CN107534183A - 薄电池及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

教导了在表面上制备薄电池。在表面上设置第一电极层和第二电极层。在第一电极层和第二电极层上印刷电解质层。电解质层具有大的机械强度，使得可以在电解质层的顶部上进行进一步印刷。可光聚合的保护层被印刷在电解质层上以及电解质层的周边周围，其中可光聚合的保护层在暴露于合适的辐射下时凝固。所述电解质层包括至少一种第一官能团，并且所述可光聚合的保护层包括至少一种第二官能团，使得在暴露于合适的辐射下时，所述至少一种第一官能团中的一些与所述至少一种第二官能团中的至少一些形成化学键。

Description

薄电池及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种具有设置在表面上的多个层的薄电池，其中通过使用功能性油墨的印刷方法来制造这些层。
背景技术
随着对智慧包装和智能包装的需求增加，对薄电池的需求也正在增加。如本公开中所使用的那样，术语“薄电池”是指下述电池，其包括多个层，所述多个层除了衬底或表面厚度之外的总体最大厚度为1mm。已知印刷机数百年来用于印刷彩色油墨，并可在世界各地使用。通过用所谓的功能性油墨代替彩色油墨，也可以使用相同的现有印刷机来印刷电子装置，例如电池。如本公开中使用的术语“印刷(print)”、“可印刷性(printability)”、“印刷(printing)”、“可印刷的(printable)”和“印刷的(printed)”是指使用功能性油墨的制备方法。更具体地，这些制备方法包括但不限于丝网印刷、模版印刷、柔性版印刷、凹版印刷、胶印和喷墨印刷。这些印刷方法可以是卷对卷的或单张供给的或手动的。如在本公开中使用的术语“油墨”是指液体或半固体或糊状形式的材料。应当理解的是，在表面上印刷油墨之后，可能需要干燥或固化过程将油墨转化为固体或凝胶形式。通常情况下，热和/或辐射用于干燥或固化过程。干燥或固化过程也可以是自激活的。
如本公开中使用的薄电池是指一次电池或二次电池。本领域内已知的薄电池可以主要分为两类，如图1和图2中所示。图1示出诸如从US 8029927已知的电池单元100的典型的共面结构的横截面视图。图2示出诸如从US 20060234121、US 8574742和US 6379835中已知的电池单元200的典型的垂直结构的横截面视图。在图1中，电池单元100包括通常为机械柔性的底部基板101。在底部基板101之上设置有第一电流收集层103和第二电流收集层104。在第一电流收集层103和第二电流收集层104之上分别设置有第一电极层107和第二电极层108。第一电流收集层103、第二电流收集层104、第一电极层107和第二电极层108可以通过印刷方法使用功能性油墨来制造。为了完成电池结构，第一电极层107和第二电极层108应通过离子传导层110连接。使用粘合剂层105将电池100用顶部基板102密封。粘合剂层105在电池单元100周围设置，使得第一电流收集层103的一部分和第二电流收集层104的一部分从电池单元100突出。
在如图2中所示的垂直结构中，第一电流收集层203和第二电流收集层204分别设置在顶部基板202和底部基板201上。第一电极层207和第二电极层208分别设置在第一电流收集层203之上和第二电流收集层204之上。第一电极层207、第二电极层208、第一电流收集层203和第二电流收集层204可通过印刷方法通过使用功能性油墨来提供。为了完成电池结构，第一电极层207和第二电极层208应通过离子传导层210连接。通过使用粘合剂层205将顶部基板202层压到底部基板201上来密封电池200。粘合剂层205在电池单元200周围设置，使得第一电流收集层203的一部分和第二电流收集层204的一部分在电池单元200的外部。
在这两个电池结构中，如图1和图2中所示，需要两个基板。这两个基板被层压到彼此以保护电池层免受环境影响。如图1和图2中所示，电池的所有层可以由单个机器(即印刷机)制备。但是需要单独的机器来层压两个基板。在电池100中，顶部基板102用作电池材料的保护层。如果电池的保护层由相同的印刷机制备，则电池的制备将变得更简单并且也非常具有成本效益。
