维素。

例如,适合作为矿物质的填充颗粒的是陶瓷的固体,几乎或完全不溶于水的盐,玻璃和玄武岩和碳。在此,概念“陶瓷的固体”应包括所有可以用于制造陶瓷的产品的固体,其中包括硅质的材料,例如硅酸铝,玻璃和黏土矿物,氧化的原料,例如二氧化硅,二氧化钛和氧化铝,以及非氧化的材料,例如碳化硅或氮化硅。

优选地,矿物的填充颗粒具有电绝缘的特性。

在本申请的范围内,概念“几乎或完全不容”指的是,在室温时在水中存在非常低的溶解性,优选地甚至没有溶解性。为此,矿物的填充颗粒,尤其是所述几乎或完全不溶于水的盐的溶解性理想地不应超过在室温时碳酸钙在水中的溶解性。此外,碳酸钙是用于可以作为颗粒的填充组分包含在电解质膏中的无机的固体的特别优选的示例。

在特别优选的实施方式中,电解质膏具有以下成分:

作为以氯化物为基础的导电盐,在此优选地,也可以使用氯化锌和/或氯化铵。

在几个特别优选的实施方式中,在根据本发明的电池的阻抗特性方面证实为有利的是,由这种具有膏状的稠度的电解质组成的层(简称为:电解质层)布置在隔膜和单电芯的电极中的至少一个之间,优选地在隔膜的两个侧面和电导线的电极之间分别布置由该电解质组成的层。如果将由这种电解质组成的层施加到隔膜的一个侧面上或两个侧面上,则水和溶解在其中的电解质的组分渗入隔膜中,相反地,固化剂和/或矿物的填充颗粒作为层留在隔膜的所述一个或多个侧面上。当将具有膏状的稠度的电解质施加到电极上时,也是相似情况。

由于电解质层通过其矿物的填充颗粒的份额为正电极和负电极的彼此电绝缘做出贡献,电解质层可以视为隔膜的可选的组成部分。在优选的实施方式中,单电芯的隔膜由此也包括一个或两个这种电解质层。

根据本发明的电池的电导体例如可以是金属的结构,该金属的结构借助于溶液沉积,借助于气相沉积(例如通过PVD方法,如喷镀),或者通过印刷方法构成。也可行的是,通过蚀刻工艺由封闭的金属层构造导体,在其中,在未被蒙覆的区域中除去金属层。

在特别优选的实施方式中,电池的突出之处在于以下附加特征a.:

a.作为电导体,电池包括由金属颗粒制成的,尤其是由银颗粒制成的或者由银合金组成的颗粒制成的导体电路。

这种导体电路可通过印刷方法无问题地制造。将具有银颗粒的可印刷的导电膏用于制造电导体是现有技术并且在商业上可免费获得。

在特别优选的实施方式中,根据本发明的电池的突出之处在于直接下述特征:

a.电导体包括导电的金属层。

b.电导体至少部分地包括由碳制成的导电的层,该层布置在金属层和电极之间,并且妨碍或甚至阻止金属层与液态的电解质直接接触。

由碳制成的导电的层用于保护电导体。尤其是,当导体包括银颗粒时,存在的风险是,银在电解质中溶解并且导致导体电路的减弱或甚至破坏。碳层可以保护由银制成的导体以防与电解质直接接触。

优选地,由碳制成的导电的层具有在5μm至30μm的范围内,尤其是在10μm至20μm的范围内的厚度。

在几个优选的实施方式中,碳层在被施加之后经受热处理。由此,可以提高碳层的密封性。

一种用于制造如以上所述的电池的方法的突出之处优选地在于直接下述步骤a.至e.:

a.将第一和第三电导体施加到第一不导电的基质上,并且将第二电导体施加到第二不导电的基质上。

b.将层式的第一负电极直接施加到第一电导体上,并且将层式第一正电极直接施加到第三电导体上。

c.将层式的第二负电极和层式的第二正电极直接施加到第二电导体上,从而第二电极通过间隙相互分离。

d.将层式的隔膜施加到第一负电极上或者第二正电极上,并且将层式的隔膜施加到第二负电极或第一正电极上。

e.以如下顺序构造两个层叠垛,

-第一负电极/隔膜/第二正电极,以及

-第二负电极/隔膜/第一正电极。

导体和电极的可能的设计方案已经结合根据本发明的电池进行了阐述。对此参考相应的实施方案。

优选地,借助于印刷方法,尤其是借助于丝网印刷施加导体和电极。如以上描述的那样,隔膜的施加同样可以通过印刷方法实现。但优选地,无纺布或薄膜隔膜布置在层叠垛的电极之间。

