[go: up one dir, main page]

CN111916810B - 具有3d印刷基底的柔性薄膜印刷电池 - Google Patents

具有3d印刷基底的柔性薄膜印刷电池 Download PDF

Info

Publication number
CN111916810B
CN111916810B CN202010277953.8A CN202010277953A CN111916810B CN 111916810 B CN111916810 B CN 111916810B CN 202010277953 A CN202010277953 A CN 202010277953A CN 111916810 B CN111916810 B CN 111916810B
Authority
CN
China
Prior art keywords
substrate
printed
cathode
current collector
anode
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
CN202010277953.8A
Other languages
English (en)
Other versions
CN111916810A (zh
Inventor
N·乔普拉
G·麦圭尔
E·G·兹瓦茨
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Xerox Corp
Original Assignee
Xerox Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Xerox Corp filed Critical Xerox Corp
Publication of CN111916810A publication Critical patent/CN111916810A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN111916810B publication Critical patent/CN111916810B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/04—Processes of manufacture in general
    • H01M4/0402—Methods of deposition of the material
    • H01M4/0404—Methods of deposition of the material by coating on electrode collectors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/04—Construction or manufacture in general
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M6/00—Primary cells; Manufacture thereof
    • H01M6/40—Printed batteries, e.g. thin film batteries
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C64/00—Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
    • B29C64/10—Processes of additive manufacturing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y10/00—Processes of additive manufacturing
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/04—Construction or manufacture in general
    • H01M10/0436—Small-sized flat cells or batteries for portable equipment
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/04—Construction or manufacture in general
    • H01M10/0463—Cells or batteries with horizontal or inclined electrodes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/058—Construction or manufacture
    • H01M10/0585—Construction or manufacture of accumulators having only flat construction elements, i.e. flat positive electrodes, flat negative electrodes and flat separators
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/04—Processes of manufacture in general
    • H01M4/0402—Methods of deposition of the material
    • H01M4/0419—Methods of deposition of the material involving spraying
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/06—Electrodes for primary cells
    • H01M4/08—Processes of manufacture
    • H01M4/12—Processes of manufacture of consumable metal or alloy electrodes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/24—Electrodes for alkaline accumulators
    • H01M4/26—Processes of manufacture
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/38—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of elements or alloys
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/48—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides
    • H01M4/50—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides of manganese
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/64—Carriers or collectors
    • H01M4/66—Selection of materials
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/64—Carriers or collectors
    • H01M4/70—Carriers or collectors characterised by shape or form
    • H01M4/78—Shapes other than plane or cylindrical, e.g. helical
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/10—Primary casings; Jackets or wrappings
    • H01M50/102—Primary casings; Jackets or wrappings characterised by their shape or physical structure
    • H01M50/11—Primary casings; Jackets or wrappings characterised by their shape or physical structure having a chip structure, e.g. micro-sized batteries integrated on chips
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/40—Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
    • H01M50/409—Separators, membranes or diaphragms characterised by the material
    • H01M50/411—Organic material
    • H01M50/429—Natural polymers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/40—Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
    • H01M50/409—Separators, membranes or diaphragms characterised by the material
    • H01M50/411—Organic material
    • H01M50/429—Natural polymers
    • H01M50/4295—Natural cotton, cellulose or wood
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/40—Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
    • H01M50/409—Separators, membranes or diaphragms characterised by the material
    • H01M50/44—Fibrous material
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M6/00—Primary cells; Manufacture thereof
    • H01M6/04—Cells with aqueous electrolyte
    • H01M6/06—Dry cells, i.e. cells wherein the electrolyte is rendered non-fluid
    • H01M6/12—Dry cells, i.e. cells wherein the electrolyte is rendered non-fluid with flat electrodes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29L—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASS B29C, RELATING TO PARTICULAR ARTICLES
    • B29L2031/00—Other particular articles
    • B29L2031/34—Electrical apparatus, e.g. sparking plugs or parts thereof
    • B29L2031/3468—Batteries, accumulators or fuel cells
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2220/00—Batteries for particular applications
    • H01M2220/30—Batteries in portable systems, e.g. mobile phone, laptop
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2300/00—Electrolytes
    • H01M2300/0002—Aqueous electrolytes
    • H01M2300/0014—Alkaline electrolytes
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Wood Science & Technology (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Cell Electrode Carriers And Collectors (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)
  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
  • Primary Cells (AREA)
  • Cell Separators (AREA)