发明内容
本发明涉及一种薄电池。薄电池包括多个层，并且可以通过印刷使用功能性油墨来制备至少一个层。薄电池包括表面。第一电极层和第二电极层设置在表面上。电解质层印刷在第一电极层和第二电极层上。电解质层具有大的机械强度，使得可以在电解质层之上进行进一步印刷。可光聚合的保护层印刷在电解质层上和电解质层的周边周围，其中可光聚合的保护层在暴露于合适的辐射下时凝固。
在本发明的一个方面，电解质层包括至少一种第一官能团，并且可光聚合的保护层包含至少一种第二官能团，使得在暴露于合适的辐射下时，至少一种第一官能团中的一些与至少一种第二官能团中的一些形成化学键。这些化学键使凝固的可光聚合的保护层保持附着到电解质层上并因此附着到电池上。
在本发明的另一方面，第一电极层和第二电极层被间隙分隔开。
电解质层可在一个步骤中通过印刷一种功能性油墨或在多个步骤中通过以一个在另一个上的方式印刷多种功能性油墨来制备。
附图说明
图1是一现有技术的薄电池的横截面视图。
图2是另一现有技术的薄电池的横截面视图。
图3是根据本发明一个方面的薄电池的横截面视图。
图4是根据本发明一个方面的薄电池的横截面视图。
图5是根据本发明一个方面的薄电池的横截面视图。
图6是根据本发明一个方面的薄电池的横截面视图。
具体实施方式
现在将详细描述本发明。提供附图和实例以更好地说明本发明。应当理解的是，本文所述的本发明的实施例和方面仅仅是实例，而并不以任何方式限制保护者的权利要求的保护范围。本发明由权利要求及其等同物来限定。应当理解的是，本发明的一个方面或实施例的特征可以与本发明的一个不同方面或多个方面和/或多个实施例的特征相结合。
本发明涉及一种薄电池。薄电池的包括保护层在内的所有层都通过印刷方法从功能性油墨制备。图3示出根据本发明一个方面的薄电池300的横截面视图。电池300包括表面301。表面301可以为机械柔性的或机械刚性的。表面301可以是导电的或电绝缘的。在一个非限制性实例中，表面301可以由聚酯材料制成。在另一实例中，表面301可由玻璃制成。在另一个实例中，表面301可由涂覆的纸或未涂覆的纸制成。在另一实例中，表面301可由涂覆的金属制成。在另一实例中，表面301可以由织物制成。第一电流收集层303和第二电流收集层304设置在表面301之上。第一电流收集层303和第二电流收集层304被一小的间隙分隔开。在一个非限制性的方面，第一电流收集层303和第二电流收集层304由导电的功能性油墨印刷。功能性油墨可以包括但不限于碳或银颗粒。另一方面，通过蚀刻金属化的柔性衬底来制造第一电流收集层303和第二电流收集层304。例如，可以将铜金属化的聚酯薄膜蚀刻成所需的图案来产生第一电流收集层303和表面301的组合或第二电流收集层304和表面301的组合。
在第一电流收集层303的一部分上设置有第一电极层307。第一电极层307通过使用功能性油墨印刷，该功能性油墨基本上包括但不限于至少一种第一电极活性粉末、至少一种聚合物粘合剂和至少一种溶剂。在第二电流收集层304的一部分上以如此的方式设置第二电极层308，使得第一电极层307和第二电极层308被一间隙分隔开。通过使用功能性油墨印刷第二电极层308，该功能性油墨基本上包括但不限于至少一种第二电极活性粉末、至少一种聚合物粘合剂和至少一种溶剂。将第一电极层307与第二电极层308分隔开的间隙小于1mm。间隙可以是任何形状，例如直线或曲线。
薄电池的第一电极活性粉末和第二电极活性粉末可以选自合适的电化学的组合，例如但不限于锌-二氧化锰、锂锰氧化物-二氧化钛、锂锰氧化物-氧化钒等。在一个非限制性实例中，聚合物粘合剂是水溶性的，例如聚环氧乙烷、聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮等。在另一个非限制性实例中，聚合物粘合剂是非水溶性的，例如聚苯乙烯、聚(甲基丙烯酸甲酯)PMMA、乙基纤维素、聚偏二氟乙烯等。
