FI130542B - Pinnoitettu, painettu patteri ja sen valmistusmenetelmä - Google Patents

Pinnoitettu, painettu patteri ja sen valmistusmenetelmä Download PDF

Info

Publication number
FI130542B
FI130542B FI20205192A FI20205192A FI130542B FI 130542 B FI130542 B FI 130542B FI 20205192 A FI20205192 A FI 20205192A FI 20205192 A FI20205192 A FI 20205192A FI 130542 B FI130542 B FI 130542B
Authority
FI
Finland
Prior art keywords
cell
electrochemical cell
layer
electrolyte
printed
Prior art date
Application number
FI20205192A
Other languages
English (en)
Swedish (sv)
Other versions
FI20205192A1 (fi
Inventor
Timo Tarvainen
Timo Peltoniemi
Original Assignee
Elcoflex Oy
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 Elcoflex Oy filed Critical Elcoflex Oy
Priority to FI20205192A priority Critical patent/FI130542B/fi
Priority to PCT/FI2021/050131 priority patent/WO2021170909A1/en
Publication of FI20205192A1 publication Critical patent/FI20205192A1/fi
Application granted granted Critical
Publication of FI130542B publication Critical patent/FI130542B/fi

Links

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
    • H01M4/24—Electrodes for alkaline accumulators
    • 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
    • H01M50/489—Separators, membranes, diaphragms or spacing elements inside the cells, characterised by their physical properties, e.g. swelling degree, hydrophilicity or shut down properties
    • H01M50/491—Porosity
    • 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
    • H01M10/0468—Compression means for stacks of electrodes and separators
    • 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
    • H01M10/056—Accumulators with non-aqueous electrolyte characterised by the materials used as electrolytes, e.g. mixed inorganic/organic electrolytes
    • H01M10/0564—Accumulators with non-aqueous electrolyte characterised by the materials used as electrolytes, e.g. mixed inorganic/organic electrolytes the electrolyte being constituted of organic materials only
    • H01M10/0565—Polymeric materials, e.g. gel-type or solid-type
    • 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
    • H01M10/056—Accumulators with non-aqueous electrolyte characterised by the materials used as electrolytes, e.g. mixed inorganic/organic electrolytes
    • H01M10/0564—Accumulators with non-aqueous electrolyte characterised by the materials used as electrolytes, e.g. mixed inorganic/organic electrolytes the electrolyte being constituted of organic materials only
    • H01M10/0566—Liquid materials
    • H01M10/0568—Liquid materials characterised by the solutes
    • 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
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/24—Alkaline accumulators
    • H01M10/32—Silver accumulators
    • 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
    • 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
    • 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
    • H01M4/0407—Methods of deposition of the material by coating on an electrolyte layer
    • 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
    • H01M4/0414—Methods of deposition of the material by screen printing
    • 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
    • H01M4/0438—Processes of manufacture in general by electrochemical processing
    • H01M4/044—Activating, forming or electrochemical attack of the supporting material
    • H01M4/0442—Anodisation, Oxidation
    • 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
    • H01M4/0438—Processes of manufacture in general by electrochemical processing
    • H01M4/045—Electrochemical coating; Electrochemical impregnation
    • 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
    • H01M4/0438—Processes of manufacture in general by electrochemical processing
    • H01M4/045—Electrochemical coating; Electrochemical impregnation
    • H01M4/0452—Electrochemical coating; Electrochemical impregnation from solutions
    • 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
    • H01M4/242—Hydrogen storage 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
    • H01M4/244—Zinc 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
    • H01M4/28—Precipitating active material on the carrier
    • H01M4/29—Precipitating active material on the carrier by electrochemical methods
    • 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
