本发明专利技术涉及印刷电池，该印刷电池包括具有用以连接到外部电路的端子的阴极和阳极电极、其之间的隔离物、电解质。在电池中，已经在隔离物的一侧施加阳极电极材料并在隔离物的相对侧施加阴极电极材料。本发明专利技术主要特征在于阳极材料是干燥且疏水的，并包括基底、粘合剂、导电材料和阳极活性材料。制造本发明专利技术的印刷电池的方法主要特征在于通过提供基底、阳极活性材料、导电材料、溶剂和粘合剂来制备阳极材料。将所述溶剂、所述粘合剂、所述阳极活性材料和所述导电材料混合以形成阳极墨。在所述基底上施加所述阳极墨并随后在所述基底上进行干燥。响应于所述干燥，所述溶剂蒸发且所述阳极墨在所述基底上形成膜。在隔离物上施加制备的阳极材料。该方法继续在上面具有阳极材料的隔离物上印刷电解质溶液并在集电极材料与隔离物之间施加阴极材料。前述步骤中的阳极、电解质、阴极和集电极材料的施加后面是组合。对在前述步骤中制备的电池层施加覆盖材料。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及印刷电池以及用于制造此类电池的方法，该印刷电池包括具有用以连 接到外部电路的端子的阴极和阳极电极、其之间的隔离物(separator)和电解质。
技术介绍
电池的基本组件是具有用以连接到外部电路的端子(电连接)的电极、将保持电极 分离并防止其短路的隔离物、载送由在电极处发生的化学反应得到的带电离子的电解质和 将包含活性化学制品并将电极保持在适当位置的盖体。“湿”电池单元(cell)指的是原电池单元，其中，电解质采取液体形式并允许其在 电池单元壳体内自由地流动。“干”电池单元是使用固体或粉末状电解质的电池单元。如果 通过某种机制来使电解质固定不动，诸如通过使其形成凝胶或通过用诸如纸张的吸收剂物 质将其保持在适当位置，可以将具有液体电解质的电池单元分类为“干”的。现在所使用的最常见类型的电池是在例如诸如“手电筒”电池的相对大型电池中 和在用于手表或计算器的小型型式中使用的“干电池单元”电池。常常按照在电池的构造中使用的电解质的类型来将电池分类。存在三个常见分 类酸性、中度酸性和碱性。所有电池利用类似的过程来产生电力；然而，材料和构造的变化已产生不同类型 的电池。一种电池类型包括分层结构、即称为薄膜电池的那些。可以将薄膜电池直接施加到任何形状或尺寸的膜应用上，术语薄膜电池在本文中 被理解为“分层结构电池”，无论尺寸如何。可以通过印刷到纸、塑料或另一种薄箔上来制成 柔性薄电池，并且其也称为印刷电池。薄膜电池具有例如作为用于消费产品和用于微型尺寸应用的电源的广泛使用。薄 膜电池还适合于对智能卡和射频识别(RFID)标签供电。可以通过用电解质溶液润湿隔离纸并在(一个或多个)隔离纸上施加作为糊 (paste)的阳极材料和阴极材料来进行制造这样的薄电池的方法，阳极糊在一侧而阴极糊 在相对侧。可以用诸如通过涂敷或印刷的不同方法在隔离纸上施加阳极和阴极材料。涂敷 和印刷过程通常涉及向诸如纸卷、纤维、膜或其它纺织品的基底施加功能材料薄膜。对于术语糊，其在本文中仅仅意指颗粒的粘性水基分散体。然而，最外隔离层还将始终包含电解质，因为其从被润湿层吸收电解质，此外，还 可以将包含添加剂的电解质溶液与阳极活性材料和阴极活性材料混合以形成所谓的阳极 和阴极糊。薄电池的电极由阳极和阴极形成。阳极材料是包含阳极活性材料和通常的具有添 加剂的电解质溶液的糊或墨，并且阴极材料是包含阴极活性材料和通常的具有添加剂的电 解质溶液的糊或墨。糊是相当粘的，使得电解质不能流出。阳极活性材料常常是锌(Zn)，并 且阴极活性材料是二氧化锰(Mn02)。电解质溶液可以例如包含ZnCl2作为主要成分以及添加剂，诸如(一个或多个)粘合剂。电解质中的(一个或多个)添加剂包括(一个或多个)粘合 剂以便向电解质溶液提供其它性质，例如将电极材料颗粒粘合在一起以形成糊。粘合剂是 例如聚乙烯醇(PVA)。向阳极和阴极糊添加导电材料。导电材料可以是碳粉，诸如石墨粉、烟灰、炭黑、 碳纳米管、导电墨或其组合。电极(由包括导电材料的阳极和阴极糊组成)被连接到集电极 (collector)材料且整个产品被密封材料膜覆盖。密封材料可以是例如聚丙烯、聚乙烯、聚 酯或其它已知膜材料。集电极材料被形成为具有被连接到外部电路的端子。集电极材料可 以是导电碳墨、碳膜或其它材料，其在化学上是惰性的，但是具有足以供使用的导电性。以期望的尺寸来切割组合层以形成产品。已经对阳极材料的不同形式进行测试以促进薄电池的制造。提出了美国专利申请2006/0216586作为现有技术。其公开了薄电化学电池单元。 