第一电极层307和第二电极层308还可包括导电颗粒，其增强层内的电子移动。在一个非限制性实例中，导电颗粒可以是石墨、炭黑、碳纳米管、石墨烯等。
第一电极层307和第二电极层308还可包括添加剂以增强油墨的可印刷性、以改善表面粘附性、以改善颗粒在油墨中的分散性、以调节粘度、以增加电池电压、以增加电流密度和以降低气体析出。在一个非限制性实例中，第一电极层307和第一电流收集层303由相同的材料制成。这意味着一个单层将用于双重目的：用作电池电极以及将产生的电流传输到电池单元外部。在一个非限制性实例中，第二电极层308和第二电流收集层304由相同的材料制成。这意味着一个单层将用于双重目的：用作电池电极以及将产生的电流传输到电池单元外部。
电解质层310印刷在第一电极层307的一部分、第二电极层308的一部分和间隙的一部分上。需要电解质层310来连接第一电极层307和第二电极层308。在一个非限制性实例中，电解质层310在一个印刷步骤中提供。在另一非限制性实例中，电解质层310是凝胶电解质并由凝胶电解质油墨提供。在现有技术US 5925283和US20140050990中已知电池使用凝胶电解质。典型的凝胶电解质油墨包含至少一种盐、至少一种电解质溶剂和至少一种凝胶基质元素。在印刷凝胶电解质油墨之后，需要固化和/或干燥步骤将凝胶基质元素转化成凝胶基质。可以基于电池的电化学来选择电解质层310中的盐。例如，对于锌-二氧化锰电池而言，电解质盐可以是氯化锌，而对于锂锰氧化物-二氧化钛电池而言，电解质盐可以是氯化锂或硝酸锂或硫酸锂或不同锂盐的混合物。电解质层310中的溶剂可以是水或极性有机溶剂。选择电解质溶剂使得至少一种盐能溶于其中。在一个非限制性方面，凝胶基质元素包括至少一种第一单官能单体和至少一种第一多官能单体的混合物。第一单官能单体给电解质层310提供柔性，第一多官能单体给电解质层310提供机械强度。在非限制性实例中，第一单官能单体可以是单丙烯酸酯(monoacrylate)、单甲基丙烯酸酯(monomethacrylate)、单乙烯基(monovinyl)、单烯丙基(monoallyl)或其组合。在一个非限制性实例中，第一单官能单体可以选自聚(乙二醇)甲基丙烯酸酯(poly(ethylene glycol)mechacrylate)、聚(乙二醇)丙烯酸酯(poly(ethylene glycol)acrylate)、甲基丙烯酸羟丙酯(hydroxypropylmethacrylate)、N-羟甲基甲基丙烯酰胺(N-methylol methacrylamide)、甲基丙烯酰胺(mechacrylamide)、甲基丙烯酸(methacrylic acid)、丙烯酸(acrylic acid)和2-丙烯酸羟乙酯(2-hydroxyethyl acrylate)的组。在非限制性实例中，第一多官能单体可以是多丙烯酸酯(multiacrylate)、多甲基丙烯酸酯(multimethacrylate)、多乙烯基(multivinyl)、多烯丙基(multiallyl)或其组合。在一个非限制性实例中，第一多官能单体可选自乙二醇二甲基丙烯酸酯(ethylene glycol dimethacrylate)、聚乙二醇二甲基丙烯酸酯(polyethylene glycol dimethacrylate)、聚乙二醇二丙烯酸酯(polyethylene glycoldiacrylate)、三甘醇二甲基丙烯酸酯(triethylene glycol dimethacrylate)、乙二醇二甲基丙烯酸酯(ethylene glycol dimethacrylate)和甘油1,3-二甘油二丙烯酸酯(glycerol 1,3-diglycerolate diacrylate)的组。
