FI122503B - Painettu ohutparisto ja menetelmä painetun ohutpariston valmistamiseksi - Google Patents

Abstract

Keksintö koskee painettua paristoa, joka käsittää katodi-ja anodielektrodeja, jotka on varustettu päätteillä ulkoiseen piiriin kytkemiseksi, niiden välisen erottimen, elektrolyytin. Paristossa erottimen toiselle puolelle on levitetty anodielektrodimateriaali ja erottimen vastakkaiselle puolelle on levitetty katodielektrodimateriaali. Keksintö on pääasiassa tunnettu siitä, että anodimateriaali on kuivaa ja hydrofobista ja käsittää alustan, sideaineen, johtavan materiaalin ja anodiaktiivisen materiaalin. Menetelmä keksinnön painetun pariston valmistamiseksi on pääasiassa tunnettu siitä, että valmistetaan anodimateriaali saamalla aikaan alusta, anodiaktiivinen materiaali, johtava materiaali, liuotin ja sideaine. Mainittu liuotin, mainittu sideaine, mainittu anodiaktiivinen materiaali ja mainittu johtava materiaali sekoitetaan anodimusteen muodostamiseksi. Mainittu anodimuste levitetään mainitun alustan päälle ja sitten kuivataan mainitun alustan päälle. Reaktiona mainitulle kuivaukselle mainittu liuotin haihtuu ja mainittu anodimuste muodostaa kalvon mainitun alustan päälle. Valmistettu anodimateriaali levitetään erottimen päälle. Menetelmä jatkuu siten, että erottimen päälle, jonka päällä anodimateriaali on, painatetaan elektrolyyttiliuos, ja kollektorimateriaalin ja erottimen väliin levitetään katodimateriaali. Anodin, elektrolyytin, katodin ja kollektorimateriaalien levityksen jälkeen esillä olevissa vaiheissa suoritetaan yhdistäminen. Kansimateriaali levitetään esillä olevissa vaiheissa valmistettujen paristokerrosten päälle. (Kuva 2)

Description

PAINETTU OHUTPARISTO JA MENETELMÄ PAINETUN OHUTPARISTON VALMISTAMISEKSI

5 TEKNIIKANALA

Keksintö koskee painettua ohutparistoa, joka käsittää katodi- ja anodielektrodeja, jotka on varustettu päätteillä ulkoiseen piihin kytkemiseksi, niiden välisen erottimen ja elektrolyytin, minkä lisäksi myös menetelmää tällaisen ohutpariston valio mistamiseksi.

TAUSTA

15 Pariston pääkomponentteja ovat elektrodit, jotka on varustettu päätteillä (sähkölii-tännät) ulkoiseen piiriin kytkemiseksi, erotin elektrodien pitämiseksi erillään ja niiden oikosulun ehkäisemiseksi, elektrolyytti, joka kuljettaa varautuneet ionit, jotka ovat peräisin elektrodeissa tapahtuvista kemiallisista reaktioista, ja kansi aktiivisten kemikaalien peittämiseksi ja elektrodien pitämiseksi paikallaan.

20 ’’Märät” kennot viittaavat galvaanisiin kennoihin, joissa elektrolyytti on nestemäisessä muodossa ja jonka annetaan virrata vapaasti kennon kotelon sisällä. ’’Kuivat” kennot ovat kennoja, joissa käytetään kiinteää tai jauhemaista elektrolyyttiä. ^ Kennot, joissa on nestemäinen elektrolyytti, voidaan luokitella ’’kuiviksi”, jos elekt- ^ 25 rolyytti on kiinnitetty paikalleen jollakin mekanismilla, kuten kiinnittämällä se hyyte- ^ löllä tai pitämällä sitä paikallaan absorboivalla aineella, kuten paperilla.

0 cc Tällä hetkellä yleisimmin käytetty paristotyyppi on ”kuivakenno”-paristo, jota käyte- g tään esim. suhteellisen suurissa paristoissa, kuten ’’taskulamppujen” paristoissa ja g 30 pienoiskokoisissa malleissa, joita käytetään rannekelloihin tai laskimiin, o

(M

2

Paristot luokitellaan usein niiden valmistuksessa käytetyn elektrolyyttityypin mukaisesti. Pääluokkia on kolme; hapan, miedosti hapan ja alkalinen.

Kaikissa paristoissa hyödynnetään samoja toimintoja sähkön tuottamiseksi; mutta 5 materiaalien ja valmistuksen muunnokset ovat tuottaneet erityyppisiä paristoja.

Yksi paristotyyppi koostuu kerrosrakenteesta, eli niin sanotut ohutkalvoparistot.

Ohutkalvoparistoja, joka termi on tässä tekstissä tarkoitettu ymmärrettäväksi ’’kerto rosrakenteisiksi paristoiksi” koosta riippumatta, voidaan käyttää suoraan minkä tahansa muotoisiin tai kokoisiin kalvosovelluksiin. Joustavia ohutparistoja voidaan valmistaa painamalla paperille, muoveihin tai muun tyyppiseen ohutkalvoon, ja myös niitä kutsutaan painetuiksi paristoiksi.

15 Ohutkalvoparistoilla on laaja käyttöala esim. tehonlähteinä kuluttajatuotteita ja mikrokokoisia sovelluksia varten. Ohutkalvoparistot soveltuvat myös älykorttien ja RFID-tunnisteiden (Radio Frequency Identification, radiotaajuinen tunnistus) te-honsyöttöön.

20 Tällaisen ohutpariston valmistusmenetelmä voidaan suorittaa kastelemalla erotin-paperi elektrolyyttiliuoksella ja levittämällä anodimateriaali ja katodimateriaali pastoina erotinpaperille (erotinpapereille), anodipasta toiselle puolelle ja katodipasta vastakkaiselle puolelle. Anodi-ja katodimateriaalit voidaan levittää erotinpapereille ^ erilaisilla menetelmillä, kuten pinnoittamalla tai painatuksella. Pinnoitus- ja paina- ^ 25 tusprosesseissa suoritetaan yleensä funktionaalista materiaalia olevan ohutkalvon T levitys alustalle, kuten paperitelalle, kankaalle, kalvolle tai muuhun tekstiiliin, o

X

Pasta-termillä tarkoitetaan tässä yhteydessä vain partikkelien viskoosista vesipoh- co jäistä dispersiota.

S 30 o o

(M

3

Mutta myös uloimmat erotin kerrokset sisältävät aina elektrolyyttiä, sillä ne absorboivat elektrolyyttiä kostutetusta kerroksesta, ja lisäksi elektrolyyttiliuos, joka sisältää lisäaineita, voitaisiin myös sekoittaa anodiaktiivisen materiaalin ja katodiaktii-visten materiaalien kanssa niin sanottujen anodi- ja katodipastojen muodostami-5 seksi.

Ohutpariston elektrodit on muodostettu anodista ja katodista. Anodimateriaali on pasta tai muste, joka sisältää anodiaktiivista materiaalia ja tavallisesti elektrolyytti-liuosta lisäaineiden kanssa, ja katodimateriaali on pasta tai muste, joka sisältää 10 katodiaktiivista materiaalia ja tavallisesti elektrolyyttiliuosta lisäaineiden kanssa. Pasta on melko viskoosista siten, ettei elektrolyytti pääse vuotamaan ulos. Ano-diaktiivinen materiaali on usein sinkkiä (Zn) ja katodiaktiivinen materiaali on mangaanidioksidia (MnCb). Elektrolyyttiliuos voi sisältää esim. ZnC^ita pääaineosana, minkä lisäksi myös lisäaineita, kuten sideainetta (sideaineita). Elektrolyytissä ole-15 va lisäaine (lisäaineet) käsittää sideainetta (sideaineita) muiden ominaisuuksien antamiseksi elektrolyyttiliuokselle, kuten esimerkiksi elektrolyyttimateriaalin partikkelien yhteensitomisen pastan muodostamiseksi. Sideaine on esim. polyvinyylial-koholia (PVA).