Abstract

本发明题为“具有3D印刷基底的柔性薄膜印刷电池”。本发明公开了一种用于印刷柔性印刷电池的方法。例如，该方法包括：经由三维(3D)印刷机印刷柔性薄膜印刷电池的第一基底，在第一基底上印刷第一电流收集器，在第一电流收集器上印刷第一层，经由3D印刷机印刷第二基底，在第二基底上印刷第二电流收集器，在第二电流收集器上印刷第二层，以及将第一基底和第二基底围绕由电解质润湿的与第一层和第二层接触的纸分离膜联接。

Description

具有3D印刷基底的柔性薄膜印刷电池
本公开整体涉及电池，并且更具体地涉及具有3D印刷基底的柔性薄膜印刷电池。
背景技术
便携式电子设备的尺寸、外形和形状因数的连续演进已导致新的电池设计和性能。人们将便携式电子设备用于各种不同的活动，从移动电话到向纺织品添加电子器件再到便携式计算设备等。随着技术的进步，设备的尺寸随着为这些电子设备供电的电池的尺寸而连续缩小。
发明内容
根据本文所示的方面，提供了一种用于印刷柔性印刷电池的方法、非暂态计算机可读介质和装置。实施方案的一个公开特征是一种方法，该方法包括经由三维(3D)印刷机印刷柔性薄膜印刷电池的第一基底，在第一基底上印刷第一电流收集器，在第一电流收集器上印刷第一层，经由3D印刷机印刷第二基底，在第二基底上印刷第二电流收集器，在第二电流收集器上印刷第二层，以及将第一基底和第二基底围绕由电解质润湿的与第一层和第二层接触的纸分离膜联接。
本发明实施方案的另一个公开的特征是柔性印刷电池。该柔性印刷电池包括三维(3D)印刷的第一基底、在第一基底上的第一电流收集器、在第一电流收集器上的第一层、3D印刷的第二基底、在第二基底上的第二电流收集器、在第二电流收集器上的第二层，以及用电解质润湿的纸分离膜，其中第一基底和第二基底围绕纸分离膜联接，使得该分离膜与第一层和第二层接触。
本发明实施方案的另一个公开的特征是存储多个指令的非暂态计算机可读介质，该指令在由处理器执行时使得处理器执行操作。该操作包括：印刷柔性印刷电池的第一基底，在第一基底上印刷第一电流收集器，在第一电流收集器上印刷第一层，印刷第二基底，在第二基底上印刷第二电流收集器，以及在第二电流收集器上印刷第二层，其中将第一基底和第二基底围绕由电解质润湿的与第一层和第二层接触的纸分离膜联接。
附图说明
通过结合附图考虑以下具体实施方式可以容易地理解本公开的教学内容，在附图中：
图1示出了具有本公开的三维(3D)印刷基底的示例性柔性印刷电池的横截面框图；
图2示出了具有本公开的3D印刷基底的柔性印刷电池的组件的工艺流程图；
图3示出了具有本公开的柔性印刷电池3D印刷的集成3D印刷基底的3D印刷对象的示例；
图4示出了用于印刷具有本公开的3D印刷基底的柔性印刷电池的示例性方法的流程图；
图5示出了用于印刷具有本公开的3D印刷柔性电池和基底的3D印刷对象的示例性方法的流程图；并且
图6示出了适用于执行本文所述功能的计算机的高级框图。
为了便于理解，在可能的情况下已经使用了相同的附图标号来指定附图共有的相同元件。
具体实施方式
本公开涉及一种用于印刷具有3D印刷基底的柔性印刷电池的方法。如上所述，便携式电子设备的尺寸、外形和形状因数的连续演进已导致新的电池设计和性能。电子设备设计的进一步进步已形成柔性电池供电的电子设备。
当前可用的柔性电池印刷在塑料基底上。然而，当将平坦的塑料基底施加到某些表面上时，柔性电池可能不能平滑地或良好地粘附到表面上。例如，印刷对象可具有弯曲或不规则表面。塑料基底上的现有柔性电池可在弯曲或不规则表面上具有气泡、皱纹、或一般不平滑地粘附。
此外，塑料基底可能需要使用粘合剂或密封剂来联接在一起以形成柔性电池。粘合剂可增加成本，可能渗漏到电池中，从而导致故障等。
本公开的实施方案提供了具有3D印刷基底的柔性印刷电池。换句话讲，可印刷整个电池，包括3D印刷的基底。因此，可将基底印刷以平滑地粘附到弯曲或不规则表面。例如，可将基底印刷成任何外形、形状、尺寸、维度、纹理等以匹配对象的表面。在一些示例中，可将基底印刷为被印刷的3D对象的整体部分。
此外，3D印刷基底可消除对粘合剂或密封剂的需要。相反，可经由热键合工艺来联接电池的每一半的基底。热键合可加热基底的边缘以密封电池。
图1示出了具有3D印刷基底100(在本文中也称为电池100)的示例性柔性印刷电池的横截面框图。在一些实施方案中，柔性印刷电池可以是薄膜电池。
在一个实施方案中，“柔性”可被定义为表示电池的外形可被修改而不断裂。例如，电池可能够弯曲、扭曲、折叠，滚动等。在一个实施方案中，电池可为柔性的，使得电池可能够弯曲、扭曲、折叠，滚动等，而不保持所操纵的外形。在一个实施方案中，电池可为柔性的，使得电池可能够弯曲、扭曲、折叠，滚动等，使得所操纵的外形得以保持。