凝胶电解质油墨还包括添加剂以改善油墨的印刷性能，例如，以调节油墨的表面张力、以改善表面粘附性和以调节粘度。凝胶电解质油墨还包括至少一种引发剂以起始用于形成凝胶基质的化学反应。电解质层310以如此的方式包括至少一种第一官能团，使得在电解质层310的固化和/或干燥步骤之后，至少一种第一官能团中的一些是未反应的并且存在于电解质层310的上表面上。在一个非限制性实例中，至少一种第一官能团是丙烯酸酯(acrylate)、甲基丙烯酸酯(methacrylate)、乙烯基(vinyl)、烯丙基(allyl)或其组合。在另一个非限制性实例中，至少一种第一官能团是环氧官能团(epoxy)。在一个非限制性实例中，所述至少一种第一官能团是存在于所述至少一种第一单官能单体中的相同官能团。在另一个非限制性实例中，所述至少一种第一官能团是存在于所述至少一种第一多官能单体中的相同官能团。通常，凝胶电解质油墨层需要通过UV辐射固化以形成凝胶基质。凝胶电解质油墨层的不完全紫外线固化导致一些第一官能团保持未反应。这些未反应的第一官能团中的一些可以位于凝胶基质的上表面上，这意味着在电解质层310的上表面上。
边界层305设置在第一电极层307和第二电极层308的周边周围。边界层305界定电池单元区域。在一个非限制性实例中，边界层305可以是可UV固化的油墨，其在印刷后被UV固化。
可光聚合的保护层320印刷在电解质层310之上和边界层305的一部分上。可光聚合的保护层320通过合适的辐射固化来使其凝固。在一个非限制性实例中，可光聚合的保护层320通过UV辐射固化。在一个非限制性实例中，可光聚合的保护层320通过可见光辐射固化。在一个非限制性实例中，可光聚合的保护层320通过红外辐射固化。在一个非限制性实例中，光可聚合的保护层320通过电子束固化。在一个非限制性实例中，可光聚合的保护层320包括至少一种第二单官能单体、至少一种第二多官能单体、至少一种多官能低聚物和至少一种引发剂。可光聚合的保护层320还包括添加剂以增强油墨的印刷参数，例如，粘附性、粘度、分散性、表面张力。所述至少一种第二单官能单体是单丙烯酸酯、单甲基丙烯酸酯、单乙烯基、单烯丙基或其组合。至少一种第二多功能单体是多丙烯酸酯、多甲基丙烯酸酯、多乙烯基，多烯丙基或其组合。在一个非限制性实例中，至少一种第二单官能单体和至少一种第二多官能单体选自赢创(Evonik)公司的甲基丙烯酸甲酯(methacrylate)所述至少一种多官能低聚物是环氧丙烯酸酯(epoxy acrylate)、脂肪族氨基甲酸酯丙烯酸酯(aliphatic urethane acrylate)、芳香族聚氨酯丙烯酸酯(aromaticurethane acrylate)、聚酯丙烯酸酯及丙烯酸丁酯(polyester acrylate and acrylicacrylate)或其组合。在一个非限制性实例中，所述至少一种多官能低聚物是双酚A环氧丙烯酸酯(Bisphenol A Epoxy Acrylate)。在此提到的可光聚合的保护层320的化学成分仅仅是一个实例。这并不限制本发明的范围。
可光聚合的保护层320包括至少一种第二官能团，使得在暴露于合适的辐射下时，至少一种第二官能团中的一些与电解质层310的至少一种第一官能团中的一些形成化学键。在一个非限制性实例中，至少一种第二官能团是丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯、乙烯基、烯丙基或其组合。在一个非限制性实例中，至少一种第二官能团是环氧官能团。在一个非限制性实例中，所述至少一种第二官能团是存在于所述至少一种第二单官能单体中的相同官能团。在一个非限制性实例中，所述至少一种第二官能团是存在于所述至少一种第二多官能单体中的相同官能团。在一个非限制性实例中，所述至少一种第二官能团是存在于所述至少一种多官能低聚物中的相同官能团。电解质层310的至少一种第一官能团与可光聚合的保护层320的至少一种第二官能团之间的化学键使可光聚合的保护层320保持附着到电解质层310上并因此附着到电池上。