20 Anodi- ja katodipastoihin lisätään johtavaa materiaalia. Johtava materiaali voi olla hiilijauhetta, kuten grafiittijauhetta, nokea, hiilimustaa, hiilen nanoputkea, johtavaa mustetta tai niiden yhdistelmiä. Elektrodit (koostuvat anodi-ja katodipastoista mukaan lukien johtava materiaali) yhdistetään kollektorimateriaaliin ja koko tuote pei-^ tetään tiivistysmateriaalin kalvoilla. Tiivistysmateriaali voi olla esim. polypropy- ^ 25 leeniä, polyetyleeniä, polyesteriä tai muita tunnettuja kalvomateriaaleja. Kollekto- ^ rimateriaali muodostetaan siten, että siinä on päätteitä, jotka on tarkoitettu yhdis- ° tettäviksi ulkoiseen piiriin. Kollektorimateriaali voi olla johtavaa hiilimustetta, hiili-

CC

kalvoa tai muuta materiaalia, joka on kemiallisesti inerttiä, mutta tarpeeksi johta- co vaa tätä tarkoitusta varten.

00 S 30

O

o <m Yhdistetyt kerrokset leikataan halutun kokoisiksi tuotteiden muodostamiseksi.

4

Ohutpariston valmistuksen helpottamiseksi on testattu erimuotoisia anodimateri-aaleja.

US-patenttihakemus 2006/0216586 esitetään tekniikan tasona. Siinä esitetään 5 ohut sähkökemiallinen kenno. Kennon anodi voi olla sinkkiliuska. Tämän ratkaisun ongelmana on kuitenkin se, että sinkkiliuskan yhteys kollektoriin on ongelmallinen ja että sinkin itsepurkautuminen on korkeaa puuttuvan peiton vuoksi.

US-patentti 6 379 835 koskee ohutkalvoparistoa. Anodi on hydrofiilistä, koska se on vesipohjaista sinkkimustetta tai sinkkimustetta orgaanisen liuottimen ja vedes-10 sä paisuvan polymeerin seoksessa, ja tästä syystä paristossa on korkea itsepur-kautumistaso. Koska anodissa lisäksi on alhainen johtavuus, anodissa tarvitaan ylimääräistä kollektoria.

US-patenttihakemus 2006/0115717 esittää joustavan, ohuen painetun pariston. 15 Johtava vesipitoinen sinkkimateriaali anodin muodostamiseksi painetaan suoraan ei-johtavan alustan päälle ja siitä tehdään riittävän johtavaa, jotta ei tarvita erillistä anodivirran kollektoria. Tarvittava johtavuus saavutetaan ylimääräisellä sinkki + 2 kationilla (sinkkiasetaatista) ja polymeerisellä sideaineella (polyvinyylipyrrolidoni) partikkelikontaktin parantamiseksi. Mutta myös tässä hydrofiilinen sinkkianodi ai-20 heuttaa sinkin korkean itsepurkautumistason ja epästabiilia johtavuutta purkautu-misprosessin aikana.

Muita tekniikan tason ratkaisuja on esitetty esim. WO-julkaisussa 03/100893 ja - US 006045942:ssa.

o ™ 25

CM

^ Itsepurkautumisongelman lisäksi tekniikan tason ohutparistoja on vaikea valmis- ° taa tai integroida sovelluksiin, koska toinen lisättävistä päätteistä on asetettava * pariston toiselle puolelle ja toinen niistä on asetettava pariston toiselle puolelle.

g Koska päätteet sijaitsevat ohutpariston kahdella vastakkaisella puolella, myös in- g 30 tegrointi sovelluksen kanssa on monimutkaista. Virtaa kuluttavan laitteen negatii-o

CM

5 visia ja positiivisia elektrodeja on vaikea yhdistää ohutparistoon, sillä useimmissa laitteissa elektrodit ovat pelkästään toisella puolella.

Nykyisin tehdään intensiivistä työtä jatkuvasti parannettujen paristojen valmista-5 miseksi ratkaisemalla joitakin mainittuun itsepurkautumiseen liittyvistä tunnistetuista ongelmista, ja itsepurkautumisen vähentämiseksi.

Eräs toinen perinteisissä valmistusmenetelmissä esiintyvä poistettava ongelma on se, että paperiliuskoista tulee melko märkiä, kun ne impregnoidaan elektrolyytillä 10 ja pasta pysyy myös märkänä sen levityksen jälkeen. Tämä tilanne vaikuttaa kerrosten pinnan ominaisuuksiin siten, että seuraavat valmistusvaiheet on vaikea suorittaa, ja tämä tekee pariston valmistuksen kokonaisprosessista vaikean.

Myös anodi-ja katodipastoissa on elektrolyyttiä. Kuten hyvin tiedetään, sinkki ha-15 pettuu melko helposti märässä ympäristössä, joka sisältää elektrolyyttisuolaa, ja itsepurkautuminen muodostaa ongelman. Lisäksi erityisesti anodipastan painatus tai pinnoitus on myös vaikeaa pastan ominaisuuksien nopeiden muutosten vuoksi.

Keksinnön tavoitteena on näin ollen kehittää paristo, jonka avulla vältetään edelli-20 set ongelmat.

KEKSINNÖN YHTEENVETO

δ ^ 25 Keksinnön kohteena on painettu paristo, joka käsittää katodi- ja anodielektrodeja, ^ jotka on varustettu päätteillä ulkoiseen piiriin kytkemiseksi, niiden välisen erotti- ° men, elektrolyytin. Paristossa erottimen toiselle puolelle on levitetty anodielektro-

Er dimateriaalia ja erottimen vastakkaiselle puolelle katodielektrodimateriaalia. Kek- g sintö on pääasiassa tunnettu siitä, että anodimateriaali on kuivaa ja hydrofobista g 30 ja käsittää alustan, sideaineen, johtavan materiaalin ja anodiaktiivisen materiaalin, o

(M

6

Keksinnön painetun pariston valmistusmenetelmä on tunnettu pääasiassa siitä, että siinä valmistetaan anodimateriaali saamalla aikaan alusta, anodiaktiivinen materiaali, johtava materiaali, liuotin ja sideaine. Mainittu liuotin, mainittu sideaine, mainittu anodiaktiivinen materiaali ja mainittu johtava materiaali sekoitetaan ano-5 dimusteen muodostamiseksi. Mainittu anodimuste levitetään mainitun alustan päälle ja sitten kuivataan mainitun alustan päälle. Reaktiona mainitulle kuivaukselle mainittu liuotin haihtuu ja mainittu anodimuste muodostaa kalvon mainitun alustan päälle. Valmistettu anodimateriaali levitetään erottimen päälle. Menetelmä jatkuu siten, että erottimen päälle, jonka päällä anodimateriaali on, painatetaan 10 elektrolyyttiliuos, ja kollektorimateriaalin ja erottimen väliin levitetään katodimate-riaali. Anodin, elektrolyytin, katodin ja kollektorimateriaalien levityksen jälkeen esillä olevissa vaiheissa suoritetaan yhdistäminen. Kansimateriaali levitetään esillä olevissa vaiheissa valmistettujen paristokerrosten päälle.

15 Edulliset ominaispiirteet on esitetty alivaatimuksissa.

Esillä oleva keksintö voi soveltua vaihtoehtoisia anodiaktiivisia komponentteja varten, kuten magnesiumia, kadmiumia ja kuparia varten, edullisesti yhdistettynä johtavaan hiilimusteeseen. Edullisesti anodiaktiivinen materiaali on sinkki (Zn) ja ka-20 todiaktiivinen materiaali on mangaanioksidi (MnC>2).

Vettä tai elektrolyyttiä tarvitaan mihin tahansa elektrodireaktioon ja ioninsiirtoon pariston elektrodien välillä.

δ ^ 25 Sinkki hapettuu helpommin vedessä tai elektrolyyttiympäristössä kuin kuivassa ^ ympäristössä, ja useissa tekniikan tason ohuissa ja joustavissa paristoissa sink- ° kianodi on tästä syystä tehty sinkin vesipitoisesta pastasta tai hydrofiilisestä mate-

E

naalista. Tällaisen tekniikan tason epäkohtana on kuitenkin se, että itsepurkautu-co minen on nopeaa. Itsepurkautumisen seurauksena pariston käyttöikä lyhenee ja

LO

g 30 sen kapasiteetti vähenee.

o cv 7

Keksinnössä anodi on hydrofobinen ja kuiva, mikä vaikeuttaa veden tai elektrolyytin suoraa tunkeutumista sinkkianodin syvään kerrokseen. Hydrofobinen kerros keksinnön kuivassa anodissa toimii seinän tavoin, joka pitää pariston kosteusta-son vakaana.