为了使层叠垛成为准备就绪的电化学电芯,大多需要,利用以上所述的液态的电解质浸润电极和隔膜。这可以在施加隔膜之前和/或之后进行。

在一种改进方案中优选的是,在隔膜和电极之间布置由具有膏状的稠度的电解质组成的以上所述的层。为此,电解质例如可以被印刷到电极上,随后构造层叠垛。

在第一备选的、特别优选的实施方式中,该方法的突出之处在于直接下述特征a.至d.:

a.在选择性地将隔膜施加到第一负电极或第二正电极上之前,在所选择的电极上印刷尤其是具有30至70μm厚度的由电解质膏组成的第一层。

b.在选择性地将隔膜施加到第二负电极或第一正电极上之前,在所选择的电极上印刷尤其是具有30至70μm厚度的由电解质膏组成的第二层。

c.将隔膜施加到由电解质膏组成的第一和第二层上。

d.在覆上隔膜之后,在隔膜上分别印刷尤其是具有30至70μm厚度的由电解质膏组成的第二层。

在第二备选的、特别优选的实施方式中,该方法的突出之处在于下述特征:

a.在选择性地将隔膜施加到第一负电极或第二正电极上之前,在电极上分别印刷尤其是具有30至70μm厚度的由电解质膏组成的第一层。

b.在选择性地将隔膜施加到第二负电极或第一正电极上之前,在电极上分别印刷尤其是具有30至70μm厚度的由电解质膏组成的第二层。

c.选择性地将隔膜施加到由电解质膏组成的第一和第二层上。

d.如此构造层叠垛,使得在隔膜的一个侧面上布置由电解质组成的第一重叠,并且在隔膜的另一侧面上布置由电解质组成的第二层。

在如此制造的层叠垛中,在电极和隔膜之间始终布置由电解质膏组成的层中的一个重叠。或者换句话说:如此制造的层叠垛的隔膜分别在两侧包括由电解质膏组成的层。

如已经结合根据本发明的电池所述的那样,可以优选的是,根据本发明的电池的两个或更多单电芯具有共用的隔膜。结合所述的方法,在这种情况中,选择性地被施加到第一负电极或第二正电极上以及第二负电极或第一正电极上的隔膜是多孔的面形组织的彼此独立的区域,如以上所述的那样,即,例如微孔的聚烯烃薄膜的彼此独立的区域。

所以,在这种情况中,在第一备选的、特别优选的实施方式中,电解质膏不是被施加到多个独立的隔膜上,而是施加到相同的面形组织的分离的区域上。

优选地,在利用液态的电解质浸润之前和/或在施加具有膏状的稠度的电解质之前,在第一和第二基质上构造或布置多个包围电极的密封框。密封框确保,被施加到电极上的液体不流到基质上。从EP 3477727 Al中已知密封框的可能的实施方式及其粘合的变型方案。

优选地,密封框由粘合物质构成,其同样可借助于印刷方法施覆。在此,原则上可处理任意这样的粘合材料,即,该粘合材料相对于相应使用的电解质耐受并且可以形成相对于载体的充分的附着。尤其是,密封框也可以由溶解的聚合物成分构成,为了加固这种聚合物成分,必须除去包含的溶剂。

也可行的是,密封框由可热活化的薄膜,尤其是熔化薄膜或自粘薄膜构成。

除了相应的固体的组成部分,可用于制造电极和导体的印刷膏优选地也包含挥发性溶剂或悬浮剂。理想地,在此为水。为了在印刷时不存在问题,印刷膏优选地包含所有具有最大50μm的颗粒大小的颗粒的组成部分。

