DE102004038072A1 - Galvanic element - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein galvanisches Element mit mindestens einer Lithium-interkalierenden Elektrode und einem weitgehend flexiblen, elektrisch leitfähigen Gehäuse, bei dem eine Lithium-interkalierende Elektrode als Kathode ausgebildet ist und diese Kathode mit dem Gehäuse mit Hilfe mindestens eines elektrisch leitfähigen Verbindungsmittels fest verbunden ist. Bei diesem Verbindungsmittel handelt es sich vorzugsweise um ein elektrisch leitfähiges Polymer, d. h. einen chemischen Haftvermittler. Der feste Verbund zwischen Kathode und dem gleichzeitig als Kollektor dienenden Gehäuse macht ein solches Element insbesondere in Form einer primären Lithiumflachzelle in besonderer Weise für den Einsatz in sogenannten Smartcards geeignet.The invention relates to a galvanic element having at least one lithium-intercalating electrode and a substantially flexible, electrically conductive housing, in which a lithium-intercalating electrode is formed as a cathode and this cathode is firmly connected to the housing by means of at least one electrically conductive connection means. This bonding agent is preferably an electrically conductive polymer, i. H. a chemical bonding agent. The fixed connection between the cathode and the housing which simultaneously serves as a collector makes such an element, in particular in the form of a primary lithium flat cell, particularly suitable for use in so-called smartcards.

Description

Die Erfindung betrifft ein galvanisches Element mit mindestens einer Lithium-interkalierenden Elektrode und einem weitgehend flexiblen, elektrisch leitfähigen Gehäuse. Insbesondere handelt es sich bei diesem galvanischen Element um eine sogenannte Lithium-Primärzelle.The The invention relates to a galvanic element having at least one Lithium intercalating electrode and a largely flexible, electrically conductive Casing. In particular, this galvanic element is um a so-called lithium primary cell.

Galvanische Elemente der eingangs genannten Art sind bereits bekannt, und ihr Aufbau ist beispielsweise in der DE-A1-101 25 619 angesprochen. Dabei kann es sich um dünne (ca. 400 μm), flexible Lithiumzellen handeln, insbesondere als Primärzellen, d. h. nicht wiederaufladbar. Solche dünnen, flexiblen Zellen haben besondere Vorteile beim Einsatz in eine Smartcard gegenüber einer dünnen Knopfzelle, die von Natur aus nicht flexibel sein kann. Die flexible Zelle kann Biegungen einer Karte mitmachen, während eine dünne Knopfzelle während solcher Biegungen aus der Karte brechen kann.galvanic Elements of the type mentioned are already known, and you Structure is addressed for example in DE-A1-101 25 619. It can be thin (about 400 microns), flexible lithium cells act, especially as primary cells, d. H. non-rechargeable. Such thin, flexible cells have special advantages when used in a smartcard over one thin button cell, which by nature can not be flexible. The flexible cell can Bends a card while a thin button cell while such bends can break out of the card.

Bei den bekannten Zellen ist die Kathode lose in das metallische Foliengehäuse eingelegt. Das metallische Gehäuse übernimmt gleichzeitig die Funktion des Kollektors (Stromableiters). Nachteilig ist dabei, daß sich die Kathode verschieben kann. Zudem kann sich durch die Anwesenheit von freiem anwesenden Elektrolyt eine elektrisch isolierende Grenzschicht zwischen Kathode und dem metallischen Gehäuse ausbilden. Daraus kann ein unerwünschter Isolationseffekt entstehen, der einen erhöhten Zell-Innenwiderstand verursacht.at the known cells, the cathode is loosely inserted into the metallic foil housing. The metallic housing takes over at the same time the function of the collector (Stromableiters). The disadvantage is doing that can move the cathode. In addition, due to the presence of free electrolyte present an electrically insulating boundary layer form between the cathode and the metallic housing. It can an unwanted one Isolation effect arise, which causes an increased cell internal resistance.

Häufig wird bei derartigen galvanischen Zellen als Anode metallisches Lithium eingesetzt; dieses wird vollflächig gegen eine metallische Kupfer-Folie kontaktiert. Auch diese, in der Regel aufgerauhte, Kupfer-Folie ist Gehäuse und Stromableiter zugleich.Frequently becomes in such galvanic cells as the anode metallic lithium used; this becomes full surface contacted against a metallic copper foil. These too, in usually roughened, copper foil is housing and current conductor at the same time.

