可生物降解的电化学装置制造方法及图纸

提供了一种可生物降解的固体水性电解质组合物、包含该电解质组合物的电化学装置及其制备方法。电解质组合物可以包括共聚物的水凝胶和分散在水凝胶中的盐。共聚物可包括至少两个连接到聚合物中心嵌段的聚己内酯链。电化学装置可包括阳极、阴极和设置在阳极和阴极之间的电解质组合物。电解质组合物可包括交联的可生物降解的聚合物材料，该聚合物材料在被交联之前是可辐射固化的。之前是可辐射固化的。之前是可辐射固化的。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】可生物降解的电化学装置


[0001]本专利技术公开的实施方案或实施方式涉及可生物降解的电化学装置、其固体水性电解质及用于制造或合成其的方法。

技术介绍

[0002]由于对便携式和远程电源的需求不断增长，世界上生产的电池数量不断增加。特别地，许多新技术需要电池来为嵌入式电子器件供电。例如，嵌入式电子器件如便携式和可穿戴电子器件、物联网(IoT)装置、患者医疗保健监测、结构监测、环境监测、智能封装等，都依赖于电池供电。虽然常规电池可以部分再循环，但目前没有环境友好或可生物降解的市售可得的电池。因此，常规电池的制造和使用的增加导致环境中的有毒和有害废物(如果没有适当地处置或再循环)的相应增加。鉴于上述情况，需要开发可生物降解的电池；特别是对于在一次性电池被丢弃之前使用一次性电池有限时间的应用。
[0003]此外，为满足对柔性、低成本、中等或低性能电池的需求，已经开发了全印刷电池，其可作为单次使用的一次性电池市售获得。然而，这些全印刷电池中没有一种是可生物降解的。
[0004]普遍接受的是，生产可生物降解电池的最大挑战之一是可生物降解聚合物电解质的开发，其是全印刷电池的主要聚合物基组分。此外，这种可生物降解的聚合物电解质——其还可以使用现有印刷技术印刷——的开发是另一个挑战。
[0005]常规的可生物降解的聚合物电解质通常可以包括可生物降解的聚合物和导电盐的组合。为获得可生物降解的聚合物电解质，将可生物降解的聚合物和导电盐溶解在溶剂中，随后以相对慢的速率蒸发溶剂以产生固体聚合物电解质膜。由于可生物降解聚合物中离子的低迁移率，这些常规的可生物降解聚合物电解质通常在环境温度下具有低离子电导率(例如，在RT下小于约10
‑5S/cm)。然而，当聚合物电解质被加热到足以允许聚合物链移动的温度(即，操作温度)时，可以实现足够的电导率，从而允许离子更自由地移动通过聚合物电解质结构。还可以通过掺入抑制聚合物电解质的结晶度的添加剂来实现足够的电导率，从而降低其操作温度。因此，可以在室温下以足够的电导率操作的可生物降解的聚合物电解质是有限的。
[0006]除上述缺点以外，常规的可生物降解的聚合物电解质还由于在制造期间蒸发溶剂所需的时间而遭受冗长的制造过程。例如，通常需要在真空和/或温度辅助下蒸发数小时来蒸发溶剂以制备常规可生物降解的聚合物电解质，从而限制了常规可生物降解的聚合物电解质与高通量印刷工艺——其中必须在几分钟内将连续的层印刷在彼此的顶部——的相容性。
[0007]因此，需要可印刷的、可生物降解的电化学装置、其固体水性电解质及用于合成和制造其的方法。

