一種可再充電電池的製作方法

2023-10-26 21:38:02 2

專利名稱：一種可再充電電池的製作方法
技術領域：
本發明涉及可再充電電池及具有可再充電電池的助聽器。
背景技術：
電源是助聽器中的一項關鍵因素，電池佔據了現代助聽器的很大一部分。減小電 池的尺寸可以使助聽器的整體尺寸減小。此外，還需要電池的使用壽命較長，尤其是使用可 再充電電池時。使用傳統的可再充電電池技術，不可能獲得既有充足的電池容量又有通用 的電池尺寸的技術方案，通用尺寸的電池可以安裝在任何形狀和大小的助聽器中。這一點 是由助聽器(特別是ITE類型)的形狀和尺寸的巨大差異與目前缺乏可用的柔性電池引起 的。此外，在現代助聽器中，需要多種無線應用。這不僅需要對電池無線再充電，而且需要 不同的無線通信能力，如拾音線圈、FM天線和數位化運行的感應天線，以及無線傳輸用於可 再充電電池的充電能量。到目前為止，已經證實在助聽器中非常有限的空間內實現這些功 能相當困難。本發明提供可以安裝在任何類型的助聽器中的電池，其還可以在電池與能量 源分離的情況下實現另外的功能。 在可再充電電池領域的現有技術中，應當提到以下幾點 Bates的美國專利第6， 818， 356號"薄膜電池及其電解質"，該文件中說明了用於 薄膜電池的固態無定形的電解質合成物。 J. B. Bates的美國專利第5， 314， 765號(1994年5月24日)"用於鋰金屬陽極的 保護性鋰離子傳導陶瓷塗層及相關方法"，在該文件中公開了包括陰極、鋰金屬陽極的電池 結構，以及放置在鋰陽極與陰極之間的電解質利用疊層的鋰磷氧氮的薄膜層，從而塗覆鋰 陽極並因此分隔鋰陽極和電解質。 J. B. Bates的美國專利第5， 612， 152號(1997年3月18日)"在需要低到高功率 輸出的應用中使用的可再充電鋰電池"，該專利公開了具有薄膜電池特性的可再充電的鋰 電池，其能夠用於滿足在較寬範圍內的功率要求。 J. B. Bates、N. J. Dudney、G. R. Gruzalski和C. F. Luck的美國專利第5， 338， 625號 (1994年8月16日)"薄膜電池及其製造方法"，該文件說明了一種薄膜電池，特別是一種 薄膜微電池，以及其用作電子裝置的備用或主集成電源的製造方法。J. B. Bates、N. J. Dudney、G. R. Gruzalski和C. F. Luck的美國專利第5， 455， 126號
(1995年10月3日)"具有包含電解質的氮的光電裝置"，其公開了一種薄膜電池。 J. B. Bates、 N. J. Dudney的美國專利第5， 512， 147號(1996年4月30曰)"製造
用於電化學電池的電解質的方法"，該文件描述了一種薄膜電池，特別是一種薄膜微電池，
以及其用作電子裝置的備用或主集成電源的製造方法。J. B. Bates、 N. J. Dudney和K. A. Weatherspoon的美國專利第5， 561， 004號(1996 年10月1日)"用於薄膜鋰電池的封裝材料"，其公開了包括暴露在空氣和水蒸汽中能夠起 反應的組分的薄膜電池，該電池包括提供防止空氣和水蒸汽滲透的隔層的封裝系統。