Die Kathode enthält Braunstein, welcher ein Lithium-interkalierendes Aktivmaterial darstellt und einen Polymer-Binder, der in der Regel ein Polyvinylidendifluorid-Hexafluorpropylen-Copolymer ist (zum Beispiel KynarTM Flex 2801 von der Firma Atofina). Als Elektrolyt dient eine ca. 1M Lösung von Lithiumperchlorat (LiClO4) in gängigen organischen Carbonaten (z. B. Propylencarbonat). Innerhalb der Kathode ist eine ca. 35 μm dicke Aluminium-Streckmetall-Folie einlaminiert, welche die Kathode an eine metallische Kupfer-Folie kontaktiert. Diese Kupfer-Folie ist Stromableiter und Gehäuse zugleich. Die beiden Folien (Kupfer-Gehäuse-Folie und Kathode) liegen, wie oben geschildert, lose, d. h. ohne feste Verbindung aneinander.The cathode contains manganese dioxide which is a lithium intercalating active material and a polymer binder which is typically a polyvinylidene difluoride-hexafluoropropylene copolymer (for example Kynar ™ Flex 2801 from Atofina). The electrolyte used is an approximately 1M solution of lithium perchlorate (LiClO 4 ) in common organic carbonates (eg propylene carbonate). Within the cathode is an approximately 35 microns thick aluminum expanded metal foil laminated, which contacts the cathode to a metallic copper foil. This copper foil is current collector and housing at the same time. The two films (copper housing film and cathode) are, as described above, loose, ie without firm connection to each other.

Dementsprechend stellt sich die Erfindung die Aufgabe, die geschilderten Nachteile bekannter Lithiumzellen mit flexiblem Gehäuse zu vermeiden oder doch zumindest weitgehend auszuschließen. Insbesondere soll, gerade bei den sogenannten Lithium-Flachzellen, die Lebensdauer solcher galvanischen Elemente verbessert werden, um sie für eine Verwendung in den sogenannten Smartcards noch geeigneter zu machen.Accordingly The invention has the object, the disadvantages described known lithium cells with flexible housing to avoid or at least at least largely excluded. In particular, should, straight in the so-called lithium flat cells, the life of such Galvanic elements are improved to be used for one in the so-called smart cards to make even more appropriate.

Diese Aufgabe wird gelöst durch das galvanische Element mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Bevorzugte Ausführungsformen dieses galvanischen Elements sind in den abhängigen Ansprüchen 2 bis 12 beschrieben. Der Wortlaut sämtlicher Ansprüche wird hiermit durch Bezugnahme zum Inhalt dieser Beschreibung gemacht.These Task is solved by the galvanic element having the features of claim 1. Preferred embodiments of this galvanic element are in the dependent claims 2 to 12 described. The wording of all Claims becomes hereby incorporated by reference into the content of this specification.

Das galvanische Element der eingangs genannten Art zeichnet sich dadurch aus, daß eine Lithium-interkalierende Elektrode als Kathode ausgebildet ist und diese Kathode mit dem Gehäuse mit Hilfe mindestens eines elektrisch leitfähigen Verbindungsmittels fest verbunden ist. Durch die bleibende, dauerhafte Verbindung der Kathode mit dem gleichzeitig als Kollektor/Stromableiter dienenden Gehäuse werden eine ganze Reihe von Vorteilen erreicht, die später noch näher erläutert werden. Das bisherige lose Anlegen der Kathode an das Gehäuse kann, selbst bei Verwendung aufgerauhter Folien als Gehäuse, nicht zu der erfindungsgemäßen festen Anbindung der Kathode an das Gehäuse führen.The galvanic element of the type mentioned is characterized from that one Lithium intercalating electrode is designed as a cathode and this cathode with the housing by means of at least one electrically conductive connection means firmly connected is. Due to the permanent, permanent connection of the cathode with the same serving as a collector / current collector housing achieved a number of advantages, which will be explained later. The previous one Loose application of the cathode to the housing can, even when using roughened films as housing, not to the solid according to the invention Connection of the cathode to the housing to lead.

Es ist bei der Erfindung bevorzugt, wenn es sich bei dem elektrisch leitfähigen Verbindungsmittel um eine elektrisch leitfähige (chemische) Substanz handelt. Man kann ein solches Verbindungsmittel auch als (chemischen) Haftvermittler bezeichnen, der dafür sorgt, daß die Kathode am Gehäuse fest und bleibend anhaftet. Vorzugsweise kann es sich bei einem solchen Haftvermittler um ein elektrisch leitfähiges Polymer handeln, insbesondere um ein elektrisch leitfähiges (organisches) Polymer. Derartige Polymere werden im folgenden noch näher erläutert.It is preferred in the invention, when it is in the electrically conductive Connecting means is an electrically conductive (chemical) substance. Such a bonding agent can also be used as a (chemical) adhesion promoter denote that for that ensures that the Cathode on the housing firmly and permanently attached. Preferably, it may be at a such adhesion promoter to act an electrically conductive polymer, in particular around an electrically conductive (organic) polymer. Such polymers will be discussed below explained in more detail.