    • H01M4/362—Composites
    • H01M4/366—Composites as layered products
    • 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
    • H01M4/661—Metal or alloys, e.g. alloy coatings
    • 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
    • H01M4/661—Metal or alloys, e.g. alloy coatings
    • H01M4/662—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
    • H01M4/64—Carriers or collectors
    • H01M4/66—Selection of materials
    • H01M4/663—Selection of materials containing carbon or carbonaceous materials as conductive part, e.g. graphite, carbon fibres
    • 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
    • H01M4/665—Composites
    • H01M4/667—Composites in the form of layers, e.g. coatings
    • 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
    • H01M6/045—Cells with aqueous electrolyte characterised by aqueous electrolyte
    • 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
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/12—Supports; Mounting means
    • H01Q1/22—Supports; Mounting means by structural association with other equipment or articles
    • H01Q1/2208—Supports; Mounting means by structural association with other equipment or articles associated with components used in interrogation type services, i.e. in systems for information exchange between an interrogator/reader and a tag/transponder, e.g. in Radio Frequency Identification [RFID] systems
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/44—Details of, or arrangements associated with, antennas using equipment having another main function to serve additionally as an antenna, e.g. means for giving an antenna an aesthetic aspect
    • 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)
  • Composite Materials (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • Cell Electrode Carriers And Collectors (AREA)
  • Primary Cells (AREA)
  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)

Abstract

Esillä olevassa keksinnössä esitellään painettu patteri (10, 20, 30, 40). Patterissa ainakin toinen elektrodi valmistetaan elektrolyyttisesti pinnoittamalla (14, 27, 33). Toinen elektrodi voidaan valmistaa pastamaisesta materiaalista (12, 23, 36) painamalla. Pinnoitemateriaali (14, 27, 33) voi olla sinkkiä anodissa, ja katodin puolella virrankeräin voi koostua hiilestä (22) ja/tai hopeasta (21). Kuumasulatusprosessilla voidaan kiinnittää muovi- tai alumiinikalvo (42) rakenteen päälle hermeettiseksi suojaksi. Keksinnön periaatteella voidaan valmistaa myös UHF-tägi, jossa pinnoitettu elektrodi toimii RF-säteilijänä.

Description

PINNOITETTU, PAINETTU PATTERI JA SEN VALMISTUSMENETELMÄ
Tekniikan ala
Keksintö liittyy painettaviin sähköisiin rakenteisiin, ja etenkin painettaviin sähköä va- rastoiviin rakenteisiin eli painettuihin akkuihin tai pattereihin, joilla on lisäksi mahdol- — lisesti jousto-ominaisuuksia.
Keksinnön tausta
Nykyisissä painettavasti valmistettavissa akku- eli ts. patterirakenteissa on ollut mo- nia rakenteellisia, valmistusteknisiä ja ominaisuuksiin liittyviä ongelmia, ja samoin kustannuksiin liittyviä haasteita. Näitä käsitellään seuraavassa, yleisen rakenneku- — vauksen ohella.
Painettu patteri koostuu yleensä anodipastasta ja katodipastasta sekä elektrolyy- tistä, joka kuljettaa ioneja elektrodien välillä. Näiden lisäksi rakenteessa voi olla mu- kana virrankeräimet, ellei elektrodi itse toimi virrankeräimenä hyvän johtavuutensa vuoksi. Kaupallisissa pattereissa on yleensä joko metalli- tai muovikuori, joka sitoo — materiaalit paketiksi ja tekee rakenteen ilmatiiviiksi.
Painettu rakenne voi olla koplanaarinen (engl. coplanar; samassa tasossa oleva) tai ns. stäkki (engl. stack; pinomainen, pinottu tai kerrosmainen). Kun pyritään ohueen rakenteeseen, on koplanaarinen parempi, mutta se käyttää suuremman pinta-alan — kuin stäkki. Parempi kapasiteetti ja pienempi sisäinen vastus saadaan stäkkiraken- teella, mutta paksut anodi- ja katodikerrokset vaikeuttavat valmistusta. Suurin ra- kenteellinen ongelma on sekä sisäinen että kerrosten välinen adheesio (eli tarttu- vuus) ja toisaalta kerrosten murtuminen. Tavoitteena on saada aikaan ohut ja tai-
N puisa rakenne, jonka kapasiteetti on mahdollisimman suuri. Edellisistä seikoista joh-
N 25 — tuen painettujen rakenteiden kapasiteetti on yleensä murto-osa teoreettisesta ts. <Q laskennallisesta kapasiteetista.