图4示出根据本发明另一方面的薄电池400的横截面视图。电池400包括表面401。第一电流收集层403和第二电流收集层404设置在表面401之上。第一电流收集层403和第二电流收集层404被一小的间隙分隔开。第一电极层407印刷在第一电流收集层403的一部分上。第二电极层408以如此的方式印刷在第二电流收集层404的一部分上，使得第一电极层407和第二电极层407被间隙分隔开。电解质层410印刷在第一电极层407的一部分、第二电极层408的一部分和间隙的一部分上。上文已经在图3中解释了关于电解质层410的细节。电解质层410以如此的方式包括至少一种第一官能团，使得在电解质层410的固化和/或干燥步骤之后，至少一种第一官能团中的一些是未反应的并且存在于电解质层410的上表面上。在一个非限制性实例中，至少一种第一官能团是丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯、乙烯基、烯丙基或其组合。
可光聚合的保护层420印刷在电解质层410之上以及电解质层410的周边周围。可光聚合的保护层420通过合适的辐射固化来使其凝固。关于可光聚合的保护层420的细节已经在上文在图3中进行了解释。可光聚合的保护层420包括至少一种第二官能团，使得在暴露于合适的辐射下时，至少一种第二官能团中的一些与电解质层410的至少一种第一官能团中的一些形成化学键。在一个非限制性实例中，至少一种第二官能团是丙烯酸酯、甲基丙烯酸、乙烯基、烯丙基或其组合。在另一非限制性实例中，所述至少一种第二官能团是环氧官能团。
图5示出根据本发明另一方面的薄电池500的横截面视图。电池500包括表面501。第一电流收集层503和第二电流收集层504设置在表面501之上。第一电流收集层503和第二电流收集层504被一小的间隙分隔开。第一电极层507印刷在第一电流收集层503的一部分上。第二电极层508以如此的方式印刷在第二电流收集层504的一部分上，使得第一电极层507和第二电极层507被一间隙分隔开。在此在两个印刷步骤中产生电解质层510。首先，在第一电极层507的一部分、第二电极层508的一部分和间隙的一部分上印刷离子传导层511。盐溶液层512印刷在离子传导层511上，其中盐溶液层包括至少一种盐、至少一种多官能交联剂和至少一种电解质溶剂。
离子传导层511在电解质溶剂的存在下具有大的机械强度，即当在其上印刷盐溶液层512时，离子传导层511不会被损坏。离子传导层511包括至少一种电解质溶剂吸收粉末，其通过至少一种互连材料以如此的方式互连，使得在存在电解质溶剂的情况下，互连不断裂。至少一种电解质溶剂吸收粉末不溶于电解质溶剂。在一个非限制性实例中，所述至少一种电解质溶剂吸收粉末是纤维素颗粒或纤维。在另一非限制性实例中，所述至少一种电解质溶剂吸收粉末是硅胶。在另一非限制性实例中，所述至少一种电解质溶剂吸收粉末是经表面处理的纤维素颗粒或纤维。在一个非限制性实例中，所述至少一种互连材料是聚丙烯酸。在一个非限制性实例中，电解质溶剂是水。在一个非限制性实例中，电解质溶剂是极性有机溶剂。电解质溶剂也可以是两种或更多种溶剂的混合物。
可以基于电池的电化学来选择盐溶液层512中的盐。盐溶液层512还包括添加剂以增强油墨的印刷参数，例如，粘附性、粘度、分散性、表面张力。将盐溶液层512印刷在离子传导层511之上后，盐和电解质溶剂的主要部分被吸收到离子传导层511中，并且至少一种多官能交联剂的主要部分保留在离子传导层511之上。
盐溶液层512的至少一种多官能交联剂包括至少一种第一官能团。在图3和图4中，至少一种第一官能团位于电解质层310和410的上表面上。在此，在图5中，至少一种第一官能团(其是至少一种多官能交联剂的一部分)也位于电解质层510的上表面上，即位于离子传导层511的上表面上。
多官能交联剂例如是多丙烯酸酯、多甲基丙烯酸酯、多乙烯基、多烯丙基或其组合。多功能交联剂也可以是多环氧树脂。在一个非限制性实例中，多官能交联剂可以选自乙二醇二甲基丙烯酸酯、聚乙二醇二甲基丙烯酸酯、聚乙二醇二丙烯酸酯、三乙二醇二甲基丙烯酸酯、乙二醇二甲基丙烯酸酯和甘油1,3-二甘油二丙烯酸酯的组。在另一非限制性实例中，至少一种多官能交联剂可以是具有多于两个官能团的分子。
边界层505设置在第一电极层507和第二电极层508的周边周围。边界层505界定电池单元区域。在一个非限制性实例中，边界层505可以是可UV固化的油墨，其在印刷之后被UV固化。