Die als Verbindungsmittel dienende elektrisch leitfähige Substanz (Haftvermittler) liegt bei bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung in Form einer Schicht zwischen der Kathode und dem Gehäuse vor. Dabei ist die Kathode insbesondere über diese Schicht vollflächig mit dem Gehäuse verbunden, beispielsweise verklebt. Zur Ausbildung dieser Schicht wird die elektrisch leitfähige Substanz entweder auf die Kathode oder vorzugsweise auf den entsprechenden Gehäuseabschnitt aufge bracht, beispielsweise durch Auflaminieren oder Aufsprühen und dann, gegebenenfalls nach einem Trockenschritt, das jeweilige andere Teil, vorzugsweise die Kathode, auf die Schicht aufgelegt und so die feste Verbindung hergestellt.The electrically conductive substance (bonding agent) serving as a bonding agent is in preferred embodiments the invention in the form of a layer between the cathode and the casing in front. In this case, the cathode is in particular completely over this layer with the housing connected, for example glued. To form this layer becomes the electrically conductive Substance either on the cathode or preferably on the corresponding housing section brought up, for example by lamination or spraying and then, if appropriate after a drying step, the respective other Part, preferably the cathode, placed on the layer and so made the solid connection.

Zweckmäßigerweise wird bei den beschriebenen Ausführungsformen die Dicke der Schicht so gering als möglich gewählt, um einen unnötigen Materialaufwand zu vermeiden und die Bauhöhe des galvanischen Elements nicht unnötig zu erhöhen. Dementsprechend sind Schichtdicken < 50 μm, insbesondere < 20 μm, bevorzugt. Insbesondere beträgt die Schichtdicke der elektrisch leitfähigen Substanz < 5 μm.Conveniently, is in the described embodiments the thickness of the layer chosen as low as possible to avoid unnecessary material costs to avoid and the construction height of the galvanic element does not increase unnecessarily. Accordingly, layer thicknesses <50 μm, in particular <20 μm, are preferred. In particular, the Layer thickness of the electrically conductive substance <5 microns.

Wie bereits erwähnt, handelt es sich bei der elektrisch leitfähigen Substanz vorzugsweise um ein elektrisch leitfähiges Polymer. Bei einer ersten Gruppe derartiger Polymere kann die elektrische Leitfähigkeit durch Zumischung elektrisch leitfähiger Zusätze/Additive zu einem an sich nicht elektrisch leitfähigen Polymer hergestellt sein. Bei solchen Zusätzen/Additiven kann es sich beispielsweise um Ruße oder Graphite handeln, die in das Polymer, beispielsweise in Acrylate, eingemischt (eincompoundiert) werden. Ein Beispiel für ein derartiges elektrisch leitfähiges Polymer ist das Produkt Electrodag EB-012 der Firma Acheson Colloids Company, USA. Auch Polyvinylidendifluorid (PVDF), das mit Säuregruppen modifiziert ist, kann durch Zumischen von Leitruß als elektrisch leitfähigem Zusatz elektrisch leitfähig gemacht werden.As already mentioned, the electrically conductive substance is preferably around an electrically conductive Polymer. In a first group of such polymers, the electrical conductivity by adding electrically conductive additives / additives to a per se not electrically conductive Be prepared polymer. Such additives may be for example, to blacks or Graphites which are incorporated in the polymer, for example in acrylates, mixed in (compounded). An example of such a electrically conductive Polymer is the product Electrodag EB-012 from Acheson Colloids Company, USA. Also polyvinylidene difluoride (PVDF) modified with acid groups is, by mixing conductive carbon black as an electrically conductive additive electrically conductive be made.

Bei einer zweiten Gruppe von elektrisch leitfähigen Polymeren handelt es sich um Polymere, die selbst elektrisch leitfähig sind. Dementsprechend ist dann ein Zusatz von elektrisch leitfähigen Additiven, wie Graphiten oder Rußen als Leitkomponente nicht notwendig. Solche elektrisch leitfähigen Polymere werden beispielsweise von der Firma DELO Industrie Klebstoffe GmbH & Co. KG, Deutschland, angeboten.at a second group of electrically conductive polymers These are polymers that are themselves electrically conductive. Accordingly, then an addition of electrically conductive Additives, such as graphites or carbon blacks are not necessary as a guiding component. Such electrically conductive Polymers are used, for example, by the company DELO Industrie Klebstoffe GmbH & Co. KG, Germany, offered.

