專利名稱：一種可再充電電池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)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(shù)：
電源是助聽器中的一項關(guān)鍵因素，電池占據(jù)了現(xiàn)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(tǒng)的可再充電電池技術(shù)，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(shù)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(xiàn)代助聽器中，需要多種無線應(yīng)用。這不僅需要對電池?zé)o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(shù)字化運行的感應(yīng)天線，以及無線傳輸用于可 再充電電池的充電能量。到目前為止，已經(jīng)證實在助聽器中非常有限的空間內(nèi)實現(xiàn)這些功 能相當(dāng)困難。本發(fā)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(xiàn)另外的功能。 在可再充電電池領(lǐng)域的現(xiàn)有技術(shù)中，應(yīng)當(dāng)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(zhì)"，該文件中說明了用于 薄膜電池的固態(tài)無定形的電解質(zhì)合成物。 J. B. Bates的美國專利第5， 314， 765號(1994年5月24日)"用于鋰金屬陽極的 保護(hù)性鋰離子傳導(dǎo)陶瓷涂層及相關(guān)方法"，在該文件中公開了包括陰極、鋰金屬陽極的電池 結(jié)構(gòu)，以及放置在鋰陽極與陰極之間的電解質(zhì)利用疊層的鋰磷氧氮的薄膜層，從而涂覆鋰 陽極并因此分隔鋰陽極和電解質(zhì)。 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(yīng)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，其能夠用于滿足在較寬范圍內(nèi)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)"薄膜電池及其制造方法"，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制造方法。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(zhì)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)"制造
用于電化學(xué)電池的電解質(zhì)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制造方法。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)"用于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(yīng)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(tǒng)。
J. B. Bates和N. J. Dudney的美國專利第5， 567， 210號(1996年10月22日)"用于制造電化學(xué)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制造方法。 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(yīng)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，能夠用于滿足在較寬 范圍內(nèi)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 于電化學(xué)電池的電解質(zhì)"，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制造方法。 John B. Bates的美國專利申請第20010014423號"通過快速熱退火制造高織構(gòu)鋰 鈷氧化物薄膜"，該文件中說明了通過快速熱退火制造高織構(gòu)鋰鈷氧化物薄膜的系統(tǒng)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(gòu)鋰鈷氧化物薄膜。

發(fā)明內(nèi)容
利用本發(fā)明，通過巻曲、纏繞等能夠?qū)?biāo)準(zhǔn)尺寸的電池條塞入任何形狀和大小的 助聽器。 在本發(fā)明中使用的電池技術(shù)基于薄膜技術(shù)。電池由每電池(也有可能是電池組) 典型厚度在10-20微米范圍內(nèi)的活性(核心)層組成，其沉積在薄片或細(xì)絲上。在活性層 的頂部沉積厚度范圍在5-80微米的鈍化層。通過這樣的技術(shù)可以制造完全成套的電池，即 不需要進(jìn)一步封裝。由于薄膜電池的厚度小，可以實現(xiàn)驚人的柔性。電池既可以制造為例 如5毫米寬的條形，也可以制造在金屬細(xì)絲或覆蓋金屬的細(xì)絲上。該處理在無接頭帶或短 薄片或細(xì)絲上完成。 根據(jù)本發(fā)明，可再充電電池包括由第一電化學(xué)活性層和第二電化學(xué)活性層包圍的 可彎曲細(xì)長電子傳導(dǎo)芯，第一電化學(xué)活性層和第二電化學(xué)活性層由分隔層隔離，其中電子 傳導(dǎo)元件接觸第二電化學(xué)活性層的外表面，其中兩層電化學(xué)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(xì)長和柔軟如絲的電池，其很容易通過折疊或纏繞為所需的 形狀存放在任何方便的空間。