如以上已经所述的那样,在施加电极之前,电导体优选地被涂覆由碳制成的导电的层,以保护导体以防与电解质直接接触。由碳组成的层也可以被印刷。

特别优选的特征组合

为了传输LTE消息,首先进行扫描。在此,标签搜索用于数据传输的可能的频率。该过程一般持续2s并且需要50mA。如果找到频率,发送所谓的TX脉冲。这种脉冲持续约150ms并且为此需要约200mA的电流脉冲。具有150ms长度的脉冲几乎相应于4Hz的频率。相应地,为了发出这种脉冲,在4Hz时根据本发明的电池的阻抗是重要的。

在根据本发明的电池的单电芯被印刷的情况中,当电极的成分以及电解质的成分彼此协调时,就此而言可实现特别好的结果。特别优选地,为了制造根据本发明的电池的电极和电解质层,组合地使用以下膏成分:

用于负电极的膏:

用于正电极的膏:

/>

电解质膏:

优选地,在膏中的单个组分的份额分别相加成按重量计算100%。在电极中的不挥发的组件的份额可从膏的相应的百分比数据中计算出来。因此,例如锌和弹性的粘合剂在由上述膏制成的负电极中的份额在按重量计算81.25%至按重量计算92.94%的范围内(锌)和按重量计算5.62%至按重量计算13.16%的范围内(弹性的粘合剂)。二氧化锰和弹性的粘合剂在由上述膏制成的正电极中的份额在按重量计算61.72%至按重量计算82.35%的范围内(二氧化锰)和按重量计算8.51%至按重量计算20.83%的范围内(弹性的粘合剂)。

电解质膏优选地与微孔的聚烯烃薄膜(例如PE)组合地使用,该聚烯烃薄膜具有在60至120μm的范围内的厚度和35-60%的孔隙度。优选地,根据上述第一或第二备选的、特别优选的实施方式,在电极和/或隔膜上构造由电解质膏组成的层,该层尤其是具有在特定范围内的厚度,特别优选地分别具有约50μm的厚度。优选地,作为具有30μm至150μm的厚度,尤其是具有70μm的厚度的层叠印刷阳极。优选地,作为具有180μm至350μm的厚度,尤其是具有280μm的厚度的层叠印刷正电极。

在方法的另一优选的实施方式中,方法的特征在于直接下述附加特征和/或步骤a.和b.中的至少一个:

a.第一和第二基质是一个且相同的载体的不同区域。

b.为了构造层叠垛,折叠该载体,使得第一负电极与第一隔膜和第二正电极重叠,并且第二负电极与第二隔膜和第一正电极重叠,其中,通过折叠并且紧接着焊接和/或粘接,构造封闭的容器,层叠垛布置在该容器中。

在方法的特别优选的实施方式中,以相互组合的方式实现直接上述特征a.和b.。

如已经所述,在根据本发明的方法中,构造具有顺序负电极/隔膜/正电极的层叠垛。优选地,这可以通过以下方式实现,即,电芯的电极并排地,即以共面的布置方案,印刷在载体上,并且如此折叠或折起载体,使得每个单电芯的电极和从属的隔膜重叠。在折叠之后,载体从至少三个侧面包围所产生的层叠垛。通过焊接和/或粘接剩下的侧面,可以形成封闭的容器。尤其是,当阳极和阴极事先被已经所述的粘接框架包围时,也可以考虑粘接。在这种情况中,密封框可以实现粘接。

在此所述的方法直接实现具有两个电串联的单电芯的根据本发明的电池。制造具有三个、四个或更多电串联的单电芯的电池需要提供附加的电极、隔膜和导体,但在这种情况中,该方法不需要附加的步骤。因此,例如所有电导体可与其数量无关地在一个方法步骤中印刷。相似的也适用于电极和电解质层。

对于以上所述的实施方式,具有四个单电芯的第二、特别优选的实施方式例如需要在第二基质上的附加的第四和第五电导体以及两个附加的正电极和负电极,以用于形成另外两个单电芯。

根据本发明的无线电标签包括用于发送和/或接收无线电信号的发送和/或接收单元,以及用于利用电流供给发送和/或接收单元的电池,其中,根据以上实施方案构造电池。优选地,发送和/或接收单元以及电池布置在载体上。优选地,电池构造成,利用峰值≥400mA的电流供给发送和/或接收单元。