技术实现思路

[0008]以下呈现了简化的
技术实现思路
，以便提供对本教导的一个或多个实施方案的一些方面的基本理解。该
技术实现思路
不是广泛的概述，也不旨在识别本教导的关键要素或重要要素，也不旨在描绘本公开的范围。相反，其主要目的仅仅是以简化形式呈现一个或多个概念，作为稍后呈现的具体实施方式的前奏。
[0009]本公开可提供电化学装置，其包括阳极、阴极和电解质组合物。电解质组合物可以设置在阳极和阴极之间。该电解质组合物可包括交联的可生物降解的聚合物材料，该聚合物材料在被交联之前可以是可辐射固化的。
[0010]在一些实施例中，提供了多个电化学装置。可以在平行工艺中同时将多个电化学装置以阵列方式印刷在网状物上。在一个实施例中，所述多个电化学装置可以独立地印刷或印刷为连接的元件。
[0011]在一些实施例中，提供了多个电化学装置。所述多个电化学装置的可生物降解的聚合物材料可以在约10毫秒(ms)至约100毫秒内辐射固化。
[0012]在一些实施例中，该可生物降解的聚合物材料在被交联之前可包含可辐射固化的官能团。可辐射固化的官能团可包括丙烯酸酯、乙烯基醚、烯丙基醚、烯烃、炔烃、硫醇或其组合中的一种或多种。
[0013]在一些实施例中，电解质组合物可衍生自可辐射固化的电解质前体组合物。可辐射固化的电解质前体组合物可包括至少一种光引发剂。
[0014]在一些实施例中，所述至少一种光引发剂可包括以下物质中的一种或多种：酰基次膦酸锂(LAP)、IRGACURE 2959、4
‑
[2
‑
(4
‑
吗啉代)苯甲酰基
‑2‑
二甲基氨基]‑
丁基苯磺酸钠(MBS)、单酰基氧化膦(MAPO)盐Na
‑
TPO和Li
‑
TPO、双酰基氧化膦盐Na
‑
BAPO、Li
‑
BAPO、噻吨酮衍生物、二苯甲酮衍生物、Irgacure 754、PEG修饰的BAPO或其组合。
[0015]在一些实施例中，交联的可生物降解的聚合物材料可具有约0.10MPa至约100MPa的杨氏模量。在一些实施例中，交联的可生物降解的聚合物材料可以具有约5kPa或更大的屈服强度。
[0016]在一些实施例中，电化学装置可包括一个或多个可生物降解的基底。所述一个或多个可生物降解的基底可在至约120℃是稳定的。所述一个或多个可生物降解的基底在暴露于约120℃后可以保持结构完整性，尺寸变化小于10％。所述一个或多个可生物降解的基底可包括以下物质中的一种或多种：聚乳酸(PLA)、聚乳酸
‑
共
‑
乙醇酸(PLGA)、丝纤蛋白、壳聚糖、聚己内酯(PCL)、聚羟基丁酸酯(PHB)、米纸、纤维素或其组合或复合物。
[0017]在一些实施例中，电解质组合物可以包括水凝胶。水凝胶可包括水和交联的可生物降解的聚合物材料。
[0018]在一些实施例中，该电解质组合物可以包括助溶剂。助溶剂可包括以下物质中的一种或多种：乙二醇、丙二醇、二乙二醇、二丙二醇或其组合。
[0019]在一些实施例中，阳极可包括以下物质中的一种或多种：Zn、Li、C、Mg、Mg合金、Zn合金或其组合。
[0020]在一些实施例中，阴极可以包括以下物质中的一种或多种：Fe、MnO2、C、Au、Mo、W、MoO3、Ag2O、Cu或其组合。
[0021]在一些实施例中，可辐射固化的电解质前体组合物可包括以下物质中的一种或多
种：ZnCl2、NH4Cl、NaCl、PBS、Na2SO4、ZnSO4、MnSO4、MgCl2、CaCl2、FeCl3、LiPF6、KOH、NaOH或其组合。在一些实施例中，可辐射固化的电解质前体组合物的浓度可为约3M至约10M。
[0022]本公开还可提供电化学装置，其包括阳极、阴极和设置在阳极和阴极之间的电解质组合物。阳极可包括第一可生物降解的粘合剂。阴极可包括第二可生物降解的粘合剂。电解质组合物可包括交联的可生物降解的聚合物材料，其在被交联之前是可辐射固化的。
[0023]在一些实施例中，阴极和/或阳极以堆叠几何形状设置。
[0024]在一些实施例中，阴极和/或阳极设置在横向X
‑
Y平面几何形状中。