可光聚合的保护层520印刷在盐溶液层512之上和边界层505的一部分上。可光聚合的保护层520通过合适的辐射固化来使其凝固。关于可光聚合的保护层520的细节已经在上文在图3中进行了解释。可光聚合的保护层520包括至少一种第二官能团，使得在暴露于合适的辐射下时，至少一种第二官能团中的一些与存在于离子传导层511之上的至少一种多官能团交联剂的至少一种第一官能团形成化学键。在一个非限制性实例中，至少一种第二官能团是丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯、乙烯基、烯丙基或其组合。在另一非限制性实例中，所述至少一种第二官能团是环氧官能团。在辐射固化时，存在于可光聚合的保护层520中的至少一种第二官能团彼此反应并凝固。可光聚合的保护层520中的至少一种第二官能团还与存在于离子传导层511的上表面上的至少一种多官能交联剂的至少一种第一官能团反应。这增强了可光聚合的层520与离子传导层511的粘附性。
图6示出根据本发明一方面的薄电池600的横截面视图。电池600包括表面601。第一电流收集层603和第二电流收集层604设置在表面601之上。第一电流收集层603和第二电流收集层604被一小的间隙分隔开。第一电极层607印刷在第一电流收集层603的一部分上。第二电极层608以如此的方式印刷在第二电流收集层604的一部分上，使得第一电极层607和第二电极层608被一间隙间隔开。在此在两个印刷步骤中产生电解质层610。首先，在第一电极层607的一部分、第二电极层608的一部分和间隙的一部分上印刷离子传导层611。盐溶液层612印刷在离子传导层611上，其中盐溶液层612包括至少一种盐、至少一种多官能交联剂和至少一种电解质溶剂。关于离子传导层611和盐溶液层612的细节在上文在图5中被提及。
可光聚合的保护层620印刷在盐溶液层612之上以及离子传导层611的周边周围。可光聚合的保护层620通过合适的辐射固化来使其凝固。关于可光聚合的保护层620的细节已经在上文在图3中进行了解释。可光聚合的保护层620包括至少一种第二官能团，使得在暴露于合适的辐射下时，至少一种第二官能团中的一些与存在于离子传导层611之上的至少一种多官能交联剂的至少一种第一官能团形成化学键。在一个非限制性实例中，至少一种第二官能团是丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯、乙烯基、烯丙基或其组合。在另一个非限制性实例中，至少一种第二官能团是环氧官能团。在辐射固化时，存在于可光聚合的保护层620中的至少一种第二官能团彼此反应并凝固。可光聚合的保护层620中的至少一种第二官能团也与存在于离子传导层611的上表面上的至少一种多官能交联剂的至少一种第一官能团反应。这增强了可光聚合的保护层620与离子传导层611的粘附性。
为了增强印刷的层的可印刷性和表面粘附性，各功能性油墨还包括至少一种添加剂。添加剂可以根据需要从赢创(Evonik)公司的TEGO Foamex、TEGO Airex、TEGO Flow、TEGO Glide、TEGO Phobe、TEGO Dispers、TEGO ViscoPlus、TEGO Wet、TEGO Twin、TEGORad、TEGO Protect等中选择，但不限于上述。
薄电池300可根据以下示例性流程步骤来制备：
步骤-1：将导电性碳油墨在表面301上印刷并干燥，作为第一电流收集层303和作为第二电流收集层304。
步骤-2：在第一电流收集层303的一部分上印刷和干燥或固化第一电极层307。
步骤-3：在第二电流收集层304的一部分上印刷和干燥或固化第二电极层308。
步骤-4：在第一电极层307和第二电极层308上印刷电解质层310，其中电解质层310包括至少一种第一官能团。
步骤-5：固化电解质层310，使得至少一种第一官能团中的一些是未反应的并且存在于电解质层310的上表面上。
步骤-6：在第一电极层307和第二电极层308的周边周围印刷边界层305并固化。边界层305界定电池单元区域。