由于細(xì)長的傳導(dǎo)芯還可以用作載體，因此不需要載體層，從而 能制造出體積效率更高的電池。由于能夠以多于一種的順序在每一層的頂部沉積上述層， 從而使能按本領(lǐng)域眾所周知的進(jìn)行電池堆疊。 在本發(fā)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(yīng)線 圈。 這樣的感應(yīng)線圈能夠同時用作充電的目的與發(fā)送和/或接收天線的通信目的。根 據(jù)本發(fā)明，使用生產(chǎn)電池活性部分的薄膜技術(shù)制造組合的感應(yīng)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(xì)絲結(jié)構(gòu)周圍產(chǎn)生可再充電電池的其他更 常用方法能用于提供可以纏繞的電池以形成感應(yīng)線圈。 優(yōu)選地，電化學(xué)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(dǎo)層。
根據(jù)本發(fā)明另一方面，提供具有包圍電子元件的外殼部分的助聽器，電子元件用于信號處理，如放大器，其中電池用于向信號處理元件傳送能量，電池包括在細(xì)長襯底表面上提供的分層結(jié)構(gòu)，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(dǎo)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(yīng)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(jié)構(gòu)細(xì)長、柔軟的電池，能夠折疊和/或纏繞電池材料以適應(yīng)外殼的內(nèi)部，其中電池可填滿現(xiàn)有元件之間的可用空間。尤其是當(dāng)助聽器是ITE式時，其中至少外殼的一部分是定制的，所以不能預(yù)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(biāo)準(zhǔn)的電池空間，從而導(dǎo)致助聽器比所需的大許多。使用薄膜處理獲得的結(jié)構(gòu)細(xì)長、柔軟的電池既可以在細(xì)絲結(jié)構(gòu)上實現(xiàn)，其中在細(xì)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(fā)明的實施例中，助聽器電池包括長細(xì)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于細(xì)絲狀的中心元件的縱軸以所需的角度巻曲/折疊，從而能夠折疊元件用于適應(yīng)非常不規(guī)則的空間容積。細(xì)絲狀的中心元件包括用作電池一極的導(dǎo)電元件。如果電池纏繞為線圈，則電池還可以用作感應(yīng)天線，能用于接收和/或輻射能量。因此電池可以發(fā)揮其他功能，如拾音線圈、無線發(fā)射天線或電池?zé)o線感應(yīng)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(xiàn)。 本發(fā)明進(jìn)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(hù)材料，其中電池的總直徑優(yōu)選小于100微米。


圖1是根據(jù)本發(fā)明的電池的原理圖； 圖2是纏繞和塞入助聽器的電池細(xì)絲； 圖3是助聽器中細(xì)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(yōu)選核心部分1包括一個或多個傳導(dǎo)材料細(xì)絲。在優(yōu)選實施例中，細(xì)絲由金屬材料制造。也可能使用涂覆金屬的細(xì)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(shè)細(xì)絲1用作陰極集電器。在包圍細(xì)絲的層中提供陰極材料2。在陰極頂部提供電解質(zhì)材料3。電解質(zhì)覆蓋陰極材料2的全部外半徑表面，在電解質(zhì)層的頂部提供陽極材料4。陽極集電器5是電池最后的活性部分，并提供在陽極材料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(xì)絲，還能夠是金屬涂層和細(xì)絲的組合。至少提供一層保護(hù)層6，以確保電池的各個部分不受環(huán)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(hù)層，從而最終的電池細(xì)絲變得更薄。 在真空或近似真空的處理中，涂覆陽極、電解質(zhì)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(zhì)層更薄，范圍在0.2-l微米。整個電池的總厚度為50微米。這使構(gòu)成電池的細(xì)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(yīng)放置在用戶耳道內(nèi)的定制助聽器中的不規(guī)則可用空間。 圖2中線圈7、8如上所述是纏繞的電池。當(dāng)線圈7、8處于變化的磁場中時，在線圈7、8的兩端之間將產(chǎn)生電壓差。用于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(yīng)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(dāng)電池充電時，通過陽極和陰極之間的電勢實現(xiàn)電池的功能。當(dāng)電池由其自身形成的線圈充電時，其處于變化的磁場中，在陽極和/或陰極集電器中產(chǎn)生的最終的交流電壓轉(zhuǎn)換為直流電勢，并表現(xiàn)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(dāng)放置在ITE式助聽器的外殼中時，其改進(jìn)了外殼中自由空間的利用。較大的線圈8，通過進(jìn)一步的變形，能夠深入外殼填塞并緊鄰接收器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(jìn)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(nèi)部。其優(yōu)化了外殼9中