[0025]在一些实施例本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种电化学装置，包括：阳极；阴极；和设置在阳极和阴极之间的电解质组合物，所述电解质组合物包括交联的可生物降解的聚合物材料，所述聚合物材料在被交联之前是可辐射固化的。2.根据权利要求1所述的多个电化学装置，其中在平行工艺中将所述多个电化学装置以阵列方式同时印刷在网状物上，任选地，其中将所述多个电化学装置独立地印刷或印刷为连接元件。3.根据权利要求1所述的多个电化学装置，其中可生物降解的聚合物材料可在约10毫秒(ms)至约100毫秒内辐射固化。4.根据权利要求1所述的电化学装置，其中可生物降解的聚合物材料在被交联之前包含可辐射固化的官能团，所述官能团包括丙烯酸酯、乙烯基醚、烯丙基醚、烯烃、炔烃、硫醇或其组合中的一种或多种。5.根据权利要求1所述的电化学装置，其中电解质组合物衍生自可辐射固化的电解质前体组合物，所述前体组合物包括至少一种光引发剂。6.根据权利要求5所述的电化学装置，其中所述至少一种光引发剂可包括以下物质中的一种或多种：酰基次膦酸锂(LAP)、IRGACURE 2959、4
‑
[2
‑
(4
‑
吗啉代)苯甲酰基
‑2‑
二甲基氨基]
‑
丁基苯磺酸钠(MBS)、单酰基氧化膦(MAPO)盐Na
‑
TPO和Li
‑
TPO、双酰基氧化膦盐Na
‑
BAPO、Li
‑
BAPO、噻吨酮衍生物、二苯甲酮衍生物、Irgacure 754、PEG修饰的BAPO或其组合。7.根据权利要求1所述的电化学装置，其中交联的可生物降解的聚合物材料具有约0.10MPa至约100MPa的杨氏模量，和约5kPa或更大的屈服强度。8.根据权利要求1所述的电化学装置，另外包括一个或多个可生物降解的基底。9.根据权利要求8所述的电化学装置，其中所述一个或多个可生物降解的基底在至约120℃是稳定的。10.根据权利要求8所述的电化学装置，其中所述一个或多个可生物降解的基底在暴露于约120℃后保持结构完整性，尺寸变化小于10％。11.根据权利要求8所述的电化学装置，其中所述一个或多个可生物降解的基底可包括以下物质中的一种或多种：聚乳酸(PLA)、聚乳酸
‑
共
‑
乙醇酸(PLGA)、丝纤蛋白、壳聚糖、聚己内酯(PCL)、聚羟基丁酸酯(PHB)、米纸、纤维素或其组合或复合物。12.根据权利要求1所述的电化学装置，其中电解质组合物包括水凝胶，其中水凝胶包括水和交联的可生物降解的聚合物材料。13.根据权利要求1所述的电化学装置，其中电解质组合物还包括助溶剂，所述助溶剂包括以下物质中的一种或多种：乙二醇、丙二醇、二乙二醇、二丙二醇或其组合。14.根据权利要求1所述的电化学装置，其中阳极包括以下物质中的一种或多种：Zn、Li、C、Mg、Mg合金、Zn合金或其组合。15.根据权利要求1所述的电化学装置，其中阴极包括以下物质中的一种或多种：Fe、MnO2、C、Au、Mo、W、MoO3、Ag2O、Cu或其组合。16.根据权利要求5所述的电化学装置，其中可辐射固化的电解质前体组合物包括以下物质中的一种或多种：ZnCl2、NH4Cl、NaCl、PBS、Na2SO4、ZnSO4、MnSO4、MgCl2、CaCl2、FeCl3、
LiPF6、KOH、NaOH或其组合。17.根据权利要求16所述的电化学装置，其中可辐射固化的电解质前体组合物的浓度为约3M至约10M。18.一种电化学装置，包括：阳极，其包括第一可生物降解的粘合剂；阴极，其包括第二可生物降解的粘合剂；和设置在阳极和阴极之间的电解质组合物，其中所述电解质组合物包括交联的可生物降解的聚合物材料，所述聚合物材料在被交联之前是可辐射固化的。19.根据权利要求18所述的电化学装置，其中阴极和/或阳极以堆叠几何形状设置。20.根据权利要求18所述的电化学装置，其中阴极和/或阳极设置在横向X
‑
Y平面几何形状中。21.根据权利要求18所述的电化学装置，其中阴极和/或阳极中的每一个包括可生物降解的粘合剂。22.根据权利要求21所述的电化学装置，其中可生物降解的粘合剂包括以下物质中的一种或多种：壳聚糖、聚乳酸
‑
共
‑
乙醇酸(PLGA)、乙酸丁酸纤维素(CAB)、聚羟基丁酸酯(PHB)或其组合。23.根据权利要求18所述的电化学装置，其中阴极和/或阳极中的每一个包括活性层和集流体层两者。24.根据权利要求18所述的电化学装置，其中阴极、阳极和电解质组合物是印刷的。25.根据权利要求24所述的电化学装置，其中电化学装置是柔性的。26.根据权利要求18所述的电化学装置，其中交联的可生物降解的聚合物材料在被交联之前可在约10毫秒(ms)至约100毫秒内辐射固化。27.一种制造电化学装置的方法，包括：提供可生物降解的基底；沉积电极组合物，任选地，热干燥电极组合物；沉积可生物降解的可辐射固化的电解质组合物；在任选地热干燥电极组合物之后辐射固化可生物降解的可辐射固化的电解质组合物...

【专利技术属性】
技术研发人员：N，
申请(专利权)人：加拿大国家研究委员会，
类型：发明
国别省市：