特别优选地,为无线电标签配设的电池根据以上所述的第二、特别优选的实施方式构造,即,具有四个串联的单电芯。单电芯优选地是锌-二氧化锰电芯。

为了测量可由电池提供的峰值电流,优选地从电化学的阻抗谱(EIS)中获得电池的阻抗。在该测量方法中,作为测量频率f的函数确定阻抗Z,Z=Z(f)。通过具有1s长度的脉冲电流加载与Z(0.5Hz)的阻抗值最为对应。根据欧姆定律利用在开路电压和电子应用中的终止电压之间的电压差中计算峰值电流。

峰值电流i=电压差ΔU/Z(0.5Hz)

在优选的实施方式中,电池的单电芯可以直接构造在载体上。如以上所述的那样,第一和第二基质可以是在一个且相同的载体上的区域,从而可实现,根据本发明的电池的电导体和电极以共面的布置方案施加在载体上,并且如此折叠载体,使得电芯的负电极和正电极分别与隔膜重叠并且构造根据本发明的电池的构造成层叠垛的单电芯。在折叠至少三个侧面之后,载体包围所产生的层叠垛。通过焊接和/或粘接剩下的侧面,可以构造封闭的容器。

但也可以优选的是,单独地制造电池并且例如借助于粘合材料将电池固定在载体上。

在无线电标签的可能的优选的设计方案方面,对此参考WO 2019/145224 Al。在此处,例如详细地阐述了传感机构,该传感机构可以是无线电标签的一部分,并且借助于该传感机构可以确定关于粘贴了该无线电标签的产品的状态信息。

在此处所述的本发明的范围内,载体和发送和/或接收单元尤其重要。发送和/或接收单元优选地为移动无线电芯片,如开头所述的那样,尤其是为进行根据LTE标准的数据传输的芯片。

该载体几乎可以任意设计。理想地,表面不具有导电的性能,从而可以排除在根据本发明的电池的导体直接被印刷在载体上的情况中的短路或漏电流。例如,载体可以是以塑料为基础的标签,例如适合的是由聚烯烃或聚对苯二甲酸乙二醇酯制成的薄膜,标签在一个侧面上具有粘接面,借助于粘接面可以将标签固定在产品处。在另一侧面上可以施加电池的电导体及其其它功能件。

在特别优选的实施方式中,无线电标签可以设计成,无线电标签可以从无线电标签的环境中获得电能。为了该目的,无线电标签可以配备有能量转换器,该能量转换器能够将环境中的能量转化成电能。为了该转化,例如可以使用压电效应,热电的效应,或光电的效应。来自环境的能量例如可以以光、电场、磁场、电磁场、运动、压力和/或热的形式和/或其它能量形式提供,并且借助于能量转换器使用或“获得”。

在优选的实施方式中,能量转换器与根据本发明的电池相联接,从而能量转换器可以为电池充电。虽然锌-二氧化锰电芯或锌-氧化银电芯属于所谓的一次电芯,原则上,一次电芯未设置成用于充电。但在这种电芯中也可以在有限的程度内再次充电。

附图说明

本发明的其它特征以及从本发明中获得的优点从以下实施例以及附图中得到,根据该实施例和附图详细说明本发明。以下描述的实施方式仅仅用于说明并且更好地理解本发明,并且绝不应理解成限制性的。

在图中示意性地:

图1示出了用于制造根据本发明的电池的方法的优选的实施方式的图解,

图2示出了穿过根据在图1中示出的做法构造的电池的横截面,

图3示出了穿过根据在图1中示出的做法构造的电池的备选的实施方式的横截面,

图4示出了具有在图2中示出的电池的无线电标签(从上方的俯视图),

图5示出了具有不同大小的重叠区域的根据本发明的电池的层叠垛的两个示例(垂直从上方的俯视图),以及

图6示出了利用根据本发明的电池的脉冲测试的结果。

具体实施方式

根据图1不仅可说明具有四个串联的单电芯的根据本发明的电池100的制造,而且可说明其优选的实施方式的结构。用于制造的方法包括以下步骤:

(1)借助于丝网印刷在具有200μm的厚度的、用作载体的PTE-薄膜106上印刷上导电体结构。PTE-薄膜106通过线109分成两个区域109a和109b,其中区域109a用作第一基质并且区域109b用作第二基质。导电体结构包括第一电导体101、第二电导体102、第三电导体103、第四电导体104和第五电导体105。在此,第一和第三电导体101和103被印刷在第一基质109a上。导体102、104和105被印刷在第二基质109b上。在此,商业上通用的银导电膏用作印刷膏。在电导体101-105的区域中,PTE-薄膜106分别整面地被涂覆这种膏,从而导体分别形成连续的导电面。优选地,所有电导体被构造成具有在10μm至100μm的范围内的厚度的层。