N
E Painettavissa pastoissa käytetään yleisesti sideaineita, jotka pitävät pastan ka-
N sassa, mutta samalla heikentävät kapasiteettia. Tyypillinen anodipasta sisältää 50 2 30 —85% sinkkipartikkeleita, jotka sidotaan esim. CMC:llä (ts. karboksimetyyliselluloo-
S salla) toisiinsa. Koska painetussa patterissa ei ole mahdollista sitoa rakennetta ul-
N koisilla tavoilla, tulee sideaineen olla riittävän hyvä myös seuraavien kerrosten eli elektrolyytin ja katodipastan painamista varten. Geelimäisen elektrolyytin käyttö li- sää valmistusteknisiä ongelmia erityisesti stäkkirakenteessa. Kiinteä elektrolyytti on mekaanisesti kestävämpi ratkaisu, mutta sen ongelmana on heikko ionijohtavuus, mikä lisää sisäistä resistanssia ja rajoittaa kapasiteettia.
Tunnetussa tekniikassa on esitelty julkaisu EP 1655794 (”Chen 1”) marraskuulta 2004. Chen 1 kuvaa stack-tyyppistä piirilevyrakennetta, jossa patenttivaatimukset 7—12 käsittelevät sekundääristä patteria. Rakenne käsittää molemmat elektrodit substraatti & metallikalvo -tyyppisinä rakenteina. Elektrodikerrosten välissä on piiri- levykerros laminoituna kerroksena. Tuplaelektrodirakenne ja elektrolyytti ovat suo- jakuoren sisällä. Substraatti voi olla perinteistä PCB-materiaalia, mutta se voi olla — myös joustavaa, rullattavissa olevaa materiaalia. Anodi/katodimetalleina käytetään kuparia ja alumiinia. Piirilevykerros voi olla ns. FPC-piiriä eli joustavaa piirilevyä.
Chen 1:n esimerkissä tekstin lopussa anodi ja katodi mainitaan molemmat pasta- tyyppisinä materiaaleina.
Toisessa julkaisussa US 2016/0308173 (”Neudecker”) mainitaan kpl:ssa [0051], — että katodi voi olla asetettu substraatille esim. slurry coating-periaatteella, joka on yksi ”non-vapor phase deposition method”:eista (tapoja listattu lukuisia). Kpl:t
[0052]-[0057] myös kuvaavat katodipastaan liittyviä asioita. Anodi puolestaan kpl:sta [0071] lähtien mainitaan tehtävän esim. sputteroinnilla tai CVD-menetelmällä (ts. kemiallinen kaasufaasipinnoitus; engl. Chemical Vapour Deposition). Jousta- — vuus mainitaan kpl:ssa [0088] kahdessa kohtaa. Neudeckerin ongelmana on, että se toteutetaan ohutkalvoilla, joilla ei saada riittävää kapasiteettia ja tähän liittyvät valmistusprosessit ovat kalliita. Lisäksi Neudecker käyttää höyrystettyä elektrolyyt- tiä, jossa höyrystäminen on kallis tapa lisätä materiaalia.
Tunnetun tekniikan painettuihin pattereihin liittyy siis monia merkittäviä ongelmia, — jotka liittyvät sekä valmistustekniikkaan, kustannuksiin että tuotteistamiseen, ja
N myös tuotteiden haluttuihin ominaisuuksiin.
N
S Yhteenveto
LO
- Esillä olevassa keksinnössä on ratkottu mainittuja ongelmia esittelemällä uuden- = tyyppinen painettu patterirakenne. > 30 Toisin sanoen, esillä olevassa keksinnössä esitellään painettu patteri, eli ts. sähkö-
S kemiallinen kenno. Kennon tunnusmerkkinä on se, että ainakin yksi kennon elekt-
N rodeista on valmistettu pinnoittamalla elektrolyyttisesti metallia johtavan kerroksen päälle, jossa kenno on valmistettu joustavalle alustalle.
Esillä olevan keksinnön mukaisen sähkökemiallisen kennon eräässä sovelluksessa kennon rakenne on koplanaarinen.
Keksinnön eräässä sovelluksessa kennon rakenne on kerrosmainen.