应当指出的是，在图1中电池100和电池100的每个层未按比例绘制。例如，每个层可被绘制得较厚，使得可容易地看到每一层以便于解释。
在一个实施方案中，电池100可包括：阴极基底102、阴极电流收集器104、阴极层106、纸分离膜108、阳极层110，阳极电流收集器112和阳极基底114。在一个实施方案中，可经由3D印刷机制造阴极基底102和阳极基底114。与使用平坦的塑料基底的其它印刷或柔性电池不同，本公开与薄膜柔性电池的其余部分一起印刷阴极基底102和阳极基底114。
印刷阴极基底102和阳极基底114可允许电池100具有与3D印刷对象的外表面相匹配的任何外形、表面、轮廓、纹理等。因此，阴极基底102和阳极基底114可根据需要以数字方式形成用于电子设备的任何类型的3D印刷对象或外形。例如，3D印刷对象可具有弯曲或凸形外表面。使用平坦的塑料基底的先前的柔性电池设计可在平坦的塑料基底联接到3D印刷对象的弯曲外表面时产生气泡或皱纹。
相比之下，本公开提供了3D印刷的阴极基底102和阳极基底114，其可被印刷以匹配3D印刷对象的弯曲或凸形外表面的外形。如果3D印刷对象包括隆起、不规则外形、纹理化表面等，则可将阴极基底102和/或阳极基底114印刷成具有与隆起、不规则外形、纹理表面等相对应的完全匹配的表面。
在一个示例中，可将阴极基底102和/或阳极基底114印刷为3D印刷对象的一部分，如下文进一步详细讨论。换句话讲，可将阴极基底102和/或阳极基底114印刷为3D印刷对象的整体部分。换句话讲，可将阴极基底102和/或阳极基底114和3D印刷对象印刷为单体件。
此外，通过印刷阴极基底102和阳极基底114，可在不使用粘合剂或密封剂的情况下热键合基底。例如，可将热量施加到阴极基底102和阳极基底114的边缘，以在不使用任何粘合剂或密封剂的情况下熔融和密封电池100的边缘。
在一个实施方案中，阴极基底102和阳极基底114可使用与薄膜柔性电池相容的任何类型的材料印刷在3D印刷机中。例如，阴极基底102和阳极基底114可使用诸如Ninjaflex的材料进行印刷。Ninjaflex是一种非常柔性且坚韧的热塑性聚氨酯(TPU)，可从NinjaTek商购获得。也可使用来自一般类别热塑性弹性体(TPE)或TPU的其它柔性3D印刷聚合物。材料的示例可包括聚酯共聚酰胺热塑性弹性体(PCTPE)，软聚乳酸(PLA)(例如，已在特定化学物质中饱和以软化它的PLA)等。
在一个实施方案中，可将阴极电流收集器104印刷到阴极基底102上。可将阳极电流收集器112印刷到阳极基底114上。可使用银(Ag)来印刷阴极电流收集器104和阳极电流收集器112。
在一个实施方案中，可将阴极层106印刷到阴极电流收集器104上。可将阳极层110印刷到阳极电流收集器112上。在一个实施方案中，可使用氧化锰(MnO2)来印刷阴极层106，并且可使用锌(Zn)来印刷阳极层110。
在一个实施方案中，阴极电流收集器104、阴极层106、阳极层110和阳极电流收集器112可使用任何可用的印刷方法印刷。在一个实施方案中，阴极电流收集器104、阴极层106、阳极层110和阳极电流收集器112可被丝网印刷。在另一个实施方案中，当以能够进行3D印刷的形式提供金属时，可3D印刷阴极电流收集器104、阴极层106、阳极层110和阳极电流收集器112。
在一个实施方案中，阴极部分(例如，阴极基底102、阴极电流收集器104和阴极层106)可围绕纸分离膜108联接到阳极部分(例如，阳极基底114、阳极电流收集器112和阳极层110)。换句话讲，纸分离膜108可位于阴极层106和阳极层110之间。纸分离膜108可以是用电解质润湿的纸质材料。在一个实施方案中，电解质可为氯化铵(NH4Cl)。
图2示出了用于制造电池100的工艺流程200的示例。在一个实施方案中，在框202处，可印刷阴极基底102和阳极基底114。如上所述并且在下文中进一步详细讨论，可将阴极基底102和/或阳极基底114印刷为3D印刷对象的一部分。虽然阴极基底102和阳极基底114在图2中被示出为平坦的，但应当指出的是，阴极基底102和阳极基底114可被3D印刷成具有基本上类似于3D印刷对象的外表面的任何外形(例如，弯曲或凸形表面)，如上所述。
可将阴极基底102和阳极基底114印刷成具有基本上类似的外形。例如，如果将阴极基底102印刷为凸形曲面，则也可将阳极基底114印刷为与阴极基底102具有相等曲率量的凸形曲面。