J. B. Bates和N. J. Dudney的美國專利第5， 567， 210號(1996年10月22日)"用於製造電化學電池的方法"，其公開了一種薄膜電池，特別是一種薄膜微電池，以及其用作 電子裝置的備用或主集成電源的製造方法。 J. B. Bates的美國專利第5， 569， 520號"在需要低到高功率輸出的應用中使用的 可再充電鋰電池"，其公開了具有薄膜電池特性的可再充電的鋰電池，能夠用於滿足在較寬 範圍內的功率要求。 J. B. Bates和N. J. Dudney的美國專利第5， 597， 660號(1997年1月28日)"用 於電化學電池的電解質"，其公開了一種薄膜電池，特別是一種薄膜微電池，以及其用作電 子裝置的備用或主集成電源的製造方法。 John B. Bates的美國專利申請第20010014423號"通過快速熱退火製造高織構鋰 鈷氧化物薄膜"，該文件中說明了通過快速熱退火製造高織構鋰鈷氧化物薄膜的系統和方 法。 此外，以下美國專利6， 562， 518、6， 555， 270和6， 344， 366涉及通過快速熱退火制 造高織構鋰鈷氧化物薄膜。

發明內容
利用本發明，通過巻曲、纏繞等能夠將標準尺寸的電池條塞入任何形狀和大小的 助聽器。 在本發明中使用的電池技術基於薄膜技術。電池由每電池(也有可能是電池組) 典型厚度在10-20微米範圍內的活性(核心)層組成，其沉積在薄片或細絲上。在活性層 的頂部沉積厚度範圍在5-80微米的鈍化層。通過這樣的技術可以製造完全成套的電池，即 不需要進一步封裝。由於薄膜電池的厚度小，可以實現驚人的柔性。電池既可以製造為例 如5毫米寬的條形，也可以製造在金屬細絲或覆蓋金屬的細絲上。該處理在無接頭帶或短 薄片或細絲上完成。 根據本發明，可再充電電池包括由第一電化學活性層和第二電化學活性層包圍的 可彎曲細長電子傳導芯，第一電化學活性層和第二電化學活性層由分隔層隔離，其中電子 傳導元件接觸第二電化學活性層的外表面，其中兩層電化學活性層和分隔層中的至少一層 由沉積薄膜層組成。 以這種方式形成薄、細長和柔軟如絲的電池，其很容易通過摺疊或纏繞為所需的 形狀存放在任何方便的空間。由於細長的傳導芯還可以用作載體，因此不需要載體層，從而 能製造出體積效率更高的電池。由於能夠以多於一種的順序在每一層的頂部沉積上述層， 從而使能按本領域眾所周知的進行電池堆疊。 在本發明另一方面，纏繞電池的至少一部分以形成具有第一和第二端的感應線 圈。 這樣的感應線圈能夠同時用作充電的目的與發送和/或接收天線的通信目的。根 據本發明，使用生產電池活性部分的薄膜技術製造組合的感應線圈與可再充電電池，因此 提供了具有非常高的效率和能量密度的電池。在細絲結構周圍產生可再充電電池的其他更 常用方法能用於提供可以纏繞的電池以形成感應線圈。 優選地，電化學活性層包括陰極和陽極材料，陽極材料包括金屬鋰，陰極材料包括 鋰離子，分隔層是鋰離子傳導層。
根據本發明另一方面，提供具有包圍電子元件的外殼部分的助聽器，電子元件用於信號處理，如放大器，其中電池用於向信號處理元件傳送能量，電池包括在細長襯底表面上提供的分層結構，襯底具有陽極和陰極材料層、分離陽極和陰極層的離子傳導分隔層及集電層，其中在薄膜沉積過程中沉積至少一層，且電池可纏繞或巻曲以適應外殼中的可用空間。 通過提供在薄膜處理中獲得的厚度小、結構細長、柔軟的電池，能夠摺疊和/或纏繞電池材料以適應外殼的內部，其中電池可填滿現有元件之間的可用空間。尤其是當助聽器是ITE式時，其中至少外殼的一部分是定製的，所以不能預計容納電池材料的可用空間的位置和形狀。通常的實踐中是提供標準的電池空間，從而導致助聽器比所需的大許多。使用薄膜處理獲得的結構細長、柔軟的電池既可以在細絲結構上實現，其中在細絲四周的表面上提供各層，又可以在扁平薄膜的一面或兩面上提供電池的活性層。 