该步骤的结果在图1A中示出,其中应注意的是,所有在图中示出的层布置成平行于绘图平面。这相似地适用于在导体上沉积的碳层、电极层和电解质层。

(2)在另一步骤中,利用由碳颗粒组成的薄的层覆盖导电体结构。这种由碳颗粒组成的层优选地构造成具有12μm的厚度。在此,用作印刷膏的是通常的碳膏,例如该碳膏用于在电子器件中构造导电层和连接。该步骤的结果在图1B中示出。

为了优化通过由碳颗粒组成的层覆盖导电体结构,可以优选的是,使所构成的层经受热处理。此时可用的温度首先取决于PTE-薄膜的热稳定性并且必须相应地进行选择。

(3)紧接着,将负电极107a、107b、107c和107d和正电极108a、108b、108c和108d印刷在导电体结构上。为此,第一电导体101在部分地利用锌膏形成负电极107b并且部分地利用氧化锰膏形成正电极180a的情况下被叠印。第二电导体102在部分地利用锌膏形成负电极107c且在部分地利用氧化锰膏形成正电极180b的情况下被叠印。第三电导体103在部分地利用锌膏形成负电极107d且在部分地利用氧化锰膏形成正电极180c的情况下被叠印。第四电导体104在部分地利用氧化锰膏形成正电极180d的情况下被叠印。并且第五电导体105在部分地利用锌膏形成负电极107a的情况下被叠印。膏具有以下成分:

锌膏:

氧化锰膏:

该步骤的结果在图1C中示出。

负电极107a-107d和正电极108a-108d分别构造成具有11cm的长度和2cm的宽度的矩形的条带的形式。在此,负电极107a-107d优选地构造成具有70μm的厚度的层。正电极108a-108d优选地构造成具有280μm的厚度的层。必要时,为了构造正电极108a-108d需要多于一个印刷过程。

通过第一导体101、第二导体102和第三导体103分别将电极中的两个电极彼此电连接。导体101将正电极108a与负电极107b相连接,导体102将正电极108b与负电极107c相连接,并且导体103将正电极108c与负电极107d相连接。这些电连接是用于以期望的方式串联四个单电芯的基础。

分别将两个电极彼此电连接的导体101、102和103在相应的基质109a和109b的表面上分别形成导电面,该导电面大于彼此电连接的电极108a和107b、108b和107c以及108c和107d在该表面上占据的面积。一方面导电面分别包括被电极覆盖的区域。另一方面,在电连接的电极之间分别形成间隙110,该间隙将电极彼此分离。导电面也可以延伸越过该间隙110,结果是,导体的横截面在电极之间的间隙中不变小。

所有这些都对根据本发明的电池100的阻抗值有正面作用。电极的大面积的接触以及尤其是通过间隙110的连接,保证了电极的最优的电连结以及最小的电阻。

仅仅与电极107a和108d电接触的第四和第五导体104和105也在相应的基质的表面上形成导电面,该导电面大于分别被电接触的电极在该表面上占据的面积。一方面导电面分别包括被电极覆盖的区域。另一方面,导电面分别包括未被电极材料覆盖的区域。这些区域可以用作电池100的极,以使得能够取用电池的四个串联的单电芯累加的电压。

(5)在另一后续步骤中,利用氯化锌膏印刷负电极107a-107d和正电极108a-108d。此时形成例如分别具有约50μm的厚度的电解质层111a-111h。

该步骤的结果在图1D中示出。

优选地,在该步骤中使用具有以下成分的电解质膏:

固化剂和不溶于水的颗粒起电绝缘的作用。

特别有利的是,在印上这种膏之前,例如借助于粘合物质在单个电极的周围构造包围电极的密封框112。用作用于形成密封框112的初始材料例如可以是商业上通用的保护漆。示例性地示出了包围电极107a和108a的两个密封框112。在相应的方法过程中适宜地,所有电极都被密封框包围。