5

Sopiva kosteustaso paristossa on tietysti tärkeää hyvää suorituskykyä ajatellen, ja keksinnön mukaisessa paristossa vesi voi siirtyä katodista anodin pintaan sen jälkeen kun eri kerrokset on yhdistetty. Hapetusreaktio tapahtuu anodin pinnassa anodiaktiivisen metallin, elektrolyytin ja veden välillä.

10

Keksintö kattaa kaksi erilaista pariston suoritusmuotoa. Ensimmäisessä suoritusmuodossa on pelkästään yksi hiilen ja sinkin anodikerros erottimen (erottimien), katodimateriaalin ja katodipuolen kollektorin kerrosten lisäksi. Toisessa suoritusmuodossa anodikerroksessa on ylimääräinen hiilikerros johtavuuden parantami-15 seksi.

Ensiksi joissakin sovelluksissa on tärkeää, että kerrokset ovat mahdollisimman ohuita, ja joissakin toisissa sovelluksissa pariston energiakapasiteetti on tärkeää. Mahdollisimman ohutta kerrosta varten käytetään edullisesti yksikerroksista ver-20 siota. Mutta kun sinkkipartikkelit ovat kuluneet elektrodireaktioiden vuoksi, sinkki-partikkeleista muodostuu sinkkioksidia (ZnO). Tämä aiheuttaa neliövastuksen ja sisäisen vastuksen lievää nousua. Lisääntyneet vastustasot johtavat heikentyneeseen suorituskykyyn. Tästä syystä anodin sinkkipitoisuus ei saa olla kovin korkea ^ tässä ensimmäisessä suoritusmuodossa, jotta pariston suorituskyky pysyy mah- ^ 25 dollisimman hyvänä.

i

Toista sovellustyyppiä varten tärkeä tekijä on energiakapasiteetti. Tämän tyyppisiä tä sovellusta varten käytetään toista suoritusmuotoa. Toisessa suoritusmuodossa eo sinkkianodin pintaan levitetään ylimääräinen kerros. Tämä parantaa anodin johta- g 30 vuutta, ja sinkkiä estetään saapumasta kontaktiin ulkopuolisten materiaalien

O

cv kanssa ja sinkkikerroksessa voi olla korkeampi sinkkipitoisuus kuin keksinnön en- 8 simmäisessä suoritusmuodossa eli yksikerroksisessa rakenteessa. Tämä antaa paristolle parannetun energiakapasiteetin.

Keksinnön ohutparistossa oleva anodi on joustava, stabiili ja valmistettavissa 5 massatuotantona ja käyttökelpoinen tehonlähteenä useita sovelluksia varten, joissa tarvitaan ohutta joustavaa käyttötehonlähdettä.

Kaupallisesti saatavia johtavia materiaaleja, kuten hiilimusteita, ja kaupallisesti saatavia anodiaktiivisia materiaaleja, kuten sinkkijauheita voidaan käyttää anodin 10 valmistamiseksi ilman paristossa olevaa ylimääräistä kollektoria. Anodielektrodi koostuu anodimateriaalista, joka on sinkkijauheen ja johtavan hiilimusteen homogeeninen seos.

Anodimateriaali keksinnön paristoa varten valmistetaan lisäämällä sinkkijauhetta 15 johtavaan hiilimusteeseen ja jatkamalla sekoitusta, kunnes saadaan homogeenistä seosta. Tätä tarkoitusta varten käytetty sinkkijauhe voi olla kaupallinen paristo-laadun tuote, jossa on tiettyjä partikkelikokoon ja puhtauteen liittyviä ominaisuuksia. Esimerkiksi koko on 50 pm ja puhtaus on yli 99 %. Esimerkkejä käytettävistä kaupallisista sinkkijauheista ovat esim. Grillo-Werke Aktiengesellschaft GZN 3-0 20 ja Xstrata EC-100.

Käytetty johtava hiilimuste voi olla tietyillä ominaisuuksilla varustettu kaupallinen tuote. Käytettävässä musteessa tulisi olla korkea johtavuus, korkea joustavuus, ^ korkea sitomiskyky ja korkea hydrofobisuus. Esimerkkejä käytettävästä kaupalli- ^ 25 sesta johtavasta hiilimusteesta ovat esim. XZ302-1 HV ja XZ302-1 MV Conducti- ^ ve Carbon (johtava hiili), 26-8203 Conductive Graphite (johtava grafiitti), Creative ° Material 116-19 Low Temperature Curing Conductive Ink (alhaisessa lämpötilassa * kovettuva johtava muste), DuPont 7105 Carbon (hiili), Asahi FTU-20D3 ja Ache- co son EB-412.

00 00 3 0 o o

CM

9

Johtava muste sekä valittu sinkin ja johtavan musteen osuus riippuvat esimerkiksi johtavan hiilimusteen neliövastuksesta, johtavan hiilimusteen joustavuudesta, si-tomiskyvystä, viskositeetista ja johtavan hiilimusteen hydrofobisista ominaisuuksista.

5

Valmistuksen kannalta paristossa käytettävässä anodissa on seuraavat edut useita kohdesovelluksia varten 1) Anodi on helpompi valmistaa erillisesti, sillä se voidaan tehdä etukäteen ja esim. varastoida rullina painatuksen jälkeen erottimen päälle. Koska jokaista pato riston valmistusvaihetta ei tarvitse tehdä samanaikaisesti, pariston valmistusprosessi on vähemmän haavoittuva esim. silloin kun tietyssä prosessivaiheessa esiintyy ongelmia. Tämä tarkoittaa myös sitä, että tuotteen huono laatu jossakin vaiheessa ei tee koko valmistuksesta viallista, vaan pelkästään kyseessä olevasta tuotantovaiheesta.

15 2) Keksinnön mukainen anodimateriaali on helppo painattaa pariston valmistuk sen aikana; 3) Keksinnössä käytetty anodi vähentää itsepurkautumista, koska se on tehty hydrofobisesta musteesta eikä se absorboi elektrolyyttiä.

4) Ensimmäinen seuraus keksinnön ensimmäisestä suoritusmuodosta (jonka mu-20 kaisesti siinä on yksi kerros vähemmän) on se, että delaminoitumisen riski on alhaisempi.

5) Toinen seuraus siitä, ettei keksinnön ensimmäisessä suoritusmuodossa tarvita erillistä kollektoria anodia varten on se, että paristo muuttuu ohuemmaksi ^ 6) Hyvä stabiilius musteen hydrofobisen ominaisuuden ansiosta; ^ 25 7) Suorituskyky, kuten joustavuus ja kapasiteetti, on riittävän hyvä useita joustavia ^ sovelluksia varten.

i^.

8) Pariston päätteet voidaan valmistaa helposti samalle puolelle, mikä muodostaa Er merkittävän edun joustaviksi sovelluksiksi integrointia varten.

00 oo 00 tn oo o o

(M

10

Seuraavassa keksintöä kuvataan enemmän joidenkin havainnollistavien kuvioiden ja esimerkkien avulla. Keksintöä ei kuitenkaan ole rajoitettu seuraavan kuvauksen yksityiskohtiin.

5

KUVIOT

Kuvio 1 on kaaviokuva tekniikan tason paristorakenteesta, jossa päätteet ovat pariston molemmilla puolilla.

10

Kuvio 2 on kaaviokuva keksinnön ensimmäisen suoritusmuodon mukaisesta paristorakenteesta, jossa päätteet on yhdistetty edullisella tavalla

Kuvio 3 on kaaviokuva keksinnön toisen suoritusmuodon mukaisesta paristora-15 kenteesta, jossa päätteet on yhdistetty edullisella tavalla

Kuvio 4 on kaaviokuva kuvion 2 tuotteen valmistusta varten käytetyn menetelmän perusperiaatteista 20

YKSITYISKOHTAINEN KUVAUS

Kuviossa 1 esitetään tekniikan tason ohutpariston eri kerrokset. Paristo esitetään ^ kerrosten ollessa erillään havainnollistamisen vuoksi. Kuvion 1 ohutparisto käsit- C\l ^ 25 taa erotinliuskan 4 päällä olevan anodimateriaalikerroksen 3 ja toisen erotinlius- ^ kan 6 päällä olevan katodimateriaalikerroksen 7 ja niiden välissä olevan elektro- ° lyytin 5. Myös erottimet 4, 6 sisältävät jonkin verran elektrolyyttiä. Erottimet 4, 6

CC

pitävät anodi- ja katodimateriaalikerroksia 3, 7 erillään ja estävät elektrodien 3, 7 co oikosulkua.