电池单元的阳极可以是锌条。然而，此解决方案存在的问题是锌条到集电极的连接是有问 题的，并且锌自动放电由于缺乏覆盖度而是高的。美国专利6，379，835涉及薄膜电池。阳极是亲水性的，是水基锌墨或有机溶剂中 的锌墨+遇水膨胀聚合物混合物，因此电池具有高自动放电速率。此外，由于阳极的低导电 性，需要阳极处的额外集电极。美国专利申请2006/0115717提出了柔性薄印刷电池。将组成阳极的导电含水锌 材料被直接印刷到非导电基底上，并被制成为充分地导电以消除对不同阳极电流集电极的 需要。用过度锌+2阳离子(来自醋酸锌)和聚合粘合剂(聚乙烯吡咯烷酮)来实现必要的导 电性以改善颗粒接触。然而，同样在这里，亲水性锌阳极在放电过程期间引起高锌自动放电 和不稳定导电性。在例如WO公开03/100893和US006045942中提出了其它现有技术解决方案。除自动放电问题之外，制造现有技术薄电池或将其集成到应用中是麻烦的，因为 要添加的端子中的一个必须放在电池的一侧，并且另一个放在电池的另一侧。由于端子位 于薄电池的两个相对侧，所以与应用的集成也是麻烦的。难以将消耗功率的器件的负和正 电极连接到薄电池，因为大部分器件仅在一侧具有电极。目前进行大量工作，以便通过解决某些与电池制造相关的公认问题并且以便减少 自动放电来制造不断改进的电池。传统制造方法中要克服的另一问题是当纸张被电解质浸渍时，其变得相当湿，并 且在施加糊之后，糊仍是湿的。这种情况影响层的表面性质，使得将难以执行进一步的制造 步骤，并使电池的总制造过程变得困难。在阳极和阴极糊中也存在电解质。如众所周知的，锌在包含电解质盐的湿式环境 下相当容易被氧化，并且自动放电是个问题。此外，由于糊的性质的快速的变化，尤其是阳 极糊的印刷或涂敷也是困难的。因此，本专利技术的目的是开发一种电池，其中，避免了上述问题。
技术实现思路
由随附权利要求来表征本专利技术，并且在子权利要求中提出了有利特征。本专利技术可以适合于替换的阳极活性组分，诸如镁、镉和铜，优选地与导电碳墨相组合。优选地，阳极活性材料是锌(Zn)，并且阴极活性材料是二氧化锰(Mn02)。电池电极之间的任何电极反应和离子转移需要水和电解质。锌在水或电解质环境中比在干燥环境中更容易被氧化，并且在现有技术的许多薄 且柔性的电池中，锌阳极因此由含水锌糊或亲水材料制成。然而，此类现有技术电池的缺点 是自动放电是快速的。作为自动放电的结果，电池的寿命变短且其容量变小。在本专利技术中，阳极是疏水且干燥的，这使得水或电解质难以直接渗透至锌阳极的 深层。本专利技术的干阳极中的疏水层如同壁一样用于保持电池的水分含量(moisture level) 稳定。电池中的适当水分含量对于良好性能而言当然是重要的，并且在本专利技术的电池 中，水可能在不同层的组合之后从阴极转移到阳极的表面。氧化反应在阳极活性金属、电解 质和水之间的阳极表面处发生。本专利技术涵盖电池的两个不同实施例。在第一实施例中，除(一个或多个)隔离物的 层、阴极材料和阴极侧集电极之外，仅存在碳和锌的阳极层。在第二实施例中，在阳极层上 存在附加碳层以便改善导电性。首先，在某些应用中，重要的是具有尽可能薄的层，并且在某些其它应用中，电池 的能量容量是重要的。对于层而言，尽可能如这个一样，优选一层型式。然而，当锌颗粒已 经由于电极反应而被消耗，则氧化锌(ZnO)由锌颗粒形成。这促使薄层电阻和内电阻略微 增加。增加的电阻水平将导致损害的性能。因此，在本第一实施例中，阳极中的锌浓度不能 非常高，以便尽可能好地保持电池性能。对于第二类应用而言，能量容量是重要的。对于这种应用而言，使用本专利技术的第二 实施例。在本文档来自技高网...
【技术保护点】
１． 一种丝网印刷电池，其特征在于该电池包括：—具有端子以将电池连接到外部电路的阴极和阳极电极，—在所述阴极和所述阳极电极之间的第一和第二隔离物，—所述第一和第二隔离物之间的电解质，—已经在第一隔离物的外侧施加阳极电极材料，以及—分别在第二隔离物的外侧的阴极电极材料，并且在于阳极电极材料是干燥且疏水的，并且其充当阳极集电极，所述阳极电极材料包括：纸基底，导电墨，阳极活性材料，以及在于所述导电墨和所述阳极活性材料已被选择为在将所述材料混合之后在干燥时在纸基底上形成疏水干阳极墨膜。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：X·张，
申请(专利权)人：恩福塞尔有限公司，
类型：发明
国别省市：FI
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