Keksinnön eräässä sovelluksessa elektrolyytti on painettu tai dispensoitu pinnoite- — tun kerroksen päälle valmistetun huokoisen separaattorikerroksen päälle.
Keksinnön eräässä sovelluksessa kenno on suojattu metalloidulla kalvolla tai PET- muovikalvolla siten, että kalvo kiinnitetään liimalla alimpaan johtavaan kerrokseen.
Keksinnön eräässä sovelluksessa metalloitu kalvo on alumiinia.
Keksinnön eräässä sovelluksessa mainittu alin johtava kerros on kuparia. —Keksinnön eräässä sovelluksessa elektrolyyttisesti valmistettu pinnoite on sinkkiä.
Keksinnön eräässä sovelluksessa johtavan kerroksen päälle muodostetaan mes- sinkikerros ennen elektrolyyttistä pinnoittamista metallilla.
Keksinnön eräässä sovelluksessa toinen kennon elektrodeista muodostuu pasta- maisesta levitettävästä materiaalista. — Keksinnön eräässä sovelluksessa elektrolyytti valmistetaan painamalla tai dispen- soimalla, ja elektrolyytti on joko kiinteä elektrolyytti tai halutun aineen vesiliuos.
Keksinnön eräässä sovelluksessa elektrolyytti on kaliumhydroksidin, KOH, vesi- liuos.
Keksinnön eräässä sovelluksessa koplanaarisessa rakenteessa painetun elektro-
O CL . . oo s NN o
N 20 — lyytin päälle tai kerrosmaisessa rakenteessa katodin virrankeräimen päälle on sijoi- & tettu dielektrinen suojaava kerros. <Q
O Keksinnön eräässä sovelluksessa pinnoitettu elektrodi on muotoiltu siten, että se
I toimii radiotaajuisena säteilijänä. =
N Keksinnön eräässä sovelluksessa kennon seed-layerin materiaali on RA-kuparia o 25 (Rolled Annealed copper).
O
N Keksinnön eräässä sovelluksessa ainakin yksi kennon elektrodeista on seos, yhdis- telmä tai laminoitu rakenne ensimmäisen metallin elektrolyyttisesti valmistetusta pinnoitteesta ja ensimmäisen metallin painamalla valmistettavasta, pastamaisesta oksidista, ja kenno on järjestetty valmistuksen yhteydessä ladattavaksi olennaisesti täyteen kapasiteettiin.
Keksinnön eräässä sovelluksessa katodin virrankeräin voidaan valmistaa hopeasta tai hiilestä, tai päällekkäisestä hopeakerroksesta ja hiilikerroksesta.
Piirustusten lyhyt kuvaus
Kuvio 1 esittää keksinnön erästä esimerkkiä perusrakenteen leikkauskuvana ilman suojakalvoa,
Kuvio 2 esittää esimerkkiä koplanaarisen painetun rakenteen kerroksista, — Kuvio 3 esittää esimerkkiä alkalisen sinkki-hopea-kennon (Zn-Ag) rakenteesta ku- parin (Cu) päällä, pinotyyppisenä eli ns. stäkkirakenteena,
Kuvio 4 esittää esimerkkiä painetun patterin hermeettisestä suojauksesta ns. hot- melt-prosessin avulla ja
Kuviot 5A-K esittävät esimerkkirakenteita painetusta patterista, jossa pinnoitettu — elektrodi toimii RF-säteilijänä.
Keksinnön yksityiskohtainen selostus
Esillä olevassa keksinnössä tuodaan esille edullisempi ratkaisu painetulle patterille, ts. painamalla valmistetulle akulle, patterille tai muulle vastaavalle sähköenergiaa varastoivalle laitteelle. Myöhemmin puhutaan myös kennoista tai akkukennoista, > 20 joka tarkoittaa myös em. laitteita.