In Weiterbildung handelt es sich bei dem Gehäuse der erfindungsgemäßen galvanischen Elemente vorzugsweise um ein sogenanntes Foliengehäuse. Bei solchen Foliengehäusen sind die später miteinander verbundenen Gehäuseteile, vorzugsweise aus Folienmaterial gefertigt. Dieses Folienmaterial stellt dann die entsprechende Flexibilität des elektrisch leitfähigen Gehäuses insgesamt bereit. Um eine möglichst hohe Flexibilität zu erreichen, wird die Folienstärke so gering als möglich gewählt, insbesondere < 100 μm. Vorzugsweise beträgt die Folienstärke/Foliendicke des Foliengehäuses < 50 μm.In Further development is the case of the galvanic according to the invention Elements preferably a so-called foil housing. at such film housings they are together later connected housing parts, preferably made of film material. This foil material provides then the corresponding flexibility of the electrically conductive housing in total ready. To one as possible high flexibility to achieve the film thickness as low as possible selected in particular <100 μm. Preferably is the film thickness / film thickness of the film housing <50 μm.

Die notwendige elektrische Leitfähigkeit des Gehäuses, damit dieses gleichzeitig die Funktion des Kollektors/Stromableiters übernehmen kann, kann grundsätzlich auf unterschiedliche Weise erreicht werden. So können beispielsweise elektrisch leitfähige Kunststoffe, insbesondere als Folienmaterial, Verwendung finden. Bevorzugt sind jedoch Ausführungen, bei denen das Gehäuse aus mindestens einem Metall, vorzugsweise mindestens einer Metallfolie, gefertigt ist. Metalle und Metallfolien sind preisgünstig in großen Mengen verfügbar und besitzen eine hohe elektrische Leitfähigkeit. Bei solchen Ausführungen ist es wiederum bevorzugt, wenn es sich bei dem Metall um Kupfer oder eine Kupferlegierung, insbesondere um eine Kupfer-Magnesium-Legierung, handelt. In Übereinstimmung mit den obigen Ausführungen werden diese Metalle/Metallegierungen vorzugsweise als Folien zur Herstellung eines Foliengehäuses eingesetzt.The necessary electrical conductivity of the housing, so that this simultaneously take over the function of the collector / Stromableiters can, fundamentally be achieved in different ways. For example, electric conductive Plastics, especially as a film material, find use. However, preferred embodiments are where the case made of at least one metal, preferably at least one metal foil is. Metals and metal foils are inexpensive in large quantities available and have a high electrical conductivity. In such versions Again, it is preferable if the metal is copper or a copper alloy, in particular a copper-magnesium alloy is. In accordance with the above statements These metals / metal alloys are preferably used as films for Production of a film housing used.

Bei weiter bevorzugten Ausführungsformen des erfindungsgemäßen galvanischen Elements ist die Innenseite des Gehäuses, d. h. diejenige Seite, die bei Verbindung des Gehäuses mit der Kathode, der Kathode zugewandt ist, aufgerauht. Dadurch wird die Ausbildung einer festen Verbindung zwischen Kathode und Gehäuse unterstützt, beispielsweise durch eine verbesserte Haftung der elektrisch leitfähigen Substanz an der aufgerauhten Innenseite des Gehäuses.at further preferred embodiments of the galvanic according to the invention Elements is the inside of the case, d. H. the side that when connecting the housing roughened with the cathode facing the cathode. Thereby is the formation of a solid connection between the cathode and casing support for example, by improved adhesion of the electrically conductive substance on the roughened inside of the housing.

Die erfindungsgemäßen galvanischen Elemente sind insbesondere bei sogenannten Flachzellen einsetzbar, wie sie beispielsweise in den sogenannten Smartcards Verwendung finden. Dort darf das für die Energieversorgung zuständige galvanische Element auf keinen Fall höher sein als die Smartcard selbst. Dementsprechend ist bei bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung das vorhandene Gehäuse flach, d. h. höchstens wenige Millimeter hoch. Diese Höhe des Gehäuses beträgt dabei vorzugsweise < 1 mm, insbesondere < 500 μm.The galvanic according to the invention Elements can be used in particular in so-called flat cells, as used for example in the so-called smart cards Find. There may be for the power supply responsible galvanic element in no case be higher than the smartcard itself. Accordingly, in preferred embodiments of the invention the existing housing flat, d. H. at the most a few millimeters high. This height of the housing is preferably <1 mm, in particular <500 microns.

Bei den erfindungsgemäßen galvanischen Elementen beträgt die elektrische Kapazität des galvanischen Elements vorzugsweise < 100 mAh, insbesondere < 50 mAh.at the galvanic elements according to the invention is the electrical capacity the galvanic element is preferably <100 mAh, in particular <50 mAh.

Die Vorteile der erfindungsgemäßen galvanischen Elemente, die aus dem festen Verbund zwischen der Kathode und dem als Kollektor dienenden Gehäuse resultieren, lassen sich wie folgt zusammenfassen.The Advantages of the galvanic according to the invention Elements resulting from the solid bond between the cathode and the as a collector serving housing result can be summarized as follows.