00 S 30 o o

(M

11

Anodi- ja katodimateriaalikerrokset 3, 7 muodostavat vastaavasti anodi- ja kato-dielektrodit, ja ne peitetään kollektorikerroksilla 2, 8 molemmin puolin. Elektrodit 3, 7 on yhdistetty vastaavasti kollektorien 2, 8 päätteisiin. Päätteet ovat kollektorien jatkeosia. Elektronit kulkevat elektrodeista 3 —► anodikollektori 2 —► ulkoinen piiri 5 —► katodikollektori 8 —> katodipasta 7. Koko tuote on lisäksi peitetty peitekalvolla 1, 9 (peittää paristokerrosten molemmat puolet) elektrodien 3, 7 pitämiseksi paikallaan.

Paristo käsittää lisäksi sideaineita, johtavan materiaalin (kuten hiilijauhetta) ja mui-10 ta lisäaineita. Elektrolyyttiliuos lisäaineiden ja johtavan hiilen kanssa on sekoitettu anodi-ja katodiaktiivisten materiaalien kanssa, jotta muodostuu anodipasta ja katodipasta, joilla erotinpaperikerrokset 4, 6 pinnoitetaan tai painatetaan.

Anodi- ja katodimateriaaleista koostuvat elektrodit 3, 7 yhdistetään kollektorien 2, 15 8 päätteisiin elektrodien 3, 7 yhdistämiseksi ulkoiseen piiriin. Anodiaktiivinen ma teriaali 3 on esimerkiksi sinkkiä (Zn) ja katodiaktiivinen materiaali 7 on esimerkiksi mangaanidioksidia (MnC>2).

Kuviossa 1 molemmissa kansimateriaaleissa 1 ja 9 on yksi reikä; ne eivät sijaitse 20 pariston samalla puolella. Molemmat reiät muodostavat sähköliitännän sovellukseen pariston päätteistä. Kansimateriaalin puolella 1 oleva reikä on vasten katodi-puolen kollektoria 8 (katodi muodostaa positiivista sähköä) ja kansimateriaalin puolella 9 oleva reikä on vasten anodikollektoria 2 (anodi muodostaa negatiivista ^ sähköä), kun kollektorit jatkuvat erottimien alueen päälle.

™ 25

CM

^ Koska anodikerros 3 ei ole kiinteässä faasissa (se on vesipastan muodossa), se ° ei voi muodostaa sähköliitäntää ulkopuolelle. Liitäntää varten tarvitaan kollektoria.

E

Kun kollektorina käytetään johtavaa mustetta, sähköliitäntäpisteet tätä varten ovat co pariston vastakkaisilla puolilla.

S 30 o o

CM

12

Koska päätteet sijaitsevat rainan samalla puolella, pelkästään pariston toinen puoli kiinnitetään sovellukseen. Käytännössä ensimmäiseen reikään, joka osoittaa alaspäin, levitetään ensin johtavaa materiaalia; sitten johtavaa materiaalia levitetään toiseen reikään, joka osoittaa ylöspäin. Tästä syystä menetelmä sähköisen 5 liitännän muodostamiseksi paristoon sisältää vähintään kaksi vaihetta.

Kuvio 2 on kaaviokuva keksinnön ensimmäisen suoritusmuodon mukaisesta pa-ristorakenteesta, jossa päätteet on yhdistetty uudella ja edullisella tavalla.

10 Kuten kuviossa 1, kuviossa 2 esitetään ohutpariston eri kerrokset kerrosten ollessa erillään havainnollistamisen vuoksi. Kuviossa 2 esitetty keksinnön ohutparisto käsittää erotinliuskan 4 päällä olevan anodimateriaalikerroksen 3 ja toisen erotin-liuskan 6 päällä olevan katodimateriaalikerroksen 7 ja niiden välissä olevan elektrolyytin 5. Myös erottimet 4, 6 sisältävät jonkin verran elektrolyyttiä. Erottimet 4, 6 15 pitävät anodi- ja katodimateriaalikerroksia 3, 7 erillään ja estävät elektrodien 3, 7 oikosulkua. Elektrodi 3 on painatettu erottimen 4 päälle. Elektrodi 7 on painatettu joko erottimen 6 tai kollektorin 8 päälle. (Erotinliuska 6 voisi olla pelkkä suorakulmio ilman jatkeosaa).

20 Keksinnössä kerros 3 on yhdistetty anodi ja anodikollektorikerros. Anodimateriaa-likerros 3 käsittää sinkkiä anodiaktiivisena materiaalina ja hiiltä musteessa kollek-torimateriaalina, jolloin viimeksi mainittu on integroitu sinkkimateriaalin kanssa. Tämä on mahdollista, koska anodimateriaali keksinnön mukaista paristoa varten ^ valmistetaan etukäteen sekoittamalla muste ja sinkkijauhe. Anodimateriaalin val- ^ 25 mistusprosessissa musteeseen lisätään asteittaisesti sinkkijauhetta (kuvion 1 tek- ^ niikan tason ratkaisussa anodikerros, joka oli erillään kollektorikerroksesta 3, oli ° hydrofiilinen, sillä se levitettiin vesiliukoisena pastana erottimen päälle). Katodiak- ^ tiivinen materiaali 7 on esim. mangaanidioksidia (Mn02).

00 00 00

LO

g 30 Anodimateriaalin valmistamiseksi voidaan käyttää kaupallisesti saatavia johtavia

O

cm hiilimusteita ja kaupallisesti saatavia sinkkijauheita, kuten edellä yksityiskohta!- 13 semmin esitettiin. Anodimateriaali on sinkkijauheen ja johtavan hiilimusteen homogeeninen seos.

Anodi- ja katodimatehaalikerrokset 3, 7 kuviossa 2 muodostavat elektrodit ja pel-5 käsiään katodikerros 7 on peitetty erillisellä kollektorikerroksella 8. Katodielektrodi 7 on kontaktissa kollektorin 8 päätteen kanssa. Elektronit kulkevat elektrodista 3 -> ulkoinen piiri -► kollektori 8 -► katodielektrodi 7. Koko tuote on lisäksi peitetty tiivistysmateriaalilla 1, 9 (peittää paristokerrosten molemmat puolet) elektrodien 3, 7 pitämiseksi paikallaan.

10

Kuviossa 2 päätteet ovat pariston toisella puolella, minkä ansiosta mahdollistetaan uusi tapa sähköisen liitännän muodostamiseksi verkkosovellukseen. Tämä on mahdollista, koska erottimet jatkuvat yhdistetyn anodin ja kollektorin 3 alueen päälle.

15

Kuvio 3 on kaaviokuva keksinnön toisen suoritusmuodon mukaisesta paristora-kenteesta. Myös tässä suoritusmuodossa päätteet on yhdistetty uudella ja edullisella tavalla.

20 Kuten kuvioissa 1-2, ohutpariston eri kerrokset on esitetty kerrosten ollessa erillään havainnollistamisen vuoksi. Kuviossa 3 esitetty keksinnön ohutparisto käsittää erotinliuskan 4 päällä olevan anodimateriaalikerroksen 3 ja toisen erotinlius-kan 6 päällä olevan katodimateriaalikerroksen 7 ja niiden välissä olevan elektro-^ lyytin 5. Nyt siinä on ylimääräinen johtavan hiilimusteen kerros 3’ johtavuuden pa- ^ 25 rantamiseksi. Erottimet 4, 6, jotka myös sisältävät jonkin verran elektrolyyttiä, pi- ^ tävät anodi- ja katodimateriaalikerroksia 3, 7 erillään ja estävät elektrodien 3, 7 ° oikosulkua. Elektrodit 3, 7 on painatettu erottimien 4, 6 päälle.