O
N Koska patterissa optimaalisin anodimateriaali on puhdasta metallia, on edullista <Q tehdä anodi pinnoittamalla puhdasta metallia johtavan kerroksen päälle. Keksinnön
N eräässä sovelluksessa näin tehdäänkin. Pinnoitus voidaan tehdä valitulla höyrys-
E tysmenetelmällä usean eri höyrystysmenetelmän joukosta, kuten esimerkiksi
N 25 ALD:llä (engl. atomic layer deposition) tai vaihtoehtoisesti sputteroimalla (engl. sput- - tering), mutta elektrolyyttinen pinnoitus on edullisempi ja yleisesti käytetty mene-
Q telmä teollisuudessa. Se voidaan toteuttaa myös rullaprosessina normaalissa atmo-
O
N sfäärissä ja sillä saadaan helposti tuotettua anodin vaatima metallikerros johtavan ns. seed-layerin (ns. aloituskerros) päälle lisäämällä prosessiin ns. tankkeja tarvit- — tavamäärä. Edullisin seed-layerin materiaali on kupari silloin, kun kuparia käytetään myös muihin osiin, kuten virtapiirin ja antennin valmistukseen. Seed-layer voi olla myös grafiitti- tai muu johtava polymeeripasta tai johtava muovi edellyttäen, että ma- teriaalin johtavuus riittää elektrolyysin käynnistymiseen. Seed-layer voi olla myös höyrystämällä tai sputteroimalla valmistettu. 5
Stäkkirakenteessa pinnoitetun anodin päälle lisätään joko laminoimalla tai paina- malla huokoinen separaattorikalvo (ts. separaattori tai separaattorikerros), jonka tar- koitus on sitoa elektrolyytti ja estää metallista kasvavien dendriittien muodostumi- nen. Stäkkirakenteessa katodipasta painetaan edelleen separaattorikalvon päälle.
Pinnoitetun anodin käyttö on myös mahdollista koplanaarisessa rakenteessa, ja täl- löin katodi painetaan anodin rinnalle ja elektrolyytti näiden molempien päälle.
Kuviossa 1 on esitetty yksi mahdollinen sinkkimangaanipatterin (Zn-Mn) 10 ra- kenne koplanaarisena. Patterin 10 (eli kennon) rakenteessa alimmaisena näkyy ho- — peasta ja hiilestä tässä esimerkissä valmistettava virrankeräin 11 (engl. current col- lector). Tämä virrankeräin voi olla siis muodostettu siten, että alempana on hopea- kerros (Ag), jonka päälle on sijoitettu hiilestä muodostettu virrankeräinkerros (C).
Positiivinen akkunapa 15 on tässä esimerkissä ensimmäisellä kuparijohtimella 17 kytketty virrankeräimeen 11. Virrankeräimen 11 päällä on katodipasta 12, joka ei — siis ulotu koko rakenteen leveydelle, kuten ei myöskään virrankeräin 11. Koska ra- kenne on koplanaarinen, osien 11 ja 12 vieressä suunnilleen samassa tasossa on katodipastasta katsoen erilliseksi sijoitettu sinkkilevy 14, joka toimii anodina. Zn- anodin 14 alapuolella on kuparinen virrankeräin 19. Eräässä sovelluksessa voidaan ajatella, että Cu-virrankeräin 19 on ikään kuin substraatti, ja anodin 14 muodostaa —tämän substraatin päälle muodostettu pinnoite, joka voi olla sinkkiä. Näin muodos- tuu Zn-anodi 14 Cu-virrankeräimen 19 päälle, jossa anodi 14 ei kuitenkaan fyysisesti
S ole kontaktissa osiin 11 tai 12. Virrankeräimen 19 kytkentäjohtimena negatiiviseen
N akkunapaan 16 toimii toinen kuparijohdin 18. Lopuksi katodipastan 12 ja sink-
N kianodin 14 päälle on sijoitettu tasomainen koko rakenteen leveyden suuruinen 0 30 — elektrolyyttikerros 13. Elektrolyyttikerros 13 on kontaktissa sekä katodiin 12 että
I anodiin 14. Koska rakenne on koplanaarinen, sen paksuus voidaan pitää suhteelli- - sen ohuena. & 3 Mahdollisia sinkkipinnoitteen 14 valmistustapoja Cu-virrankeräimen 19 päälle on ku-
S 35 — vattu yksityiskohtaisemmin myöhemmin.