在框204处，可将阴极电流收集器104印刷到阴极基底102上，并且可将阳极电流收集器112印刷到阳极基底114上。在一个实施方案中，可将阴极电流收集器104和阳极电流收集器分别印刷以包括可进行连接的插片部分150和152。在一个实施方案中，阴极电流收集器104和阳极电流收集器112可印刷有银。
在框206处，可将阴极层106印刷到阴极电流收集器104上，并且可将阳极层110印刷到阳极电流收集器112上。电流收集器104的插片150和阳极电流收集器112的插片152可为可见的。可使用MnO2来印刷阴极层106，并且可使用Zn来印刷阳极层110。
在框208处，可将纸分离膜108施加在阴极层106上。在一个实施方案中，可将纸分离膜108施加到阳极层110而不是阴极层106。纸分离膜108可用电解质润湿。在一个实施方案中，电解质可以是NH4Cl。
在框210处，阴极部分(例如，阴极基底102、阴极电流收集器104、阴极层106和纸分离膜108)可联接到阳极部分(例如，阳极基底114、阳极电流收集器112和阳极层110)。方框210示出了仍可见的阳极电流收集器112的插片部分152。阴极电流收集器104的插片部分150也可被暴露，但朝下(例如，当从上面观察时被隐藏，如框210所示)。
在一个实施方案中，阴极基底102可热键合到阳极基底114以密封电池100。例如，可进行将热量施加到阴极基底102和阳极基底114的边缘或周边的热键合工艺以密封电池100。值得注意的是，不需要粘合剂或密封剂来将阴极基底102键合到阳极基底114。
在框212处，导电材料116和118可用于分别覆盖阴极电流收集器104的插片部分150和阳极电流收集器112的插片部分152。导电材料116和118可为金属箔。在一个实施方案中，导电材料116和118可为铜箔。阴极电流收集器104的插片部分150的导电材料116可隐藏在框212中，但在框212中被示出为虚线。
图3示出了3D印刷对象302的一个示例。在一个示例中，3D印刷对象302可在添加剂印刷工艺中逐层印刷。例如，可使用任何类型的3D印刷方法，诸如熔融沉积建模(FDM)、选择性激光烧结(SLS)、选择性激光熔融(SLM)，粘结剂喷射等。
在一个实施方案中，可将阴极基底102印刷为3D对象302的整体部分。换句话讲，阴极基底102可为用于印刷3D对象302的3D印刷机的相同代码或指令的一部分。换句话讲，阴极基底102和3D印刷对象302可作为单个一体件印刷，该单个一体件由单个印刷工艺或馈送至3D印刷机的印刷指令形成或印刷。尽管阴极基底102被示出为印刷为3D对象302的整体部分，但应当指出的是，也可将阳极基底114印刷为3D对象302的整体部分而不是阴极基底102。
可将阳极基底114印刷成具有与阴极基底102类似的外形。电池100可通过印刷如上所述的电池100的层并将阳极基底114联接到阴极基底102来完成。如上所述，阳极基底114可使用热键合工艺在无粘合剂的情况下联接到阴极基底102。
虽然图3将3D印刷对象302示出为球体，但应当指出的是，3D印刷对象302可具有任何类型的外形、曲面、一系列凸形和凹形曲面、表面上的纹理，不规则外形等。可将阴极基底102和/或阳极基底114印刷成具有与3D印刷对象302的外表面基本上类似的外形，包括任何类型的外形、曲面、一系列凸形和凹形曲面、表面上的纹理，不规则外形等。
图4示出了印刷具有3D印刷基底的柔性印刷电池的示例性方法400的流程图。在一个实施方案中，方法400的一个或多个步骤或操作可由3D印刷机执行，经由其他印刷方法诸如丝网印刷或图6中所示和下文描述的计算机600来执行，该计算机可控制一个或多个不同设备的操作以执行印刷操作(例如，3D印刷机，丝网印刷装置等)。
在框402处，方法400开始。在框404处，方法400印刷柔性印刷电池的第一基底。在一个实施方案中，可使用适于或相容作为电池基底的任何类型的材料对第一基底进行3D印刷。可将第一基底印刷成具有基本上类似于印刷的3D对象的外表面的外形。3D对象可为电子设备的一部分，该电子设备可使用具有3D印刷基底的柔性薄膜印刷电池。第一基底的外形可为弯曲的、凸形的、凹形的、不规则的、纹理化的，一系列凹凸曲面或不规则外形等。
在框406处，方法400在第一基底上印刷第一电流收集器。第一电流收集器可印刷有插片部分以提供用于连接以完成到电池的电路的区域。
在框408处，方法400在第一电流收集器上印刷第一层。可将第一层印刷以基本上覆盖第一电流收集器。在一个实施方案中，可经由与第一基底不同的印刷方法印刷第一电流收集器和第一层。例如，可经由丝网印刷操作来印刷第一电流收集器和第一层。在另一个实施方案中，可使用相同的印刷方法(例如，3D印刷)印刷第一基底、第一电流收集器和第一层。