CL

g Keksinnössä kerrokset 3 ja 3’ muodostavat yhdessä yhdistetyn anodin ja anodi- g 30 kollektorikerroksen. Kerros 3 käsittää sinkkiä anodiaktiivisena materiaalina ja joh-

O

<m tavaa hiilimustetta kollektorimateriaalina ja kerros 3’ käsittää johtavaa hiilimustet- 14 ta. Johtava hiilimustekerros 3’ on integroitu kerroksen 3 kanssa yhdeksi kokonaiseksi kerrokseksi, kuten kerros 3 kuviossa 2. Tämä 3, 3’ -kerros on hydrofobinen.

Anodin 3, 3’ ja katodin 7 materiaalikerrokset kuviossa 3 muodostavat elektrodit ja 5 katodikerros 7 on peitetty erillisellä kollektorikerroksella 8. Katodielektrodi 7 on yhdistetty kollektorin 8 päätteen kanssa. Elektronit kulkevat anodielektrodista 3 —> johtava hiilimustekerros 3’ ulkoinen piiri —»· kollektori 8 —»· katodi 7. Koko tuote on lisäksi peitetty tiivistysmateriaalilla 1, 9 (peittää paristokerrosten molemmat puolet) elektrodien 3 +3’, 7 pitämiseksi paikallaan.

10

Kerros 3’ levitetään suoraan kuivan anodikerroksen 3 päälle ja koska ne sisältävät saman sideaineen, tämä kerros 3’ on integroitu (voimakkaasti sidottu) anodikerroksen 3 kanssa. Kiinnitysvoima kollektorin 2 ja anodin 3 välillä kuviossa 1 ei ole niin voimakas kuin kiinnitysvoima kerrosten 3 ja 3’ välillä kuviossa 3. (Kuvion 1 15 tekniikan tason paristossa anodi 3 levitetään pastana ja kollektori 2, 8 levitetään kansimateriaalin 1,9 päälle.

Kuten kuviossa 2, myös kuviossa 3 päätteet ovat pariston toisella puolella, minkä ansiosta mahdollistetaan uusi tapa sähköisen liitännän muodostamiseksi sovel-20 lukseen. Tämä on mahdollista, koska erottimet jatkuvat yhdistetyn anodin ja kollektorin 3 alueen päälle.

Pariston kollektori on johtava kerros, joka kuljettaa sähköä pariston sisältä paris- ^ ton ulkopuolelle. Kuvion 1 tekniikan tason paristossa levitetään märkä (heikosti ^ 25 sidottu) anodipasta, jossa on alhaisempi johtavuus, ja tästä syystä tällaisessa tek- ^ nilkan tason paristossa tarvitaan kollektorikerrosta. Kuvion 2-3 keksintöjen paris- ° toissa anodielektrodi 3 ja 3+3’ on kuivan sinkkihiilimusteen kerros, joka on hydro- * fobinen kalvo. Siinä on korkeampi johtavuus, ja näin ollen anodi on helppo yhdis- oo tää ulkoiseen piiriin.

<8 30 o o

CM

15

Kuvion 1 tekniikan tason paristossa kollektori 2, 8 (johtava muste) on painatettu tai pinnoitettu ei-johtavan alustan päälle, joka koostuu esim. tiivistysmateriaalista 1,9 tai muista ylimääräisistä materiaaleista, ja johtavat mustekerrokset 2, 8 osoittavat kohti toisiansa. Päätteen reiät on tästä syystä sovitettava pariston päälle ja 5 alle. Kuvioiden 2 ja 3 uudessa rakenteessa sekä anodielektrodi 3 että katodikol-lektori 8 osoittavat ylöspäin siten, että niissä voi olla päätereikiä pariston samalla puolella.

Kuvio 4 esittää perusperiaatteet kuvion 2 ohutpariston valmistusmenetelmästä.

10

Paperiraina 11, jonka on tarkoitus muodostaa ensimmäinen erotinpaperikerros, syötetään auki kelaavasta paperitelasta 10.

Rainaan suoritetaan piipainatus painatustelojen 13 ja puristustelan 13’ avulla erot-15 timen jätteen keräyksen 44 helpottamiseksi myöhemmin, minkä jälkeen ultraviolet- tikovetus 17 piimusteen kuivaamiseksi.

Anodimateriaali, joka on painettu erottimen päälle, joka on valmistettu etukäteen esim. jäljempänä VALMISTUSESIMERKISSÄ 1 esitetyllä tavalla, painatetaan ku-20 viossa 4 käyttämällä jotakin sinänsä tunnettua painatusmenetelmää paperirainal-le, jota tuetaan puristustelalla 12’. Raina 11 kulkee nipistä, joka muodostuu puris-tustelasta 12’ ja jostakin toisesta puristustelasta 12, jonka päällä painettu anodimateriaali on. Tämän jälkeen raina kuivataan 18.

δ ^ 25 Rainaan painatetaan elektrolyyttisideaineliuos käyttämällä painatusteloja 49 ja T puristustelaa 48.

o

X

Toinen paperiraina 14, jonka tarkoituksena on muodostaa toinen erotinpaperiker-co ros, syötetään toisesta auki kelaavasta paperitelasta 15. Tämä raina yhdistetään

LO

oo 30 rainan 11 kanssa laminoinnilla 19.

o o

(M

16

Kalvoa oleva kansimateriaali lisätään pintakalvon avulla telasta 33 käyttämällä laminointiteloja 35, 36. Kansi voi olla itseliimautuva muovikalvo, joka on esim. po-lypropyleeniä tai polyetyleeniä, ja se voi olla jopa metalloitu kalvo. Esimerkkejä ovat metalloitu polyetyleeniteraftalaatti (MPET), polyetyleenitereftalaatti (PET) ja 5 polypropyleeni (PP). Päällyspaperin keräys tapahtuu 50:ssä.

Sitten erotinanodiin ja erotinjätteeseen suoritetaan muottisipaisuleikkaus telojen muottitelalla 38 ja puristustelalla 37.

10 Polypropyleeniä tai polyetyleeniä oleva kansimateriaali (tiivistysmateriaali) syötetään telasta 39. Kollektorimateriaali painatetaan kansimateriaalin päälle painatus-teloilla 40 ja puristuksella 41, minkä jälkeen kuivaus suoritetaan 42

Katodipasta, joka sisältää katodiaktiivisen materiaalin (kuten mangaanidioksidia), 15 elektrolyyttiä ja haluttuja lisäaineita, painatetaan tai pinnoitetaan painatustelalla 16 ja puristustelalla 16’.

Sitten tämä raina yhdistetään yhdistetyn rainan 11, 14 kanssa laminoinnilla 43. Erotinjätteen keräys suoritetaan telalla 44.

20

Kuvio 4 esittää myös lävistystelat 45, 46 tuotteen lävistämiseksi sekä katodin puolelta että anodin puolelta. Valmis tuote kerätään telalle 47.

^ Kuviossa 4 esitetty prosessi on pelkästään yksi esimerkki siitä, kuinka paristo voi- ^ 25 täisiin valmistaa käyttämällä keksinnön anodimateriaalia. Kuvion 4 yksityiskohdat T voivat vaihdella, kuten esimerkiksi käytettyjen erottimien lukumäärä.

0 1 Ct

Prosessissa voidaan käyttää erilaisia tunnettuja menetelmiä, painatusmenetelmä-oo nä voidaan käyttää esim. silkkipainatusta, tampopainatusta, viirapainatusta, off- g 30 set-painatusta ja tai suihkupainatusta, ja kovetus puolestaan voidaan suorittaa

O

<m kuumakovetuksella, infrapunakovetuksella, ultraviolettikovetuksella, voimakuu- 17 mailmalla, ja leikkausmenetelmä voi olla esim. meisto, laserleikkauslävistys, hal-kaisu, lävistys tai muu tunnettu menetelmä.

Voidaan helposti havaita, että uudenlainen yhdistetty anodi ja kollektori tekevät 5 paristosta paljon helpommin valmistettavan ja vähentävät tarvittavia prosessivaiheita.