在本發明的實施例中，助聽器電池包括長細絲狀的中心元件，在其表面上提供電池。因此電池元件能夠相對於細絲狀的中心元件的縱軸以所需的角度巻曲/摺疊，從而能夠摺疊元件用於適應非常不規則的空間容積。細絲狀的中心元件包括用作電池一極的導電元件。如果電池纏繞為線圈，則電池還可以用作感應天線，能用於接收和/或輻射能量。因此電池可以發揮其他功能，如拾音線圈、無線發射天線或電池無線感應充電的接收元件。這些可能中的一部分可以使用一個或同一線圈實現。 本發明進一步包括具有絲狀核心部分的電池，在核心部分上提供電池的各層、隔層和保護材料，其中電池的總直徑優選小於100微米。


圖1是根據本發明的電池的原理圖； 圖2是纏繞和塞入助聽器的電池細絲； 圖3是助聽器中細絲電池的另一實施例； 圖4a、4b、5a和5b是纏繞用作線圈的電池和充電的過程。
具體實施例方式
圖1中的電池包括核心部分l，優選核心部分1包括一個或多個傳導材料細絲。在優選實施例中，細絲由金屬材料製造。也可能使用塗覆金屬的細絲，如玻璃、聚合物或碳。電池的這一部分既可以是陽極集電器也可以是陰極集電器。以下假設細絲1用作陰極集電器。在包圍細絲的層中提供陰極材料2。在陰極頂部提供電解質材料3。電解質覆蓋陰極材料2的全部外半徑表面，在電解質層的頂部提供陽極材料4。陽極集電器5是電池最後的活性部分，並提供在陽極材料4上。集電器5可以是在陽極4的頂部提供的金屬層，或者編織在陽極4上的金屬細絲，還能夠是金屬塗層和細絲的組合。至少提供一層保護層6，以確保電池的各個部分不受環境因素的有害影響，如氧氣、水。在實施例中，陽極集電器也是保護層，從而最終的電池細絲變得更薄。 在真空或近似真空的處理中，塗覆陽極、電解質和陰極層薄膜。陽極和陰極層的厚度通常在10-15微米。通常電解質層更薄，範圍在0.2-l微米。整個電池的總厚度為50微米。這使構成電池的細絲能纏繞為線圈。這樣的線圈，如果形成時沒有硬芯，將能夠彎曲以
5適應放置在用戶耳道內的定製助聽器中的不規則可用空間。 圖2中線圈7、8如上所述是纏繞的電池。當線圈7、8處於變化的磁場中時，在線圈7、8的兩端之間將產生電壓差。用於通信目的測量該電壓差。如果電流流過纏繞而成的線圈，還可以從線圈輻射感應能量。在兩種情況下，電流相似地流過陽極和陰極集電器元件，這對線圈的電池功能沒有任何影響。 當電池充電時，通過陽極和陰極之間的電勢實現電池的功能。當電池由其自身形成的線圈充電時，其處於變化的磁場中，在陽極和/或陰極集電器中產生的最終的交流電壓轉換為直流電勢，並表現為陰極與陽極集電器之間的電壓差。 圖2中的線圈7、8還可以由條形電池材料纏繞而成。當放置在ITE式助聽器的外殼中時，其改進了外殼中自由空間的利用。較大的線圈8，通過進一步的變形，能夠深入外殼填塞並緊鄰接收器10放置，較小的線圈7能夠放置在接收器10的頂端緊鄰放大器模塊12。 在圖3中表示了條形電池13進一步的實施例，條形電池13塞入助聽器的外殼9
中。纏繞電池13，從而放大器模塊12能夠放置在巻狀電池13的內部。其優化了外殼9中
自由空間的使用，並額外地為助聽器的電子元件提供了改進的光和EMC保護。 根據本發明，在生產電池的方法中，細絲連續地傳送到真空室中，通過傳送細絲穿
過不同的處理區域塗覆電池的不同層。最後將細絲送出真空室進行可能的最終的保護層處