在一个实施方案中，第一基底、第一电流收集器和第一层可为阴极。当第一基底、第一电流收集器和第一层为阴极时，第一电流收集器可使用银印刷，并且第一层可使用MnO2印刷。
在一个实施方案中，第一基底、第一电流收集器和第一层可为阳极。当第一基底、第一电流收集器和第一层为阳极时，第一电流收集器可使用银印刷，并且第一层可使用Zn印刷。换句话讲，可首先印刷阴极或阳极。
在框410处，方法400印刷第二基底。可使用与印刷的第一基底相同的材料印刷第二基底。第二基底和第一基底可同时在3D印刷机中印刷。可将第二基底印刷成具有与第一基底基本上类似的外形。
在框412处，方法400在第二基底上印刷第二电流收集器。第二电流收集器可印刷有插片部分以提供用于连接以完成到电池的电路的区域。
在方框414处，方法400在第二电流收集器上印刷第二层。可将第二层印刷以基本上覆盖第二电流收集器。在一个实施方案中，可经由与第二基底不同的印刷方法印刷第二电流收集器和第二层。例如，可经由丝网印刷操作来印刷第二电流收集器和第二层。在另一个实施方案中，可使用相同的印刷方法(例如，3D印刷)印刷第二基底、第二电流收集器和第二层。
在一个实施方案中，如果第一基底、第一电流收集器和第一层为阴极，则第二基底、第二电流收集器和第二层可为阳极。在一个实施方案中，如果第一基底、第一电流收集器和第一层为阳极，则第二基底、第二电流收集器和第二层可为阴极。
在框416处，方法400将第一基底和第二基底围绕由电解质润湿的与第一层和第二层接触的纸分离膜联接。例如，纸分离膜可定位在第一基底和第二基底之间并且与第一层和第二层接触。纸分离膜可用诸如NH4Cl的电解质润湿。然而，应当指出的是，可使用可用于电池的任何电解质。
在一个实施方案中，第一基底和第二基底可在不使用粘合剂或密封剂的情况下联接在一起。例如，可经由热键合工艺来联接第一基底和第二基底。可围绕第一基底和第二基底的边缘施加热量，以将基底材料热键合在一起，并且围绕第一基底和第二基底的周边或边缘形成密封。
在一个实施方案中，导电层或材料可用于覆盖仍可暴露的第一电流收集器和第二电流收集器的插片部分。导电层可为任何类型的金属材料，诸如铜箔。在框418处，方法400结束。
图5示出了用于印刷具有3D印刷柔性电池和基底的3D印刷对象的示例性方法500的流程图。在一个实施方案中，方法500的一个或多个步骤或操作可由3D印刷机执行，经由其他印刷方法诸如丝网印刷或图6中所示和下文描述的计算机600来执行，该计算机可控制一个或多个不同设备的操作以执行印刷操作(例如，3D印刷机、丝网印刷装置等)。
在框502处，方法500开始。在框504处，方法500印刷对象。例如，该对象可为使用柔性薄膜电池的电子设备的一部分。对象可具有弯曲外表面或一些其它不规则外形。
在框506处，方法500将柔性印刷电池的第一基底印刷在对象的外表面上。可使用与用于印刷对象的材料相同的材料来印刷第一基底。可将第一基底印刷为对象的整体部分。换句话讲，可将第一基底和对象印刷为单个一体件。换句话讲，可将对象和第一基底作为单个3D印刷工艺的一部分或由3D印刷机执行的3D印刷指令来印刷。可将第一基底印刷成具有与对象外表面的外形相匹配的外形。因此，柔性印刷电池的第一基底和后续层可具有对对象更光滑和更好的粘附性。
在框508处，方法500在第一基底上印刷第一电流收集器。第一电流收集器可印刷有插片部分以提供用于连接以完成到电池的电路的区域。
在框510处，方法500在第一电流收集器上印刷第一层。可将第一层印刷以基本上覆盖第一电流收集器。在一个实施方案中，可经由与第一基底不同的印刷方法印刷第一电流收集器和第一层。例如，可经由丝网印刷操作来印刷第一电流收集器和第一层。在另一个实施方案中，可使用相同的印刷方法(例如，3D印刷)印刷第一基底、第一电流收集器和第一层。
在一个实施方案中，第一基底、第一电流收集器和第一层可为阴极。当第一基底、第一电流收集器和第一层为阴极时，第一电流收集器可使用银印刷，并且第一层可使用MnO2印刷。
在一个实施方案中，第一基底、第一电流收集器和第一层可为阳极。当第一基底、第一电流收集器和第一层为阳极时，第一电流收集器可使用银印刷，并且第一层可使用Zn印刷。换句话讲，可首先印刷阴极或阳极。
在框512处，方法500印刷第二基底。可使用与印刷的第一基底相同的材料印刷第二基底。可将第二基底印刷成具有与第一基底基本上类似的外形。
在框514处，方法500在第二基底上印刷第二电流收集器。第二电流收集器可印刷有插片部分以提供用于连接以完成到电池的电路的区域。