步骤-7：在电解质层310上以及电解质层310的周边周围印刷可光聚合的保护层320，其中可光聚合的保护层320包括至少一种第二官能团。
步骤-8：通过合适的辐射固化可光聚合的保护层320，使得可光聚合的保护层320凝固，并且至少一种第一官能团中的一些与至少一种第二官能团中的一些形成化学键。
薄电池400可根据以下示例性流程步骤来制备：
步骤-1：将导电性碳油墨在表面401上印刷并干燥，作为第一电流收集层403和作为第二电流收集层404。
步骤-2：在第一电流收集层403的一部分上印刷和干燥第一电极层407。
步骤-3：在第二电流收集层404的一部分上印刷和干燥第二电极层408。
步骤-4：在第一电极层407和第二电极层408上印刷电解质层410，其中电解质层410包括至少一种第一官能团。
步骤-5：固化电解质层410，使得至少一种第一官能团中的一些是未反应的并且存在于电解质层410的上表面上。
步骤-7：在电解质层410上以及电解质层410的周边周围印刷可光聚合的保护层420，其中可光聚合保护层420包括至少一种第二官能团。
步骤-8：通过合适的辐射固化可光聚合的保护层420，使得可光聚合的保护层420凝固，并且至少一种第一官能团中的一些与至少一种第二官能团中的一些形成化学键。
电池500可以根据以下示例性流程步骤来制备：
步骤-1：将导电性碳油墨在表面501上印刷并干燥，作为第一电流收集层503和作为第二电流收集层504。
步骤-2：在第一电流收集层503的一部分上印刷和干燥第一电极层507。
步骤-3：在第二电流收集层504的一部分上印刷和干燥第二电极层508。
步骤-4：在第一电极层507和第二电极层508上印刷离子传导层511。
步骤-5：固化离子传导层511，以便其凝固。
步骤-8：在第一电极层507和第二电极层508的周边周围印刷边界层505并固化。边界层505界定电池单元区域。
步骤-6：在离子传导层511上印刷盐溶液层512，其中盐溶液层512包括至少一种盐、至少一种多官能交联剂和至少一种电解质溶剂；以及
步骤-7：等待几秒钟，使得大部分的盐和至少一种电解质溶剂被吸收到离子传导层511中，并且至少一种多官能交联剂的主要部分保留在离子传导层511之上。
步骤-9：在盐溶液层512上以及离子传导层511的周边周围印刷可光聚合的保护层520，其中光可聚合的保护层520包括至少一种第二官能团。

Claims (26)

1.一种薄电池(300)，其包括：
表面(301)；
设置在所述表面(301)上的第一电极层(307)；
设置在所述表面(301)上的第二电极层(308)；
印刷在所述第一电极层(307)和所述第二电极层(308)上的电解质层(310)，其中所述电解质层(310)具有大的机械强度，使得可在所述电解质层(310)之上进行进一步的印刷；和
印刷在所述电解质层(310)上以及所述电解质层(310)的周边周围的可光聚合的保护层(320)，其中所述可光聚合的保护层(320)在暴露于合适的辐射下时凝固。
2.根据权利要求1所述的薄电池，其特征在于所述电解质层(310)包括至少一种第一官能团，并且所述可光聚合的保护层(320)包括至少一种第二官能团，使得在暴露于所述适合的辐射下时，所述至少一种第一官能团中的一些与所述至少一种第二官能团中的一些形成化学键。
3.根据权利要求1和2所述的薄电池，其特征在于所述至少一种第一官能团是丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯、乙烯基、烯丙基或其组合。
4.根据权利要求1和2所述的薄电池，其特征在于所述至少一种第二官能团是丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯、乙烯基、烯丙基或其组合。
5.根据权利要求2所述的薄电池，其特征在于所述至少一种第一官能团是环氧官能团。
6.根据权利要求2所述的薄电池，其特征在于所述至少一种第二官能团是环氧官能团。