Zum einen bewirkt die verbesserte mechanische Kontaktierung der Kathode auf dem elektrisch leitfähigen Gehäuse eine Verbesserung der elektrischen Anbindung. Daraus resultiert eine verbesserte Produktqualität, da weniger Ausschuß an Elementen produziert wird, bei denen der elektrische Kontakt zwischen Kathode und Gehäuse nicht ausreicht. Darüber hinaus wird die Lebensdauer der galvanischen Zelle erhöht, da die Anbindung der Kathode an das Gehäuse zuverlässiger und dauerhafter ist.To the one causes the improved mechanical contacting of the cathode on the electrically conductive casing an improvement of the electrical connection. This results an improved product quality, there less committee on Elements is produced in which the electrical contact between Cathode and housing not enough. About that In addition, the life of the galvanic cell is increased because the Connection of the cathode to the housing reliable and is more permanent.

Zum anderen ist die bleibende feste Verbindung zwischen Kathode und Gehäuse bei den erfindungsgemäßen galvanischen Elementen dafür verantwortlich, daß mit den erfindungsgemäßen Elementen versehene Smartcards bessere Wechsel-Biegeeigenschaften bei den sogenannten ISO-Biegetests aufweisen. Die Art und Weise, wie primäre Lithium-Flachzellen in solche Smartcards eingebracht sind und werden, ist dem Fachmann bekannt und beispielsweise aus der nicht vorveröffentlichten DE 103 04 824 der Anmelderin ersichtlich.On the other hand, the permanent fixed connection between the cathode and the housing in the galvanic elements according to the invention is responsible for the fact that the inventive Ele smart cards have better change-bending properties in the so-called ISO bending tests. The way in which primary lithium flat cells are and are incorporated in such smartcards is known to the person skilled in the art and is, for example, not previously published DE 103 04 824 the applicant can be seen.

Als weiterer Vorteil ist zu nennen, daß die Prozeßsicherheit im Fertigungsprozeß eines erfindungsgemäßen galvanischen Elements erhöht wird. Bei den bisherigen Produktionsbedingungen, bei denen die Kathode lediglich lose in oder auf das Gehäuse gelegt ist, kann sich die Kathode leicht in den Bereich verschieben, in dem später die entsprechenden Gehäuseteile miteinander verbunden (gesiegelt) werden. Dadurch konnten bisher Probleme bei diesem Versiegeln entstehen, beispielsweise durch das Auftreten von Undichtigkeiten.When Another advantage is to mention that the process safety in the manufacturing process of galvanic according to the invention Elements raised becomes. In the previous production conditions, where the cathode only loosely placed in or on the housing, the Easily move the cathode into the area where the later corresponding housing parts be joined together (sealed). This has been possible so far Problems in this sealing arise, for example, by the occurrence from leaks.

Schließlich sei noch als wichtiger Vorteil erwähnt, daß bei den erfindungsgemäßen galvanischen Elementen das Aluminium, insbesondere das Aluminium-Streckmetall, das bisher in der Kathode enthalten war, wegfallen kann. Durch das elektrisch leitfähige Verbindungsmittel wird ja ein direktes Anhaften der Kathode am elektrisch leitfähigen Gehäuse ermöglicht. Der Wegfall des Aluminium-Streckmetalls führt durch den reduzierten Materialaufwand natürlich zu einer Kostenreduzierung. Darüber hinaus wird jedoch auch ein Energiedichtegewinn erzielt, da bei gleicher Bauhöhe des Elements bzw. der Zelle durch das Einbringen von mehr Kathodenmaterial (in Form eines höheren Kathodenfilms) eine Kapazitätserhöhung erzielt werden kann. Wird bei Wegfall des Streckmetalls die Kathode trotzdem in ihrem Flächengewicht belassen, resuliert dann eine dünnere Zelle mit gleicher Nenn-Kapazität.Finally, be mentioned as an important advantage that at the galvanic according to the invention Elements the aluminum, in particular the aluminum expanded metal, which was previously contained in the cathode, can be omitted. By the electrically conductive Connecting means yes, a direct adhesion of the cathode to the electrical conductive casing allows. The elimination of the expanded aluminum metal leads through the reduced cost of materials Naturally to a cost reduction. About that In addition, however, an energy density gain is achieved because at same height of the element or cell by introducing more cathode material (in the form of a higher Cathode film) achieved an increase in capacity can be. If the expanded metal is removed, the cathode nevertheless becomes in their basis weight leave, then results in a thinner cell with the same rated capacity.

Die beschriebenen und weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus dem nachfolgenden Beispiel in Verbindung mit der Zeichnung und den Unteransprüchen. Dabei können die einzelnen Merkmale jeweils für sich allein oder in Kombination miteinander verwirklicht sein.The described and other advantages of the invention will become apparent the following example in conjunction with the drawing and the Dependent claims. It can the individual features for each be realized alone or in combination with each other.