在框516处，方法500在第二电流收集器上印刷第二层。可将第二层印刷以基本上覆盖第二电流收集器。在一个实施方案中，可经由与第二基底不同的印刷方法印刷第二电流收集器和第二层。例如，可经由丝网印刷操作来印刷第二电流收集器和第二层。在另一个实施方案中，可使用相同的印刷方法(例如，3D印刷)印刷第二基底、第二电流收集器和第二层。
在一个实施方案中，如果第一基底、第一电流收集器和第一层为阴极，则第二基底、第二电流收集器和第二层可为阳极。在一个实施方案中，如果第一基底、第一电流收集器和第一层为阳极，则第二基底、第二电流收集器和第二层可为阴极。
在框518处，方法500经由热键合工艺将第二基底联接到第一基底以封装由电解质润湿的与第一层和第二层接触的纸分离膜。例如，纸分离膜可定位在第一基底和第二基底之间并且与第一层和第二层接触。纸分离膜可用诸如NH4Cl的电解质润湿。然而，应当指出的是，可使用可用于电池的任何电解质。
在一个实施方案中，第一基底和第二基底可在不使用粘合剂或密封剂的情况下联接在一起。例如，可经由热键合工艺来联接第一基底和第二基底。可围绕第一基底和第二基底的边缘施加热量，以将基底材料热键合在一起，并且围绕第一基底和第二基底的周边或边缘形成密封。
在一个实施方案中，导电层或材料可用于覆盖仍可暴露的第一电流收集器和第二电流收集器的插片部分。导电层可为任何类型的金属材料，诸如铜箔。在框520处，方法500结束。
应当指出的是，图4和图5中表述确定操作或涉及决策的框不一定要求实践确定操作的两个分支。换句话讲，确定操作的分支中的一个可被视为可选步骤。此外，在不脱离本公开的示例性实施方案的情况下，上述方法400和500的一个或多个步骤、框、功能或操作可以包括可选步骤，或者可以与上述方法不同的顺序组合、分离和/或执行。
图6示出了专用于执行本文所述功能的计算机的高级框图。如图6中所示，计算机600包括一个或多个硬件处理器元件602(例如，中央处理单元(CPU)、微处理器或多核处理器)，存储器604，例如，随机存取存储器(RAM)和/或只读存储器(ROM)、用于印刷柔性薄膜印刷电池的模块605，和各种输入/输出设备606(例如，存储设备，包括但不限于，带驱动器、软盘驱动器、硬盘驱动器或致密盘驱动器、接收器、发射器、扬声器、显示器、语音合成器、输出端口、输入端口和用户输入设备(诸如键盘、小键盘、鼠标、麦克风等))。尽管仅示出了一个处理器元件，但应当指出的是，计算机可采用多个处理器元件。此外，尽管附图中仅示出了一台计算机，但如果针对特定示例性示例以分布式或并行方式实施上述方法，即上述方法的步骤或整个方法在多个或并行计算机上实现，则该附图的计算机旨在表示这些多台计算机中的一台。此外，一个或多个硬件处理器可用于支持虚拟化或共享计算环境。虚拟化计算环境可支持表示计算机、服务器或其他计算设备的一个或多个虚拟机。在此类虚拟化虚拟机中，硬件组件诸如硬件处理器和计算机可读存储设备可被虚拟化或逻辑表示。
应当指出的是，本公开可在软件和/或软件和硬件的组合中实现，例如，使用专用集成电路(ASIC)、可编程逻辑阵列(PLA)、包括现场可编程门阵列(FPGA)、或部署在硬件设备上的状态机，计算机或任何其他硬件等同物，例如，有关上述方法的计算机只读指令可用于配置硬件处理器以执行上述公开方法的步骤、功能和/或操作。在一个实施方案中，用于印刷柔性薄膜印刷电池的本模块或过程605的指令和数据(例如，包括计算机可执行指令的软件程序)可被加载到存储器604中并由硬件处理器元件602执行，以实现上文结合示例性方法400和500讨论的步骤、功能或操作。此外，当硬件处理器执行用于执行“操作”的指令时，这可包括直接执行操作和/或促进、引导或与另一硬件设备或组件(例如，协处理器等)进行协作以执行操作的硬件处理器。
执行与上述方法相关的计算机可读指令或软件指令的处理器可被感知为编程处理器或专用处理器。因此，本公开的用于印刷柔性薄膜印刷电池(包括相关数据结构)的本模块605可存储在有形或物理(广义上非暂态)计算机可读存储设备或介质上，例如，易失性存储器、非易失性存储器、ROM存储器、RAM存储器、磁性或光盘驱动器、设备或软盘等。更具体地，计算机可读存储设备可包括任何物理设备，这些物理设备提供存储诸如数据和/或指令的信息的能力以被处理器或计算设备诸如计算机或应用服务器访问。
应当理解的是，以上公开的和其他的特征和功能的变型或其另选方案可以被组合到许多其他不同的系统或应用中。本领域的技术人员随后可以做出各种目前未预见或未预料到的替换、修改、变化或改进，这些也旨在被所附权利要求书所涵盖。