自由空間的使用，并額外地為助聽器的電子元件提供了改進(jìn)的光和EMC保護(hù)。 根據(jù)本發(fā)明，在生產(chǎn)電池的方法中，細(xì)絲連續(xù)地傳送到真空室中，通過傳送細(xì)絲穿
過不同的處理區(qū)域涂覆電池的不同層。最后將細(xì)絲送出真空室進(jìn)行可能的最終的保護(hù)層處
理。以這種方式，能夠快速生產(chǎn)長條形的電池薄片或細(xì)絲。 在實施例中，化合物包括以下元素作為電解質(zhì)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(jù)本發(fā)明的電池充電電路。電池線圈20放置在交流感應(yīng)磁場中，其將在線圈20的兩端產(chǎn)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(qū)域)，并將在電池線圈20的一端建立正電壓。在電池的兩極安排兩個二極管D工和D2。 D工放置在正極，D2放置在負(fù)極。D2的輸出端連接到電容Q，電容連接到電池的負(fù)極，而不是線圈的負(fù)端。在前半個感應(yīng)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所示的后半個感應(yīng)周期期間，由于在連接到二極管D工和D2的電池兩極建立了負(fù)電勢，存儲在Q上的電荷流過D"在交流感應(yīng)的連續(xù)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(jìn)行充電。
權(quán)利要求
一種可再充電電池，包括位于細(xì)長襯底表面上的細(xì)長柔軟的分層結(jié)構(gòu)，該分層結(jié)構(gòu)具有陽極和陰極材料的電化學(xué)活性層、隔離陽極層與陰極層的離子傳導(dǎo)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(jù)權(quán)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(yīng)線圈(7 ;8)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的可再充電電池，其中所述電化學(xué)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(dǎo)層。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的可再充電電池，其中鋰離子傳導(dǎo)層是鋰磷氧氮化物陶瓷層。
5. 根據(jù)權(quán)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(fù)極和正極連接到整流器D"D^其中整流器D工的輸出端位于正極，并且整流器D2的輸入端位于負(fù)極。
6. 根據(jù)權(quán)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(fù)極。
7. 根據(jù)權(quán)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(zhì)形式的分隔層以及陰極層。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的可再充電電池，其中陽極層和陰極層具有范圍從10ym到15iim的厚度。
9. 根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的可再充電電池，其中電解質(zhì)層形式的分隔層的總厚度范圍為O. 2踐至lj liim。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的可再充電電池，其中電池的總厚度小于50ym。
11. 根據(jù)權(quán)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涂覆金屬的絲上制作所述電池。
12. 根據(jù)權(quán)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制作所述電池。
13. 包括根據(jù)權(quán)利要求1 12所述的可再充電電池的音頻裝置。
14. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的音頻裝置，其中訂制外殼(9)從而適應(yīng)個人的耳內(nèi)部或耳道。
15. 根據(jù)權(quán)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(yīng)所述外殼內(nèi)可利用的空間。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種可再充電電池，其包括位于細(xì)長襯底表面上的細(xì)長柔軟的分層結(jié)構(gòu)，該分層結(jié)構(gòu)具有陽極和陰極材料的電化學(xué)活性層、隔離陽極層與陰極層的離子傳導(dǎo)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(xì)長和柔軟如絲的電池，其很容易通過折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(yōu)先權(quán)日2005年1月20日
發(fā)明者亨寧·克納克·波爾森, 安諾斯·埃里克·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