In der Zeichnung zeigtIn the drawing shows

1 die schematische Darstellung eines mit einer elektrisch leitfähigen Substanz beschichteten Gehäuseteils. 1 the schematic representation of a coated with an electrically conductive substance housing part.

Im folgenden wird die Herstellung einer erfindungsgemäßen Lithium-Primärzelle erläutert. Dabei wird so vorgegangen, daß die das eine Gehäusehalbteil bildende Metallfolie, im vorliegenden Fall aus Kupfer, mit einer elektrisch leitfähigen Substanz, dem chemischen Haftvermittler, behandelt wird und das so vorbehandelte Gehäusehalbteil in den üblichen Herstellungsprozeß einer solchen primären Lithiumflachzelle eingegliedert wird.in the The following describes the preparation of a lithium primary cell according to the invention. It will so proceeded that the the one Gehäusehalbteil forming metal foil, in the present case of copper, with a electrically conductive Substance, the chemical coupling agent, is treated and so pretreated housing half in the usual manufacturing process of a such primary Lithium flat cell is incorporated.

Dementsprechend läßt sich der Herstellungsprozeß für ein solches erfindungsgemäßes galvanisches Element in Form einer primären Lithium-Flachzelle schematisch wie folgt zusammenfassen:

  • 1. Herstellung der Kathoden-Beschichtungsmasse (aktive Masse der Kathode)
  • 2. Herstellung des sogenannten Kathodenfilms
  • 3. Lamination des Kathodenfilms auf das erfindungsgemäß vollbehandelte Gehäusehalbteil (sogenannter Becher) aus Kupferfolie
  • 4. Aufbringen einer Lithium-Folie als aktives Anodenmaterial auf das andere Gehäusehalbteil (sogenannter Deckel) aus Kupfer-Folie
  • 5. Konfektionierung der primären Flachzelle, d. h. Herstellen der üblichen Bauteil-Reihenfolge Kathode, Separator, Anode
  • 6. Endsiegelung der Zelle durch Verbinden der beiden Gehäusehalbteile (Becher mit Deckel).
Accordingly, the manufacturing process for such a galvanic element in the form of a primary lithium flat cell according to the invention can be summarized schematically as follows:
  • 1. Preparation of the cathode coating composition (cathode active composition)
  • 2. Preparation of the so-called cathode film
  • 3. Lamination of the cathode film on the invention fully treated housing half part (so-called cup) made of copper foil
  • 4. Applying a lithium foil as an active anode material on the other housing half part (so-called cover) made of copper foil
  • 5. Assembly of the primary flat cell, ie producing the usual component sequence cathode, separator, anode
  • 6. End sealing of the cell by connecting the two housing halves (cup with lid).

Die konkrete Bereitstellung der Zelle erfolgt dabei dadurch, daß zunächst auf die rauhe Schicht einer Kupfer-Gehäusefolie (Dicke 35 μm, Firma Schlenk, Deutschland) mittels der sogenannten Air-Brush-Technologie eine wasserhaltige Suspension des Produkts EB-012 (Acheson, USA), eines mit Leitfähigkeitsadditiven versetzten Acrylats, aufgesprüht wird.The concrete provision of the cell takes place in that first on the rough layer of a copper housing film (thickness 35 μm, Schlenk, Germany) by means of the so-called air brush technology aqueous suspension of product EB-012 (Acheson, USA), one with conductivity additives staggered acrylate, sprayed on becomes.

Das genauere Vorgehen beim Aufsprühen dieses Haftvermittlers kann anhand von 1 noch näher erläutert werden. Dort ist schematisch das Gehäusehalbteil 1, d. h. die entsprechende rauhe Seite der Kupfer-Gehäusefolie schematisch dargestellt. Damit ein außen umlaufender Bereich 2 des Gehäusehalbteils 1 für die spätere Siegelung der Zelle zur Verfügung steht, wird dieser Bereich 2 durch eine (in 1 nicht dargestellte) Maske abgedeckt. Auf diese Weise wird erreicht, daß die Schicht der elektrisch leitfähigen Substanz (Haftvermittler) nur im inneren Bereich 3 des Gehäusehalbteils 1 ausgebildet wird. Die Beschichtung mit dem Haftvermittler resultiert also in einem Bereich 2 des Gehäusehalbteils 1 aus aufgerauhter Kupferfolie ohne Beschichtung und einem Bereich 3 des Gehäusehalbteils 1 aus aufgerauhter Kupferfolie mit Beschichtung. Im Bereich 3 wird dann später im Verfahren die Kathode (nicht dargestellt) abgelegt und auflaminiert.The more precise procedure for spraying this adhesion promoter can be based on 1 will be explained in more detail. There is schematically the Gehäusehalbteil 1 , That is, the corresponding rough side of the copper housing film shown schematically. So that an outside circumferential area 2 of the housing half 1 will be available for the subsequent sealing of the cell, this area 2 by a (in 1 not shown) covered mask. In this way it is achieved that the layer of electrically conductive substance (adhesion promoter) only in the inner region 3 of the housing half 1 is trained. The coating with the adhesion promoter thus results in one area 2 of the housing half 1 made of roughened copper foil without coating and one area 3 of the housing half 1 made of roughened copper foil with coating. In the area 3 Then, later in the process, the cathode (not shown) is deposited and laminated.