Claims (10)

1.一种用于印刷柔性薄膜印刷电池的方法，包括：
经由三维(3D)印刷机印刷所述柔性薄膜印刷电池的阴极基底；
在所述阴极基底上印刷阴极电流收集器；
在所述阴极电流收集器上印刷阴极层；
经由所述3D印刷机印刷阳极基底；
在所述阳极基底上印刷阳极电流收集器；
在所述阳极电流收集器上印刷阳极层；以及
将所述阴极基底和所述阳极基底围绕由电解质润湿的与所述阴极层和所述阳极层接触的纸分离膜联接。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述阴极基底或所述阳极基底中的至少一者被印刷以适形于被印刷对象的表面的外形。
3.根据权利要求2所述的方法，其中将所述阴极基底或所述阳极基底印刷为被印刷对象的整体部分。
4.根据权利要求2所述的方法，其中所述表面的所述外形为弯曲的。
5.根据权利要求4所述的方法，其中所述表面的所述外形为凸形的。
6.根据权利要求1所述的方法，其中所述将所述阴极基底和所述阳极基底围绕所述纸分离膜的联接还包括：
加热所述边缘以将所述纸分离膜密封在所述阴极层和所述阳极层之间。
7.根据权利要求1所述的方法，还包括：
将铜带附接到所述阴极电流收集器的端部和所述阳极电流收集器的端部。
8.根据权利要求1所述的方法，其中所述阴极层包含氧化锰，并且所述阳极层包含锌。
9.根据权利要求1所述的方法，其中所述电解质包括氯化铵。
10.根据权利要求1所述的方法，其中经由热键合工艺执行所述联接，以封装所述纸分离膜。
CN202010277953.8A 2019-05-10 2020-04-10 具有3d印刷基底的柔性薄膜印刷电池 Expired - Fee Related CN111916810B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US16/409498 2019-05-10
US16/409,498 US11101468B2 (en) 2019-05-10 2019-05-10 Flexible thin-film printed batteries with 3D printed substrates