理。以這種方式，能夠快速生產長條形的電池薄片或細絲。 在實施例中，化合物包括以下元素作為電解質的鋰磷氮氧化物(LiP0N)，作為陰極材料的LiCo02，以及作為陽極的鋰。 在圖4和圖5中，公開了根據本發明的電池充電電路。電池線圈20放置在交流感應磁場中，其將在線圈20的兩端產生交流電壓、。交流電壓如圖4a所示。在前半個周期是正電壓(圖4a中的灰色區域)，並將在電池線圈20的一端建立正電壓。在電池的兩極安排兩個二極體D工和D2。 D工放置在正極，D2放置在負極。D2的輸出端連接到電容Q，電容連接到電池的負極，而不是線圈的負端。在前半個感應周期期間建立正電壓時，02允許電荷累積在Q上。在如圖5a和5b所示的後半個感應周期期間，由於在連接到二極體D工和D2的電池兩極建立了負電勢，存儲在Q上的電荷流過D"在交流感應的連續周期期間，電荷從電池兩極的一端移動到另一端，從而給電池進行充電。
權利要求
一種可再充電電池，包括位於細長襯底表面上的細長柔軟的分層結構，該分層結構具有陽極和陰極材料的電化學活性層、隔離陽極層與陰極層的離子傳導分隔層以及集電層，其中通過薄膜沉積處理沉積上述層中的至少一層。
2. 根據權利要求1所述的可再充電電池，其中纏繞電池的至少一部分以形成具有第一端和第二端的感應線圈(7 ;8)。
3. 根據權利要求1所述的可再充電電池，其中所述電化學活性層包括陰極和陽極材料，其中陽極材料包括金屬鋰，陰極材料包括鋰離子，其中所述分隔層為鋰離子傳導層。
4. 根據權利要求3所述的可再充電電池，其中鋰離子傳導層是鋰磷氧氮化物陶瓷層。
5. 根據權利要求2所述的可再充電電池，其中在線圈(20)的第一端電池的負極和正極連接到整流器D"D^其中整流器D工的輸出端位於正極，並且整流器D2的輸入端位於負極。
6. 根據權利要求5所述的可再充電電池，其中整流器連接到電容器Q，其中電容器Q連接到線圈(20)的第二端的電池負極。
7. 根據權利要求1 6中任一所述的可再充電電池，其中通過真空處理或近真空處理按薄膜施加陽極層、電解質形式的分隔層以及陰極層。
8. 根據權利要求7所述的可再充電電池，其中陽極層和陰極層具有範圍從10ym到15iim的厚度。
9. 根據權利要求7或8所述的可再充電電池，其中電解質層形式的分隔層的總厚度範圍為O. 2踐至lj liim。
10. 根據權利要求9所述的可再充電電池，其中電池的總厚度小於50ym。
11. 根據權利要求1 10中任一所述的可再充電電池，其中以具有例如5mm寬度尺寸的條帶幾何形狀或者在金屬絲上或者在塗覆金屬的絲上製作所述電池。
12. 根據權利要求11所述的可再充電電池，其中在箔或絲的長條上或短片上製作所述電池。
13. 包括根據權利要求1 12所述的可再充電電池的音頻裝置。
14. 根據權利要求13所述的音頻裝置，其中訂製外殼(9)從而適應個人的耳內部或耳道。
15. 根據權利要求13或14所述的音頻裝置，其中所述電池被纏繞、巻曲或填塞以適應所述外殼內可利用的空間。
全文摘要
本發明公開了一種可再充電電池，其包括位於細長襯底表面上的細長柔軟的分層結構，該分層結構具有陽極和陰極材料的電化學活性層、隔離陽極層與陰極層的離子傳導分隔層以及集電層，其中通過薄膜沉積處理沉積上述層中的至少一層。以這種方式形成薄、細長和柔軟如絲的電池，其很容易通過摺疊或纏繞為所需的形狀存放在任何方便的空間。
文檔編號H04R1/10GK101794903SQ201010140378
公開日2010年8月4日 申請日期2006年1月12日 優先權日2005年1月20日
發明者亨寧·克納克·波爾森, 安諾斯·埃裡克·彼得森, 弗蘭克·恩格爾·拉斯姆森, 貢納爾·古德納松 申請人:奧迪康有限公司