VALMISTUSESIMERKKI 1 - ANODIMATERIAALIN VALMISTUS KEKSINNÖN MUKAISTA PARISTOA VARTEN

10 Anodimateriaali keksinnön mukaista paristoa varten valmistetaan lisäämällä sink-kijauhetta johtavaan hiilimusteeseen ja sekoittamalla, kunnes se on homogeenistä, kuten edellä mainittiin. Testissä käytetty muste ja sinkkijauhe ovat Acheson EB 412 ja EC-100.

15 Johtavaa hiilimustetta sekoitetaan nopeudella, joka on esim. 300 kierrosta minuutissa, ja sinkkijauhe lisätään asteittaisesti. Kun sinkkijauhe on lisätty, sekoittimen nopeus nostetaan asteittaisesti 2 000 kierrokseen minuutissa ja seosta sekoitetaan vielä noin 30 minuuttia.

20 Keksinnön mukaisella tavalla suoritettu sekoitus antaa hyvän tuloksen anodin suorituskyvylle, sillä siinä vältetään kuoriutumisongelmat, johtavuusongelmat ja epätasainen johtavuus. Tarvitaan oikeanlaista anodimateriaalin viskositeettia. Jos viskositeetti on liian alhainen, sinkkipartikkelit kertyvät pohjalle. Musteen sopiva ^ viskositeetti on: Brookfield 20 °C 20 RPM 20 000-28 000 mPa.S. Sekoituksen o ^ 25 laatua voidaan ohjata ottamalla näytteitä ja tarkastamalla niiden tiheys, tai se voi- ^ daan mitata elektronimikroskoopilla, o

X

cc

Kun anodimuste valmistetaan tällä tavoin, se voidaan tehdä etukäteen ja esimer- g kiksi varastoida rullina painatuksen jälkeen erottimen päälle. Tämä on erittäin g 30 edullista pariston valmistusta ajatellen. Koska jokaista pariston valmistusvaihetta o

CM

18 ei tarvitse tehdä samanaikaisesti, pariston valmistusprosessi on vähemmän haavoittuva esim. silloin kun tietyssä prosessivaiheessa esiintyy ongelmia.

TESTIMENETELMÄT

5 Jotkin anodimateriaalin (eli anodimusteen) ominaisuudet voivat osoittaa valmistettavan pariston laadun:

Sisäisen vastuksen arvolla mitataan tehonhäviötä tehonlähteissä. Tämän arvon tulisi olla mahdollisimman alhainen.

10 - Neliövastuksen arvolla mitataan kalvofomnaattimateriaalin johtavuutta. Myös tämän arvon tulisi olla mahdollisimman alhainen.

Joustavuusprosentti kuvataan prosenttimääräksi, joka mitataan vastuksen muutoksena taivutuksen jälkeen. Mitä alhaisempi joustavuusprosentti on, sitä parempi johtavan musteen joustavuus on. Taivutusmurtuma tarkoittaa ää-15 rettömän korkeaa joustavuusprosenttia.

Sitomiskyky osoittaa materiaalin kuoriutumattomuuden ominaisuutta ja sen tulisi olla mahdollisimman korkea.

Viskositeetin arvolla arvioidaan, kuinka vaikeaa nestemäisen faasin sekoitus on. Sen tulisi olla riittävän korkealla tasolla, jotta sinkkipartikkeleita estetään 20 kasaantumasta, ja riittävän alhainen anodin painatusta varten.

Hydrofobisuus osoittaa kykyä pitää anodi kuivana keksinnön perusajatuksen mukaisesti ^ Seuraavassa esitetään joitakin periaatteita näiden ominaisuuksien mittaamiseksi: ™ 25

CM

^ Hvdrofobisuuden arviointi: ° Hydrofobisuus arvioitiin levittämällä vettä anodiin, ja hydrofobisuutta pidettiin hy-

Er vänä, jos vesi ei liuennut eikä anodi murtunut ja/tai neliövastus muuttunut.

co Sisäisen vastuksen mittausmenetelmä: oo - m 00 o o

CM

19

Jos Vo on pariston avoin silmukkajännite; Vl on kuormitusjännite, joka mitataan 1 minuutin kuluttua siitä kun purkaus on alkanut; RL on kuormituksen vastusarvo, sisäinen vastus on

_ _ (VO - VL) x RL

R“=-VL- 5

Neliövastuksen mittausmenetelmä:

Neliövastus mitataan sen jälkeen kun johtava muste tai anodimuste on painettu alustalle ja kuivattu. Neliövastuksen arvo on keskimääräinen vastusarvo kuudesta eri paikasta liuskan päältä. Jokainen vastus mitataan käyttämällä kahta yleismitta-10 rin mittapäätä 1 cm etäisyyden läpi.

Sitomiskvkv

Standardinmukainen 3M:n puristusherkkä liimateippi levitettynä kuivalle painatetulle pinnalle, ja kohdistettuna määritetyllä paineella määritetyn ajan.

15 TESTITULOS ESIMERKKI 1 - ANODIMUSTEEN OMINAISUUDET Anodimusteet, jotka valmistettiin erilaisista sinkkijauheen ja johtavan hiilimusteen osuuksista, valmistettiin valmistusmenetelmällä 1.

20 Testeissä käytetyt sinkkijauheet olivat A: Grillo-Werke Aktiengesellschaft GZN 3-0 (sinkkipitoisuus 99,8 %, partikkelikoko ^ > 25 pm 14 %, < 25 pm 86 %)ja 0

Cd cg V 25 B: Xstrata EC-100 (sinkkipitoisuus 99,9 %, partikkelikoko > 75 pm 0,1 %, < 45 pm ° 96 %) 1 CC Q_ g Käytetty johtava hiilimuste oli 00 m oo o ^ 30 A: XZ302-1 HV, B: XZ302-1 MV, C: 26-8203 Conductive Graphite (johtava grafiit ti), D: Creative Material 116-19 Low Temperature Curing Conductive Ink (alhai- 20 sessa lämpötilassa kovettuva johtava muste), E: DuPont7105 Carbon (hiili), F: Asahi FTU-20D3 ja G: Acheson EB-412.

Seuraavassa taulukossa esitetään joitakin näiden johtavien hiilimusteiden ominai-5 suuksia.

Neliövas- Pak- Visko- Joustavuus Flydrofobisuus tus suus siteetti ____(Pa)___

Muste A noin 40 Ω 20 pm 55-65* Taitoksen jälkeen Kuiva mustekalvo vastus lisääntyy noin ei liukoinen, mutta _____65 Ω saakka__vastus lisääntyi

Muste B noin 40 Ω 20 pm 30-40* Taitoksen jälkeen Kuiva mustekalvo vastus lisääntyy noin ei liukoinen, mutta _____65 Ω saakka__vastus lisääntyi

Muste noin 35 Ω 20 pm 7-8* Taitoksen jälkeen Kuiva mustekalvo C osa näytteestä mur- ei liukoinen, mutta tui, ja sisäinen vastus vastus lisääntyi lisääntyi noin 70 Ω _____saakka__

Muste noin 80 Ω 20 pm Ei saa- Taitoksen jälkeen ei Veden kanssa ei D tavissa muutosta muutosta kuivan musteen vastuk- ______sessa_

Muste E noin 20 Ω 20 pm 15-80* Taitoksen jälkeen ei Veden kanssa ei muutosta muutosta kuivan musteen vastuk- ______sessa_

Muste F noin 20 Ω 20 pm 35-45* Taitoksen jälkeen ei Kuiva muste liukeni _____muutosta__jokseenkin veteen

Muste noin 15 Ω 20 pm 12-28 Taitoksen jälkeen ei Veden kanssa ei G muutosta muutosta kuivan musteen vesinkin sessa

CM

CM

° Johtavan hiilimusteen ja sinkkijauheen osuudet testatuissa anodeissa olivat 1:1.

CC

Q_ “ 10 Anodimusteen hydrofobisuus testattiin kahdelta mainitulta näkökannalta sen jäl- 00 S keen kun anodin päälle oli lisätty vettä.

o o

CM

21

Seuraava taulukko esittää testitulokset. Taulukossa esitetään, että kaikkien testattujen anodimusteiden kohdalla keksinnön tavoite täyttyy hydrofobisuuden kannalta, jopa 80 Ω neliövastuksiin saakka.