(6)紧接着,利用一个或多个隔膜覆盖电解质层111a-111h,其中优选地,这在印刷电解质层叠之后立即进行,从而电解质层不变干。随后,沿着线109折起并且折叠PTE-薄膜106,从而

·负电极107a与所述隔膜或多个隔膜中的一个隔膜并且与正电极108a一起形成第一层叠垛,

·负电极107b与所述隔膜或多个隔膜中的一个隔膜并且与正电极108b一起形成第二层叠垛,

·负电极107c与所述隔膜或多个隔膜中的一个隔膜并且与正电极108c一起形成第三层叠垛,并且

·负电极107d与所述隔膜或多个隔膜中的一个隔膜并且与正电极108d一起形成第四层叠垛。

通过折叠和最后的焊接和/或粘接,可以形成封闭的罩壳,层叠垛布置在该罩壳中。

该步骤的结果在图2和3中示出。

作为一个或多个隔膜,例如可以使用商业上通用的无纺布隔膜或微孔的聚烯烃薄膜。优选地,在此使用这样的微孔的聚烯烃薄膜,即,其具有在60-120μm之间的厚度和35-60%的孔隙度(空腔体积与总体积的比例)。

在图2中以横截面示出的电池100包括四个构造成层叠垛的单电芯113、114、115和116。所示出的电池可根据在图1中示出的做法制造,其中,为了构造单电芯,总共使用四个构造成层的隔膜117a-117d。

除了隔膜117a-117d之外,层叠垛113-116分别包括负电极107a-107d中的一个负电极和正电极108a-108d中的一个正电极。具体地:

层叠垛113包括电导体101和105。电导体包括由碳颗粒组成的层101a和105a,该层保护电导体以防与电解质接触。正电极108a直接沉积在层101a上,负电极107a直接沉积在层105a上。在电极107a和108a之间布置隔膜117a,隔膜被电解质层111a和111b围绕。因为电解质层111a和111b由于其不导电的组分的份额为正电极108a和负电极107a的彼此电绝缘做出贡献,所以电解质层被视为隔膜117a的组成部分。

层叠垛114包括电导体101和102。电导体包括由碳颗粒组成的层101a和102a,该层保护电导体以防与电解质接触。正电极108b直接沉积在层102a上,负电极107b直接沉积在层101a上。在电极107b和108b之间布置隔膜117b,隔膜被电解质层111c和111d围绕。因为电解质层111c和111d由于其不导电的组分的份额为正电极108b和负电极107b的彼此电绝缘做出贡献,所以电解质层被视为隔膜117b的组成部分。

层叠垛115包括电导体102和103。电导体包括由碳颗粒组成的层102a和103a,该层保护电导体以防与电解质接触。正电极108c直接沉积在层103a上,负电极107c直接沉积在层102a上。在电极107c和108c之间布置隔膜117c,隔膜被电解质层111e和111f围绕。因为电解质层111e和111f由于其不导电的组分的份额为正电极108c和负电极107c的彼此电绝缘做出贡献,所以电解质层被视为隔膜117c的组成部分。

层叠垛116包括电导体103和104。电导体包括由碳颗粒组成的层103a和104a,该层保护电导体以防与电解质接触。正电极108d直接沉积在层104a上,负电极107d直接沉积在层103a上。在电极107d和108d之间布置隔膜117d,隔膜被电解质层叠111g和111h围绕。因为电解质层叠111g和111h由于其不导电的组分的份额为正电极108d和负电极107d的彼此电绝缘做出贡献,所以电解质层叠被视为隔膜117d的组成部分。

第一导体101和第三导体103彼此间隔开地布置在第一基质109a的面对第二基质109b的表面上,而第二导体102、第四导体104和第五导体105彼此间隔开地布置在第二基质109b的面对第一基质109a的表面上。

四个单电芯113、114、115和116电串联,从而单电芯的电压累加。为了这个目的,单电芯的极性相反的电极通过第一导体101、第二导体102和第三导体103彼此电连接。导体电极具有相反的极性,并且第一导体与第四单电芯的电极电接触,其中,通过该导体电连接的电极同样具有相反的极性。如以上已经阐述的那样,导体104和105的未被电极材料覆盖的区域可以用作电池100的极,以使得能够取用电池的四个串联的单电芯113-116累加的电压。