Nach der Beschichtung mit der elektrisch leitfähigen Substanz, d. h. dem Haftvermittler wird das Gehäusehalbteil (gemäß 1 Gehäusehalbteil 1) bei Raumtemperatur unter normalen Umgebungsbedingungen über einen Zeitraum von 12 Stunden getrocknet und dann in einem Trockenraum gelagert. Es resultiert eine dünne, gleichmäßige Schicht an Haft vermittler mit einer Dicke zwischen 1 und 3 μm. Die Schicht des Haftvermittlers besteht nach dem Trocknen im wesentlichen aus Acrylat, Leitruß und Leitgraphit.After coating with the electrically conductive substance, ie the adhesion promoter, the housing half part (in accordance with FIG 1 Housing half 1 ) were dried at room temperature under normal ambient conditions for a period of 12 hours and then stored in a dry room. This results in a thin, uniform layer Adhesive mediator with a thickness between 1 and 3 microns. After drying, the layer of the adhesion promoter consists essentially of acrylate, conductive black and conductive graphite.

Anschließend wird unter Inertgas (Argon) eine vorgefertigte Kathode (Abmessungen ca. 1,6 × 2,3 cm2; getränkt mit flüssigem Lithiumelektrolyt) in ein Kupferfoliengehäuse eingelegt, dessen aufgerauhte Kupferseite in der oben beschriebenen Weise mit dem Haftvermittler beschichtet ist. Dann wird diese Kathode bei einer Temperatur zwischen 120 °C und 130 °C mit einem sogenannten Handlaminator (Typ IL-12HR der Firma Ibico, USA) auf das gleichzeitig als Kollektor dienende Gehäusehalbteil auflaminiert. Auf diese Weise entsteht der erfindungsgemäße Verbund zwischen Kathode und Gehäuse. Der auf dem Gehäusehalbteil aufgebrachte Kathodenfilm läßt sich nicht mehr zerstörungsfrei vom Gehäusehalbteil abziehen.Subsequently, under inert gas (argon), a prefabricated cathode (dimensions about 1.6 × 2.3 cm 2 , impregnated with liquid lithium electrolyte) is placed in a copper foil housing whose roughened copper side is coated with the adhesion promoter in the manner described above. Then, this cathode is laminated at a temperature between 120 ° C and 130 ° C with a so-called hand laminator (type IL-12HR Ibico, USA) on the same time serving as a collector housing half. In this way, the composite of the invention between the cathode and the housing. The applied on the Gehäusehalbteil cathode film can no longer be destructively deducted from the Gehäusehalbteil.

Als Anode wird eine Lithiumfolie verwendet, die in das andere Gehäusehalbteil, hier ebenfalls aus einer Kupferfolie, den sogenannten Deckel, eingepreßt wird. Dieser Deckel ist an seiner Innenseite ebenfalls in üblicher Weise durch Kupferkristallite aufgerauht (der sogenannte RZ-Wert liegt typischerweise bei ca. 2 μm).As the anode, a lithium foil is used, which is pressed into the other housing half part, here also from a copper foil, the so-called lid. This cover is roughened on its inside also in the usual way by copper crystallites (the so-called R Z value is typically about 2 microns).

Dann wird die Zelle in üblicher Weise fertiggestellt, indem die beiden Gehäusehalbteile (Becher und Deckel) miteinander verbunden werden. Dies erfolgt dadurch, daß in den Bereichen von Becher und Deckel, in denen Kupfer auf Kupfer treffen würde, jeweils eine elektrisch isolierende Kunststoffsiegelfolie aufgebracht und dann die beiden Halbteile mit Hilfe einer Ultraschallversiegelung miteinander verbunden werden.Then the cell becomes more common Finished by the two housing halves (cup and lid) be connected to each other. This is done by the fact that in the Areas of cups and lids in which copper meets copper would, each applied an electrically insulating plastic sealing film and then the two halves with the help of an ultrasonic seal be connected to each other.