5 Taulukon tulokset osoittavat, että anodimusteen edulliset ominaisuudet riippuvat pääasiassa siitä, mitä johtavaa mustetta käytetään. Musteissa E ja G on paremmat ominaisuudet ja niihin liittyvä sinkkianodi ei riipu käytetystä sinkkijauheesta. Mustetta G käyttävä anodi on paras 25 Ω neliövastuksella. Mustetta G käytettiin seuraavassa testissä.

10

TESTITULOKSET

Taulukko esittää joitakin ominaisuustestin tuloksia keksinnössä käytetystä anodista, joka on valmistettu erilaisista sinkkijauheista ja johtavista musteista.

15

Sinkki Neliövas- Joustavuus Hydrofobisuus __tus___

Muste A A noin 65 Ω Murtui taitoksen jälkeen Kuiva mustekalvo ei liukoi- ___nen, mutta vastus lisääntyi_ B noin 65 Ω Murtui taitoksen jälkeen Kuiva mustekalvo ei liukoi- ____nen, mutta vastus lisääntyi_

Muste B A noin 65 Ω Murtui taitoksen jälkeen Kuiva mustekalvo ei liukoi- ___nen, mutta vastus lisääntyi_ B noin 65 Ω Murtui taitoksen jälkeen Kuiva mustekalvo ei liukoi- ____nen, mutta vastus lisääntyi_

Muste C A noin 40 Ω Murtui taitoksen jälkeen Kuiva mustekalvo ei liukoi- ___nen, mutta vastus lisääntyi_ >- B noin 40 Ω Murtui taitoksen jälkeen Kuiva mustekalvo ei liukoi- o____nen, mutta vastus lisääntyi_ ^ Muste D A noin 150 Ω Taitoksen jälkeen ei Veden kanssa ei muutosta kui- 7__muutosta_van musteen vastuksessa_ ^ B noin 150 Ω Taitoksen jälkeen ei Veden kanssa ei muutosta kui- ___muutosta_van musteen vastuksessa_ £ Muste E A noin 25 Ω Taitoksen jälkeen li- Veden kanssa ei muutosta kui- oq sääntyi noin 30 saakka van musteen vastuksessa

CO

OO---- g B noin 25 Ω Taitoksen jälkeen li- Veden kanssa ei muutosta kui- § sääntyi noin 30 saakka van musteen vastuksessa

(M

22

Muste F A noin 25 Ω Taitoksen jälkeen li- Vesi vaurioittaa kuivia muste- sääntyi noin 30 saakka kalvoja, mustekalvo murtui B noin 25 Ω Taitoksen jälkeen li- Vesi vaurioittaa kuivia muste- sääntyi noin 30 saakka kalvoja, mustekalvo murtui

Muste G A noin 25 Ω Taitoksen jälkeen li- Vesi ei juuri vaikuta mustekal- sääntyi noin 30 saakka voon B noin 25 Ω Taitoksen jälkeen li- Vesi ei juuri vaikuta mustekal- sääntyi noin 30 saakka voon TESTITULOS ESIMERKKI 2 - PARISTON OMINAISUUDET Kuvioiden 2 ja 3 keksinnön paristojen keksinnön mukainen vaikutus ja kuvion 1 5 tekniikan tason paristo testattiin. Kaikkia paristoja varten koostumus oli sama suhteessa elektrolyyttiin (ZnC^), katodiaktiiviseen materiaaliin (Mn02), anodiaktiivi-seen materiaaliin (Zn), erottimeen (paperi), tiivistysmateriaaliin (metalloitu PET ja orientoitu PET), johtavaan materiaaliin (hiilijauhe), sideaineeseen (polyvinyylialko-holi PVA), kollektoriin (hiilimuste) 10

Kuvioiden 1-3 testattavien paristojen koostumuksen loppuosa oli:

Anodi Pasta-anodi Kuiva sinkkianodi Kuiva sinkkianodi (kuvioi) 1 (kuvio 2) 2 (kuvio 3) EC 100 sinkki (paino-%) 80% 50% 50% 5 Muste G (paino-%) ei 50 % 50 % CM____

Ylimääräinen kerros (muste kyllä ei kyllä ϋ G) 0 ____ 1 Hiilijauhe (paino-%) 2 % ei ei

Elektrolyyttisideaineliuos 18% ei ei oo (paino-%)

LO

00 ---- o o

CM

23

On huomioitava, että katodipasta sisälsi mangaanidioksidia (45 paino-%), hiilijau-hetta (5 paino-%) ja elektrolyyttisideaineliuosta (50 paino-%) ja että se oli sama kaikissa testeissä. Testeissä käytetty elektrolyyttisideaineliuos sisälsi polyvinyyli-alkoholia (7 paino-%), sinkkikloridia (7 M) ja muita lisäaineita. Testissä käytetty 5 hiilijauhe oli Timrex lnc.:n Timrex MX15. Niissä käytetyt tiivistysmateriaalit ovat samoja kaikissa testeissä, ja ne ovat MPET ja orientoitu PET.

Testattujen ominaisuuksien testitulokset esitetään seuraavassa taulukossa.

10 Taulukko esittää vertailutaulukon kuvion 1 tekniikan tason mukaisen pariston ja kuvioiden 2 ja 3 mukaisten keksinnön paristojen ominaisuuksien välillä.

Paristo- Alku- Hylly Alku- Alku- Pitkä- Sisäinen tyyppi peräinen -ikä peräinen peräinen aikainen vastus muunnos- sähköka- sähkökapa- sähkökapa- pasiteetti siteetti siteetti

I lUUCUO

1200 V:n 900 mV:n 900 mV:n katkaisussa katkaisussa katkaisussa

Kuvion 2 35 % 130 % 100 % 102 % 135 % 82% mukainen keksinnön paristo

Kuvion 3 >36% > >110 % 106% Ei 75% ^ mukainen 130% saatavissa ° keksinnön ^ paristo £ Kuvion 1 30% 100 % “Ei 100% 100% 100% Ϊ tekniikan ^1,5. saatavissa O- VUOt- oo tason pa- ta)

CO

S risto 00 o ------- o

(M

24

Voidaan helposti nähdä, että kaikilta näkökannoilta keksinnön paristoilla on paremmat testitulokset kuin tekniikan tason paristoilla eli parempi kapasiteetti (keksinnön paristojen arvot ovat 102 % ja 106 %, kun tekniikan tason paristojen arvot olivat 100 %), parempi hyllyikä (> 130 %, kun tekniikan tason hyllyikä oli pelkäs-5 tään 100 %) ja parempi vastusarvo (75 % ja 82 % keksinnön paristoja varten ja 100% tekniikan tason paristoa varten). Sisäisen vastuksen arvolla mitataan te-honhäviötä tehonlähteissä. Tämän arvon tulisi olla mahdollisimman alhainen.

δ

Cd

CM

o

X

cc

CL

00

OO

oo

LO

oo o o

CM

Claims (29)

25

1. Painettu ohutparisto, joka käsittää katodi- ja anodielektrodit (3, 7), jotka on varustettu päätteillä ulkoiseen piihin kytkemiseksi, niiden välisen erottimen (4, 6), 5 elektrolyytin (5), jossa paristossa erottimen toiselle puolelle on levitetty anodielekt-rodimateriaalia (3) ja erottimen vastakkaiselle puolelle on levitetty katodielektro-dimateriaalia (7), tunnettu siitä, että päätteet ovat pariston samalla puolella, 10 anodielektrodi (3), joka on painettuna erottimelle (4) ja toimii yhdistettynä anodi- ja kollektorikerroksena, on kuivaaja hydrofobista ja anodielektrodi erottimineen käsittää: paperierotinalustan, sideaineen, 15 anodiaktiivisen materiaalin, ja johtavan materiaalin joka on integroituna anodiaktiiviseen materiaaliin, ja siitä, että johtava materiaali, anodiaktiivinen materiaali, ja sideaine on valittu siten, että ne muodostavat kalvon alustan päälle kuivauksen yhteydessä mainittujen materiaalien ja mainitun sideaineen ja liuottimen sekoittamisen jälkeen. 20

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen painettu ohutparisto, tunnettu siitä, että anodiaktiivinen materiaali (3) sisältää metallijauhetta.