由于在此所述的单电芯113-116以锌-二氧化锰为基础作为电化学系统,电芯中的每个电芯提供约1.5伏的额定电压。因此,电池100能够提供约6伏的额定电压。

由于所述的沿着线117折叠并且最后焊接和/或粘接,根据本发明的电池100具有封闭的罩壳118,层叠垛113至116布置在罩壳中。未被电极材料覆盖的导体104和105的区域可以从罩壳中引导出来,以使得可从外部取用电池100的电压。

对于根据本发明的电池100的阻抗特性重要的是,在层叠垛之内直接接触的、单电芯113-116的层式的组成部分尽可能大面积地彼此接触。这根据单电芯113进行说明。

首先,为了优化阻抗,需要在电极107a和108a和电导体101和105之间提供尽可能大面积的接触。如以上阐述的那样,导体101和105在基质109a和109b上分别形成连续的导电面,如在图1A和1B中示出的那样。由导体101形成的导电面和沉积在该导电面上的电极108a在垂直于电极108a和导体101的观察方向上例如在重叠区域中重叠,在重叠区域中,垂直于电极108a的直线不仅与电极而且与导体101相交。在具体的情况中,该重叠区域精确地等于电极108a的面积。由此,电极108a整面地与电导体101接触。在电极107a与导体105之间接触的情况中也是如此。在此,也存在整面的接触。

此外重要的是,电极107a和108a连结在隔膜117a处。如以上说明的那样,隔膜117a通过该电解质层111a和111b与电极107a和108a接触,其中,在该示例中,电解质层111a和111b被视为隔膜117a的一部分。隔膜的一个侧面具有与正电极108a的第一接触面,另一侧面与第一接触面平行地具有与负电极107a的第二接触面。优选地,在垂直于隔膜的观察方向上,接触面在重叠区域中彼此重叠,重叠区域通过以下方式定义,即,垂直于隔膜的直线与这两个接触面相交。

由于电极107a和108a在此具有相同的面积尺寸并且在垛之内未布置成彼此错开,重叠区域的大小精确地相应于电极107a和108a的大小。由此,电极107a和108a不仅与导体101和105整面地接触,而且与隔膜确切的说隔膜的电解质层111a和111b整面地接触。

在图3中示出的电池100与在图2中示出的电池100的区别仅仅在于,根据本发明的电池的单电芯113-116在多个隔膜的部位处具有多孔的面形组织117作为共用的隔膜。

多孔的面形组织117具有四个彼此分离的区域,四个层叠垛的极性相反的电极通过这些区域相连接。这些区域中的第一区域通过与电极107a和108a的接触面定义,第二区域通过与电极107b和108b的接触面定义,第三区域通过与电极107c和108c的接触面定义,并且第四区域通过与电极107d和108d的接触面定义。使用共用的隔膜117可以显著简化根据本发明的电池100的制造。

除了电池100之外,在图4中示出的无线电标签119包括用于发送和/或接收无线电信号的发送和/或接收单元120、传感器件121和与发送和/或接收单元120相联接的天线122。无线电标签的部件通过导体结构相互连接。在标签119的下侧面上可以布置粘接层(未示出),借助于该粘接层可以将无线电标签119固定在产品处。

根据图5解释在本申请中使用的概念,重叠区域。在图5中,示出了层叠垛的示例,在该层叠垛中,构造成层的隔膜117布置在构造成层的负电极107和构造成层的正电极108之间。负电极107和正电极108分别构造成矩形的,并且在隔膜117上分别覆盖的相同的面积。所有层在图中都布置成平行于绘图平面。在以上描述中,被负电极107覆盖的隔膜117的面定义成第一接触面。在以上描述中,被正电极108覆盖的隔膜117的面定义成第二接触面。

在图5(1)中,负电极107和正电极108布置成彼此错开,从而第一和第二接触面在垂直于绘图平面并且进而垂直于隔膜117的观察方向上仅仅部分地彼此重叠。因此,重叠区域A小于负电极107和正电极108在隔膜117上覆盖的面。

相反地,在图5(2)中,负电极107和正电极108完全重叠。因此,重叠区域A的大小精确地相应于负电极107和正电极108的面积。

在图6中示出的脉冲测试的结果通过包括四个电串联的单电芯并且根据图2构造的电池获得。四个电芯的电极在相应的基质上分别在约22cm

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