Ein derart hergestelltes galvanisches Element, insbesondere in Form der sogenannten primären Lithiumflachzelle, ist hervorragend für den Einbau in die sogenannten Smartcards (active smartcards) geeignet. Sie sind isokonform für diesen Einbau, da der sogenannte ISO-Biegetest nach DIN-ISO 7816-1 und nach der Prüfvorschrift nach DIN-ISO/IEC 10/373 erfüllt wird. In solchen aktiven Smartcards besitzen die ertindungsgemäßen galvanischen Elemente eine verbesserte mechanische Stabilität und damit eine längere Lebensdauer als die bisher bekannten Elemente.One thus produced galvanic element, in particular in shape the so-called primary Lithium flat cell, is excellent for installation in the so-called Smart cards (active smartcards). They are isokonform for this Installation, since the so-called ISO bending test according to DIN ISO 7816-1 and according to the test specification complies with DIN-ISO / IEC 10/373 becomes. In such active smart cards possess the according to the invention galvanic Elements improved mechanical stability and thus a longer life as the previously known elements.

Claims (12)

Galvanisches Element mit mindestens einer Lithium-interkalierenden Elektrode und einem weitgehend flexiblen, elektrisch leitfähigen Gehäuse, dadurch gekennzeichnet, daß eine Lithium-interkalierende Elektrode als Kathode ausgebildet und mit dem Gehäuse mit Hilfe mindestens eines elektrisch leitfähigen Verbindungsmittels fest verbunden ist.Galvanic element having at least one lithium-intercalating electrode and a substantially flexible, electrically conductive housing, characterized in that a lithium-intercalating electrode is formed as a cathode and fixedly connected to the housing by means of at least one electrically conductive connecting means. Galvanisches Element nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei dem Verbindungsmittel um eine elektrisch leitfähige Substanz, vorzugsweise um ein elektrisch leitfähiges Polymer, handelt.Galvanic element according to Claim 1, characterized that it in the connection means to an electrically conductive substance, preferably around an electrically conductive Polymer, act. Galvanisches Element nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Verbindungsmittel in Form einer Schicht zwischen der Kathode und dem Gehäuse vorliegt, wobei vorzugsweise die Kathode über diese Schicht vollflächig mit dem Gehäuse verbunden ist.Galvanic element according to Claim 2, characterized that this Connecting means in the form of a layer between the cathode and the housing is present, wherein preferably the cathode over this layer over the entire area with the housing connected is. Galvanisches Element nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der Schicht < 50 μm, vorzugsweise < 20 μm, insbesondere < 5 μm, beträgt.Galvanic element according to Claim 3, characterized that the Thickness of the layer is <50 .mu.m, preferably <20 .mu.m, in particular <5 .mu.m. Galvanisches Element nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei der elektrisch leitfähigen Substanz um ein Polymer mit mindestens einem elektrisch leitfähigen Zusatz handelt.Galvanic element according to one of claims 2 to 4, characterized in that it is in the electrically conductive Substance about a polymer with at least one electrically conductive additive is. Galvanisches Element nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei der Substanz um ein Polymer, das selbst elektrisch leitfähig ist, handelt.Galvanic element according to one of claims 2 to 4, characterized in that it is the substance is a polymer that is itself electrically conductive, is. Galvanisches Element nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei dem Gehäuse um ein Foliengehäuse handelt, wobei vorzugsweise die Folienstärke < 100 μm, insbesondere < 50 μm, beträgt.Galvanic element according to one of the preceding Claims, characterized in that it in the case around a foil housing is, wherein preferably the film thickness <100 microns, in particular <50 microns, is. Galvanisches Element nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse aus mindestens einem Metall gefertigt ist.Galvanic element according to one of the preceding Claims, characterized in that the casing made of at least one metal. Galvanisches Element nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei dem Metall um Kupfer oder eine Kupferlegierung, insbesondere um eine Kupfer-Magnesium-Legierung, handelt.Galvanic element according to Claim 8, characterized that it the metal is copper or a copper alloy, in particular a copper-magnesium alloy, acts. Galvanisches Element nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die der Kathode im verbundenen Zustand zugewandte Innenseite des Gehäuses aufgerauht ist.Galvanic element according to one of the preceding Claims, characterized in that the roughened the cathode in the connected state facing inside of the housing is. Galvanisches Element nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei dem Gehäuse um ein flaches Gehäuse handelt, wobei vorzugsweise die sogenannte Höhe des Gehäuses < 500 μm beträgt.Galvanic element according to one of the preceding Claims, characterized in that it in the case around a flat housing is, wherein preferably the so-called height of the housing is <500 microns. Galvanisches Element nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Kapazität des galvanischen Elements < 100 mAh, vorzugsweise < 50 mAh, beträgt.Galvanic element according to one of the preceding claims, characterized the electrical capacitance of the galvanic element is <100 mAh, preferably <50 mAh.
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