^ 3. Patenttivaatimuksen 2 mukainen painettu ohutparisto, tunnettu siitä, o ^ 25 että mainittu metallijauhe sisältää metallia, joka on valittu seuraavasta luettelosta: ^ sinkki, nikkeli, magnesium, kupari, rauta ja alumiini. 0 cc

4. Patenttivaatimuksen 1 mukainen painettu ohutparisto, tunnettu siitä, g että johtava materiaali on valittu seuraavasta luettelosta: hiili, hiilimusta, hiilen na- g 30 noputki, hiilikalvo, grafiittikalvo ja hopea, o (M 26

5. Jonkin patenttivaatimuksen 1 - 4 mukainen painettu ohutparisto, t u n n e 11 u siitä, että sideaine on termoplastinen hartsi tai epoksihartsi, ja liuotin on orgaaninen liuotin, joka sisältää orgaanista asetaattia tai alkoholia.

6. Jonkin patenttivaatimuksen 1 - 5 mukainen painettu ohutparisto, t u n n e 11 u siitä, että kuivassa anodimustekalvossa, jonka paksuus on 20 mikronia, neliö-vastus on alle 80 O.

7. Jonkin patenttivaatimuksen 1 - 6 mukainen painettu ohutparisto, t u n n e 11 10 u siitä, että kuivassa anodimustekalvossa, jonka paksuus on 20 mikronia, neliö- vastus on alle 25 Ω.

8. Jonkin patenttivaatimuksen 1 - 7 mukainen painettu ohutparisto, t u n n e 11 u siitä, että kuivassa anodimustekalvossa, jonka paksuus on 20 mikronia, neliö- 15 vastus on alle 15 Ω.

9. Jonkin patenttivaatimuksen 1 - 8 mukainen painettu ohutparisto, t u n n e 11 u siitä, että paristo käsittää ylimääräisen kerroksen johtavaa hiilimustetta, joka on painettu kuivan anodikerroksen päälle johtavuuden parantamiseksi. 20

10. Jonkin patenttivaatimuksen 1 - 9 mukainen painettu ohutparisto, tunnettu siitä, että patterissa anodimateriaali (3) on yhdellä erottimella (4) ka katodimateri-aali (7) toisella erottimella (6) ja niiden välissä on elektrolyyttiä (5) δ ^ 25

11. Jonkin patenttivaatimuksen 1 - 10 mukainen painettu ohutparisto, t u n n e 11 ^ u siitä, että katodielektrodi (7) on kerros, jossa on katodiaktiivista materiaalia ja ° johtavaa hiilijauhetta. CC CL

12. Jonkin patenttivaatimuksen 1-11 mukainen painettu ohutparisto, t u n n e 11 g 30 u siitä, että katodiaktiivinen materiaali on mangaanidioksidia (Mn02). o (M 27

13. Menetelmä painetun ohutpariston valmistamiseksi, joka käsittää elektrodeja, jotka on varustettu päätteillä ulkoiseen piiriin kytkemiseksi, niiden välisen erottimen (4, 6) ja elektrolyyttiä (5), tunnettu siitä, että a) valmistetaan anodimateriaali saamalla aikaan alusta, anodiaktiivinen materiaali, 5 johtava materiaali, liuotin ja sideaine, b) sekoitetaan mainittu liuotin, mainittu sideaine, mainittu anodiaktiivinen materiaali ja mainittu johtava materiaali anodimusteen muodostamiseksi, c) levitetään mainittu anodimuste mainitun alustan päälle, kuivataan mainittu ano-dimuste mainitun alustan päälle, ja reaktiona mainittuun kuivaukseen mainittu 10 liuotin haihtuu ja mainittu anodimuste muodostaa kalvon mainitun alustan päälle, d) levitetään vaiheen c) valmistettu anodimateriaali erottimen päälle, e) painatetaan elektrolyyttiliuos erottimen päälle, jonka päällä anodimateriaali on, f) levitetään katodimateriaali kollektorimateriaalin ja erottimen väliin, g) anodin, elektrolyytin, katodin ja kollektorimateriaalien levityksen jälkeen esillä 15 olevissa vaiheissa suoritetaan yhdistäminen, h) levitetään kansimateriaali esillä olevissa vaiheissa valmistettujen paristokerros-ten päälle.

14. Patenttivaatimuksen 13 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että mene-20 telmässä sekoitetaan etukäteen johtava materiaali, liuotin ja sideaine johtavan musteen muodostamiseksi.

15. Patenttivaatimuksen 14 mukainen menetelmä painetun ohutpariston valmis- ^ tamiseksi, tunnettu siitä, että johtava muste on hiilimustetta tai hopeamustet- ™ 25 ta. cv

16. Patenttivaatimuksen 13 mukainen menetelmä painetun ohutpariston valmis- Er tamiseksi, tunnettu siitä, että kalvo on hydrofobinen. 00 oo 00 g 30

17. Jonkin patenttivaatimuksen 13 -16 mukainen menetelmä painetun ohutpa- O cv riston valmistamiseksi, tunnettu siitä, että kalvo on kuiva anodimustekalvo. 28

18. Patenttivaatimuksen 13 mukainen menetelmä painetun ohutpariston valmistamiseksi, tunnettu siitä, että anodiaktiivinen materiaali sisältää metallijauhet-ta.

19. Patenttivaatimuksen 13 mukainen menetelmä painetun ohutpariston valmis tamiseksi, tunnettu siitä, että menetelmässä valitaan johtava materiaali, anodiaktiivinen materiaali, liuotin ja sideaine, jotta muodostuu kuiva anodimustekalvo anodiaktiivista materiaalia varten kuivauksen yhteydessä.

20. Patenttivaatimuksen 13 mukainen menetelmä painetun ohutpariston valmis tamiseksi, tunnettu siitä, että levitettäessä mainittua anodimustetta mainitun alustan päälle anodiaktiivisen materiaalin määrä levitetyssä musteessa on 4-20 mg/cm2.

21. Patenttivaatimuksen 13 mukainen menetelmä painetun ohutpariston valmis tamiseksi, tunnettu siitä, että levitettäessä mainittua anodimustetta mainitun alustan päälle anodiaktiivisen materiaalin määrä levitetyssä musteessa on 8-12 mg/cm2.

22. Patenttivaatimuksen 13 mukainen menetelmä painetun ohutpariston valmis tamiseksi, tunnettu siitä, että levitettäessä mainittua anodimustetta mainitun alustan päälle anodiaktiivisen materiaalin määrä levitetyssä musteessa on noin 10 mg/cm2 mainitusta alustasta. δ ^ 25

23. Jonkin patenttivaatimuksen 13-22 mukainen menetelmä ohutpainetun pa- ^ riston valmistamiseksi, tunnettu siitä, että mainittu anodiaktiivinen materiaali h- on sinkki. CC Q_

24. Patenttivaatimuksen 13 mukainen menetelmä painetussa ohutparistossa g 30 käytettävän anodin valmistamiseksi, tunnettu siitä, että valitaan sellainen jollei (M 29 tava materiaali sekoitettavaksi anodiaktiivisen materiaalin kanssa, että yhdistelmä muodostaa hydrofobisen pinnan anodia varten kuivauksen yhteydessä.

25. Patenttivaatimuksen 13 mukainen menetelmä painetun ohutpariston valmis-5 tamiseksi, tunnettu siitä, että mainittu kuivaus suoritetaan 110-140 °C:ssa 2- 20 minuutin ajan.

26. Patenttivaatimuksen 13 mukainen menetelmä painetussa ohutparistossa käytettävän anodin valmistamiseksi, tunnettu siitä, että mainittu kuivaus suo- 10 ritetaan noin 130 °C:ssa noin 10 minuutin ajan.

27. Jonkin patenttivaatimuksen 13-26 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että kansimateriaaliin muodostetaan reikiä molempia päätteitä varten pariston samalle puolelle ulkoiseen piiriin kytkemiseksi. 15

28. Jonkin patenttivaatimuksen 13-27 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että anodimateriaali valmistetaan ja painatetaan erottimen päälle vaiheiden a)- d) mukaisesti ja kuivataan etukäteen ja varastoidaan ennen siirtymistä vaiheeseen e). 20

29. Jonkin patenttivaatimuksen 13-28 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että valmistettu tuote kerätään telalle. δ CM CM O X cc CL 00 oo oo tn oo o o CM 30