電池及制造電池的方法
【專(zhuān)利說(shuō)明】電池及制造電池的方法
[0001]相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用
本申請(qǐng)要求2013年3月I日提交的美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)序號(hào)61/771，207號(hào)的優(yōu)先權(quán)，其內(nèi)容經(jīng)此引用全文并入本文。
技術(shù)領(lǐng)域
[0002]本發(fā)明通常涉及電池和制造電池的方法。
【背景技術(shù)】
[0003]“紙電池”作為薄電電池是本領(lǐng)域中已知的，它采用主要由纖維素形成的基板。紙電池較薄、有柔韌性且是環(huán)境友好的，這使它們能夠集成到眾多產(chǎn)品當(dāng)中。紙電池的工作方式類(lèi)似于常規(guī)化學(xué)電池，但區(qū)別在于紙電池是非腐蝕性的且不需要笨重的殼體。紙電池的示例性用途包括射頻識(shí)別(RFID)設(shè)備、醫(yī)療診斷設(shè)備和藥物遞送透皮貼劑。
[0004]通過(guò)在纖維素基板上吸收電解質(zhì)來(lái)制造紙電池。該電解質(zhì)是吸濕性的，特別是當(dāng)紙電池用在高溫和/或高濕度應(yīng)用中時(shí)。任何水進(jìn)入纖維素基板都會(huì)導(dǎo)致電池性能的顯著降低。為了幫助保護(hù)電池防止水分侵入，并保持電池的柔韌性，將薄塑料膜如具有鋁涂層的聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯(PET)粘附到電池上作為外包裝層和抵抗水分的“阻隔”層。PET/鋁膜還用作基板，以使用導(dǎo)電性油墨在其上“印刷”電池電極。
[0005]紙電池目前在本領(lǐng)域中已知具有幾個(gè)缺點(diǎn)。鋁涂覆的PET膜阻隔層，其常常通過(guò)物理氣相沉積(PVD)來(lái)沉積，并不能提供足夠的水分阻隔，部分原因是由于允許水分從中穿過(guò)的“針眼”和劃痕缺陷。另外，鋁涂層具有電磁屏蔽效應(yīng)，這在許多期望電磁傳輸?shù)膽?yīng)用中是不利的，例如RFID器件。
[0006]因此，期望提供改進(jìn)的紙電池和制造紙電池的方法，該紙電池具有提高的耐濕性且沒(méi)有電磁屏蔽。此外，結(jié)合附圖和本發(fā)明主題的這一背景，本發(fā)明主題的其它所期望的特征和特性可以從隨后對(duì)本發(fā)明主題的詳細(xì)描述和所附權(quán)利要求中顯而易見(jiàn)地得出。
[0007]簡(jiǎn)要概述
在一個(gè)示例性實(shí)施方式中公開(kāi)了紙電池，它包括在其上吸收有電解質(zhì)材料的纖維素基板和設(shè)置在該纖維素基板的相對(duì)側(cè)上的第一和第二阻隔基板。第一和第二阻隔基板各自具有印刷在其上的電極。第一和第二阻隔基板中的至少一個(gè)包括第一和第二聚合物層。
[0008]在另一個(gè)示例性實(shí)施方式中公開(kāi)了制造紙電池的方法，包括在纖維素基板上吸收電解質(zhì)材料和在該纖維素基板的相對(duì)側(cè)上設(shè)置第一和第二阻隔基板的步驟。第一和第二阻隔基板各自具有印刷在其上的電極。第一和第二阻隔基板中的至少一個(gè)包括第一和第二聚合物層。
[0009]在又一示例性實(shí)施方式中公開(kāi)了紙電池，它包括在其上吸收有電解質(zhì)材料的纖維素基板，和設(shè)置在該纖維素基板的相對(duì)側(cè)上的第一和第二阻隔基板，所述電解質(zhì)材料包括氯化鋅。第一和第二阻隔基板各自具有印刷在其上的電極。第一阻隔基板的電極包括鋅，而第二阻隔基板的電極包括二氧化錳。第一和第二阻隔基板中的至少一個(gè)包括第一和第二聚合物層。第一聚合物層包括聚三氟氯乙烯，而第二聚合物層包括聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯。另外，第一和第二聚合物層層壓或者共擠出在一起。