Kuviossa 2 on kuvattuna eräs keksinnön mukainen koplanaarinen esimerkkira- kenne 20 (eli kenno) kerrokset eriteltynä, ja nähtynä suoraan sivulta poikkileikkaus- kuvana. —Katodin virrankeräimen (kuviossa 2 vasemmalla) muodostavat kerrokset hopeaa 21 ja hiiltä 22, jossa hopeakerros on alempana. Hiilikerroksen 22 päälle voidaan sijoit- taa katodipasta 23. Vastaavan anodin puolen (kuviossa oikealla) muodostavat ku- parinen virrankeräin 26, jonka päällä on pinnoitteena sinkkikerros, jossa Zn siis muodostaa anodin 27. Katodipastan yläreuna voi olla samalla korkeudella kuin sink- — kisen anodin yläreuna, mutta näin ei tarvitse olla (kuten kuviossa). Näiden molem- pien osien 23, 27 päälle voidaan painaa elektrolyytti 24, jonka materiaalista ku- vaamme myöhemmin erilaisia esimerkkejä. Lopuksi painetun elektrolyytin 24 päälle sijoitetaan dielektrinen suojaava kerros 25. — Eräänä keksinnön vaihtoehtona on lisätä elektrolyytti 24 painamisen sijasta dispen- soimalla.
Kun patteri integroidaan piirilevyrakenteeseen, on edullista käyttää kuparijohdinta myös virrankeräimenä. Keksinnön eräässä sovelluksessa valitaankin kupari virran- — keräimen materiaaliksi. Alkalipatterissa kupari saattaa reagoida elektrolyytin kanssa ja lyhentää elinikää (alkaliparisto perustuu sinkin ja mangaanidioksidin, MnO>, väli- seen reaktioon). Sinkin avulla on mahdollista muodostaa messinkikerros (messinki on kuparin ja sinkin seos halutulla sekoitussuhteella) kuparin ja sinkin väliin, joka estää kuparin korroosion. Tällöin sinkin pinnoitus pitää tehdä kahdessa osassa, joi- den valissa sinkki muunnetaan messingiksi korkean lämmön tai muun suuritehoisen energian, kuten valosintrauksen (engl. fotonic sintering), plasma- tai koronakäsitte-
S lyn avulla, keksinnön eräässä sovelluksessa.
O
N
N Kuviossa 3 esitetään puolestaan esimerkki alkalisen Zn-Ag-kennon rakenteesta 0 30 — kuparin päällä, pinotyyppisenä eli ns. stäkkirakenteena. Rakenne kuvaa siis kennoa
I 30, nähtynä suoraan sivulta poikkileikkauskuvana. Anodiin liittyvä virrankeräin 31a = on alimpana vasemmalla, ja tämä toimii patterin miinuselektrodina. Tämän päälle & on sijoitettu messinkikerros 32a. Messingin 32a päälle voidaan pinnoittaa sinkkiä
S tiivis kerros halutulla menetelmällä, eli näin syntyy pinnoitettu sinkkikerros 33, joka
S 35 — toimii anodina. Virrankeräimen (-) 31a, messinkikerroksen 32a ja sinkkikerroksen 33 ympärille valmistetaan separaattorikalvo 34, jonka tehtävä on erottaa anodi 33 ja katodi 36, mutta kuitenkin mahdollistaa varauskuljettajien kulku lävitseen. Tässä rakenteessa separaattorikalvo 34 on siis huokoinen ja kyllästetty elektrolyytillä, eli kaliumhydroksidilla (KOH). Varsinainen elektrolyytti (tässä esimerkissä siis kalium- hydroksidia) näkyy alueissa 35a ja 35b, eli elektrolyytti leviää näistä alueista kylläs- tämään alapuolellaan ja sivuillaan olevan separaattorikalvon 34 alueen. —Separaattorikalvon 34 päälle ja myös sivulle (ml. elektrolyyttialueet 35a—b) asetel- laan tämän jälkeen katodipasta 36. Katodin virrankeräin 37 puolestaan valmistetaan katodipastan 36 päälle ja myös sivulle. Katodin virrankeräin 37 on tässä esimerkissä hopeaa (Ag). Katodin virrankeräimen 37 jälkeen tulevat vielä messinkikerros 32b, ja virrankeräin 31b, jossa jälkimmäinen toimii patterin pluselektrodina. Katodin virran- — keräimen 37 päälle rakenteen päällimmäiseksi kerrokseksi voidaan sijoittaa vielä dielektrinen suojaava kerros 38.