7.根据权利要求1所述的薄电池，其特征在于所述第一电极层(307)和所述第二电极层(308)被小于1mm的间隙分隔开。
8.根据权利要求1和7所述的薄电池，其特征在于所述电解质层(310)印刷在所述第一电极层(307)、所述第二电极层(308)和所述间隙上。
9.根据权利要求1所述的薄电池，其特征在于所述电解质层(310)是凝胶电解质。
10.根据权利要求1所述的薄电池，其特征在于通过提供至少两个分开的层来制备所述电解质层(310、510)：
印刷在第一电极层(507)和第二电极层(508)上的离子传导层(511)，其中离子传导层(511)在电解质溶剂存在的情况下具有大的机械强度；和
设置在离子传导层(511)上的盐溶液层(512)，其中盐溶液层(512)包括至少一种盐、至少一种多官能交联剂和所述电解质溶剂。
11.根据权利要求10所述的薄电池，其特征在于所述电解质溶剂是水。
12.根据权利要求10所述的薄电池，其特征在于所述电解质溶剂是极性有机溶剂。
13.根据权利要求10所述的薄电池，其特征在于所述电解质溶剂是两种或多种溶剂的混合物。
14.根据权利要求1和10所述的薄电池，其特征在于所述离子传导层(511)包括至少一种吸水粉末，所述至少一种吸水粉末通过至少一种互连材料以如此的方式互连，以使得所述互连在水存在时不断裂。
15.根据权利要求10所述的薄电池，其特征在于所述盐溶液层(512)的多官能交联剂是多丙烯酸酯、多甲基丙烯酸酯、多乙烯基、多烯丙基或其组合。
16.根据权利要求1和10所述的薄电池，其特征在于所述盐溶液层(512)的多官能交联剂是多环氧树脂。
17.根据权利要求1,10和14所述的薄电池，其特征在于所述离子传导层(511)的所述互连材料是聚丙烯酸。
18.根据权利要求1所述的薄电池，其特征在于还包括设置在所述第一电极层(307)和所述表面(301)之间的第一电流收集层(303)。
19.根据权利要求1所述的薄电池，其特征在于还包括设置在所述第二电极层(308)和所述表面(301)之间的第二电流收集层(304)。
20.根据权利要求1所述的薄电池，其特征在于所述合适的辐射是可见光。
21.根据权利要求1所述的薄电池，其特征在于所述合适的辐射是红外线。
22.根据权利要求1所述的薄电池，其特征在于所述合适的辐射是紫外线。
23.根据权利要求1所述的薄电池，其特征在于所述合适的辐射是电子束。
24.一种制造薄电池(300)的方法，其包括以下步骤：
a.在表面(301)上印刷第一电极(307)；
b.在所述表面(301)上印刷第二电极(308)；
c.在所述第一电极层(307)和所述第二电极层(308)上印刷电解质层(310)，其中所述电解质层(310)包括至少一种第一官能团；
d.固化所述电解质层(310)，使得所述至少一种第一官能团中的一些未反应并存在于所述电解质层(310)的上表面上；
e.在所述电解质层(310)上以及所述电解质层(310)的周边周围印刷可光聚合的保护层(320)，其中所述可光聚合的保护层(320)包括至少一种第二官能团；和
f.通过合适的辐射使可光聚合的保护层(320)固化，使得可光聚合保护层(320)凝固，并且至少一种第一官能团中的一些与至少一种第二官能团中的一些形成化学键。
25.根据权利要求24所述的方法，特征在于还包括以下步骤：干燥或固化所述第一电极层(307)和所述第二电极层(308)中的至少一个。
26.根据权利要求24所述的方法，其特征在于所述电解质层(310、510)通过以下步骤制备：
a.在第一电极层(507)上并在第二电极层(508)上印刷离子传导层(511)；
b.固化离子传导层(511)以使离子传导层(511)凝固；
c.在所述离子传导层(511)上印刷盐溶液层(512)，其中所述盐溶液层(512)包括至少一种盐、至少一种多官能交联剂和至少一种电解质溶剂；和
d.等待几秒钟，使得大部分盐和电解质溶剂被吸收到离子传导层(511)中，并且至少一种多官能交联剂的主要部分保留在离子传导层(511)之上。
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