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN111916810A CN111916810A (zh) 2020-11-10
CN111916810B true CN111916810B (zh) 2022-09-02

Family

ID=70617045

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202010277953.8A Expired - Fee Related CN111916810B (zh) 2019-05-10 2020-04-10 具有3d印刷基底的柔性薄膜印刷电池

Country Status (6)

Country Link
US (2) US11101468B2 (zh)
EP (1) EP3736881A1 (zh)
JP (1) JP7391757B2 (zh)
KR (1) KR102613170B1 (zh)
CN (1) CN111916810B (zh)
CA (1) CA3080326A1 (zh)

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US12021197B2 (en) 2020-11-19 2024-06-25 University-Industry Cooperation Group Of Kyung Hee University Electrode for ion battery, manufacturing method thereof, and battery comprising the same
EP4089806A1 (en) * 2021-05-10 2022-11-16 Renata AG A method for producing a current collector for a thin battery
CN114094036A (zh) * 2021-09-26 2022-02-25 上海工程技术大学 一种电池电极的结构及其制备方法
CN115073202B (zh) * 2022-06-06 2023-04-28 浙江大学 一种基于粘结剂喷射的梯度孔结构陶瓷膜及其制备方法和应用
US20230395913A1 (en) * 2022-06-07 2023-12-07 Xerox Corporation Filament sealing layer for biodegradable electrochemical device and methods thereof
CN115036518B (zh) * 2022-06-29 2023-11-03 河北工业大学 一种微型全固态锌空气电池及其制备方法
US20240120508A1 (en) * 2022-10-06 2024-04-11 Baker Hughes Oilfield Operations Llc Solid oxide fuel cells, systems including such solid oxide fuel cells, and related methods of making

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108615909A (zh) * 2018-04-23 2018-10-02 山东理工大学 3d打印制备无连接体电解质支撑固体氧化物燃料电池堆的方法

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6838209B2 (en) 2001-09-21 2005-01-04 Eveready Battery Company, Inc. Flexible thin battery and method of manufacturing same
SE0402471D0 (sv) * 2004-10-12 2004-10-12 Anders Lundblad Electrochemical device
US20120276434A1 (en) 2011-04-27 2012-11-01 Palo Alto Research Center Incorporated Highly flexible printed alkaline batteries based on mesh embedded electrodes
US20140248524A1 (en) * 2013-03-01 2014-09-04 Honeywell International Inc. Batteries and methods of manufacturing batteries
GB2519747A (en) * 2013-10-23 2015-05-06 Nokia Corp An apparatus and method for protecting a component
EP3275027B1 (en) * 2015-03-25 2020-09-09 Johnson IP Holding, LLC Reinforced battery package with sealed anode chamber
GB201711147D0 (en) 2017-07-11 2017-08-23 Univ College Cork - Nat Univ Of Ireland 3D Printed Battery and method of making same
CN107696471B (zh) 2017-10-10 2020-01-14 东莞华南设计创新院 一种柔性电池的3d打印方法

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108615909A (zh) * 2018-04-23 2018-10-02 山东理工大学 3d打印制备无连接体电解质支撑固体氧化物燃料电池堆的方法

Also Published As

Publication number Publication date
EP3736881A1 (en) 2020-11-11
JP2020185787A (ja) 2020-11-19
US20210202958A1 (en) 2021-07-01
US20200358109A1 (en) 2020-11-12
KR20200130650A (ko) 2020-11-19
JP7391757B2 (ja) 2023-12-05
CN111916810A (zh) 2020-11-10
CA3080326A1 (en) 2020-11-10
KR102613170B1 (ko) 2023-12-15
US11101468B2 (en) 2021-08-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN111916810B (zh) 具有3d印刷基底的柔性薄膜印刷电池
AU2017201925A1 (en) Flexible device and operating methods thereof
CN108183980A (zh) 具有弯曲显示器的电子设备及其控制方法
TWI522866B (zh) 觸控螢幕用顯示構件及其製造方法
CN102346868A (zh) Rfid未层压卡、rfid标签及它们的制造方法
CN212322555U (zh) 一种显示组件及显示装置
US20160179238A1 (en) Window panel and window panel integrated type touch screen panel
WO2019015648A1 (zh) 柔性电路板及其制作方法、移动终端
CN108447890B (zh) 柔性基板及其柔性显示面板、柔性显示装置以及使用柔性显示装置的方法
US10500814B2 (en) Thermoplastic composite materials for portable information handling system enclosures
CN108304097B (zh) 曲面触控模组结构及其贴合方法
US20210074959A1 (en) Flexible device methods and apparatus
JP3203763U (ja) 極板とそれを含む電池
CN206532273U (zh) 触摸传感器以及电子设备
CN112889067B (zh) 电容指纹识别装置、制备方法和电子设备
CN109101137B (zh) 异形触控屏及其制作方法
CN112441726B (zh) 制造具有装饰板的弯曲玻璃的方法
CN107316565A (zh) 一种柔性显示装置及电子设备
JP4517777B2 (ja) 保護シート付きタッチパネル
JP6138985B2 (ja) フレキシブル電池用電極粘着方法
JP2025012884A (ja) データ生成装置、データ生成装置を有する包装用蓋製造システム及び包装用蓋製造方法
JP6414644B2 (ja) 振動装置および触覚提示装置
JP2010140392A (ja) Ｉｃカードの製造方法
CN102609749B (zh) 包含有柔性内镶件的柔性卡片及其制造方法
CN115019655A (zh) 显示面板及其制备方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20220902