[0010]提供此簡(jiǎn)要概述是為了以簡(jiǎn)要的形式介紹所選的構(gòu)思，在下文的具體描述中對(duì)它們作了進(jìn)一步的描述。此概述無(wú)意于確定所要求保護(hù)的主題的關(guān)鍵特征或必要特征，也無(wú)意于用來(lái)幫助確定要求保護(hù)的主題的范圍。
【附圖說(shuō)明】
[0011]下文將結(jié)合以下附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行說(shuō)明，其中相同的附圖標(biāo)記表示相同的元件，并且其中:
圖1圖解了本領(lǐng)域中目前已知的紙電池結(jié)構(gòu)的截面。
[0012]圖2圖解了根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施方式的紙電池結(jié)構(gòu)的截面。
[0013]具體描述
以下的具體描述本質(zhì)上僅僅是示例性的，且無(wú)意于限制本發(fā)明或限制本發(fā)明的應(yīng)用和用途。此外，無(wú)意于局限在前文的技術(shù)領(lǐng)域、【背景技術(shù)】、簡(jiǎn)要概述或下文的具體描述部分中提到的任何明示或暗示的理論。
[0014]本發(fā)明的實(shí)施方式廣泛涉及紙電池和制造紙電池的方法。圖1圖解了本領(lǐng)域中目前已知的紙電池結(jié)構(gòu)的截面。為了便于說(shuō)明，其中所示的若干層101-106顯示為彼此分開(kāi)的(不相鄰);但是可以理解，在實(shí)踐中所述層101-106彼此粘附以形成整體的和功能性的電池。
[0015]圖1所示的紙電池通常至少包括包含第一電化學(xué)層(例如陰極)的第一電極103，包含第二電化學(xué)層(例如陽(yáng)極)的第二電極105，和布置在纖維素基板104上的電解質(zhì)，它與電極相互作用產(chǎn)生電流。第一和第二電極(103，105)以及基板104上的電解質(zhì)通常全部包含在兩個(gè)或更多個(gè)阻隔基板102，106之間，所述阻隔基板提供了在其上“印刷”電極103，105的基板，還提供了電極與防止水分侵入電解質(zhì)的防潮層之間的電絕緣。
[0016]對(duì)于第一和第二電極103，105，所述電極在相應(yīng)的阻隔基板102，106上的沉積可以通過(guò)如下來(lái)實(shí)現(xiàn)，例如在一個(gè)或多個(gè)高速輪轉(zhuǎn)印刷機(jī)上借助輪轉(zhuǎn)絲網(wǎng)印刷站和/或柔性版印刷站來(lái)印刷導(dǎo)電性的和/或電化學(xué)的油墨和/或?qū)訅航饘俨?，如鋅箔。其他適合的方法包括借助平板絲網(wǎng)印刷機(jī)或單張平板印刷機(jī)進(jìn)行輪轉(zhuǎn)印刷。適合用作陰極103的材料包括二氧化錳(Μη02)。適合用作陽(yáng)極105的材料包括鋅?？梢杂米麝帢O或陽(yáng)極的其它配方在本領(lǐng)域中是已知的。
[0017]纖維素基板104可由源自木漿的纖維素纖維制備。纖維素纖維的例子包括但不限于源自木材如木漿的那些，以及源自棉花、源自稻草和禾草如水稻和細(xì)莖針草、源自藤條和蘆葦如蔗渣、源自竹子、源自具有韌皮纖維的秸桿如黃麻、亞麻、洋麻、大麻、亞麻和苧麻、以及源自葉纖維如馬尼拉麻和劍麻的非木質(zhì)纖維。也可以使用一種或多種纖維素纖維的混合物。該纖維素基板104浸泡在電解質(zhì)溶液中以在纖維素基板104上吸收電解質(zhì)溶液。溶液中的氯化鋅(ZnCl2)是示例性的電解質(zhì)，并且可使用的濃度范圍為例如約18重量％至45重量％。其它適合的電解質(zhì)配方，諸如例如氯化銨(NH4Cl)、氯化鋅(ZnCl2)與氯化銨(NH4Cl)的混合物、醋酸鋅(Zn (C2H2O2))、溴化鋅(ZnBr2)、氟化鋅(ZnF2)，酒石酸鋅(ZnC4H4O6)、高氯酸鋅Zn (ClO4) 2)、氫氧化鉀、氫氧化鈉或有機(jī)物也可使用。
[0018]在其上印刷電極103，105的阻隔基板102，106可由塑料膜如聚丙烯塑料膜或聚乙烯塑料膜形成。為了改善阻隔基板102，106的水分阻隔性能，所述阻隔基板102，106中的一個(gè)或多個(gè)可設(shè)置為金屬化膜。術(shù)語(yǔ)金屬化膜指具有涂覆在其上