Alkalinen elektrolyytti 35a—b mahdollistaa siis kuvion 3 mukaisen alkalisen 2Zn-Ag- kennon eli -patterin.
On huomattavaa, että kuvion 3 rakenne ja materiaalivalinnat ovat vain eräs mahdol- linen esimerkki. Samoin mitat kuviossa ovat vain suuntaa antavia, ja monet muutkin mittasuhteet osien välillä ovat mahdollisia. — Seuraavaksi esitetään esimerkki painetun patterin hermeettisestä suojaamisesta kuumasulatusprosessin (engl. "hot-melt process”) avulla ja viittaamme kuvioon 4.
Kuvio 4 esittää siis suoraan ylhäältä päin sähkökemiallista kennoa 40. Käyttämällä alapuolista kuparikerrosta 41 hermeettisenä suojana ja lisäämällä patterin päällim- mäiseksi suojaavaksi kerrokseksi esim. muovi- tai alumiinikalvo 42, saadaan patte- — rista hermeettisesti suojattu. Muovi voi olla PET-muovia. Suojaus voidaan prässätä alustaan kuumasulatusliimalla 43 (eli engl. hot-melt adhesive) tai vastaavan tyyppi-
S sellä materiaalilla kuvion 4 mukaisesti (pilkutetut alueet). Kuumasulatusalueet 43
N (ts. hot-melt-tyyppiset materiaalialueet) voidaan painaa rullaprosessissa ja PET/AI-
N kalvo 42 voidaan laminoida kohdistettuna myös rullaprosessissa. Osa 44 on positii- 0 30 vinen elektrodi ”+” (esim. hiiltä; vinoviivoitettu alue), ja varsinaisesta kuparikerrok-
I sesta 41 erkaneva kuparinen alue voi toimia samalla negatiivisena elektrodina ”—”. a & Primäärikennossa anodi sisältää metallia ja katodi metallioksidia. Sekundääriken-
S nossa on mahdollista valmistaa myös katodi pinnoittamalla puhdasta metallia, joka
S 35 — latausprosessissa oksidoidaan. Tällöin anodin tulee olla johtavaa metallioksidia, esi- merkiksi ZnO + Zn tai ZnO + hiili (Sup-P). Latausprosessi voidaan tehdä ennen lo- pullista valmistusta ns. bulkkina, tai se voidaan tehdä valmiille kennolle. Pinnoitta- malla molemmat elektrodit, esimerkiksi katodi hopealla ja anodi sinkillä sekä lisäämällä anodille johtava ZnO-kerros, saadaan aikaan ladattava kenno eräässä keksinnön esimerkissä. Käyttämällä piirilevytekniikasta sinänsä tunnettuja väliaikai- sia maskeja on mahdollista pinnoittaa molemmat elektrodit samalle substraatille erikseen eri metalleilla. Edellä kuvatulla tavalla on mahdollista tehdä hybridikenno, joka on osittain primäärikenno, mutta jota voidaan myös ladata. Siinä voi olla pin- noitettu sinkki + painettu ZnO-pasta anodilla, ja hopea + hopeaoksidi katodilla. Kun kennoa ladataan, pelkistyy ZnO anodilla sinkiksi (Zn) samalla, kun hopea (Ag) oksi- doituu ensin monovalenttiseksi ja seuraavassa vaiheessa divalenttiseksi hopeaok- sidiksi (Ag20). Tällaisen hybridikennon etuna on elektrodien hyvä johtavuus ja pa- rempi mekaaninen lujuus kuin pelkästään painetuilla pastoilla valmistetuilla ken- noilla.
Kennolle on tunnusomaista se, että se on ladattavissa, mutta sillä on jo osittainen lataus (ts. se on jo osittain ladattu) valmistusprosessin ansiosta. Ratkaisu parantaa — kennon mekaanista lujuutta. Useimmat patterirakenteet ovat ns. katodirajoitteisia.
Koska katodimateriaalit ovat yleensä puolijohtavia metallioksideja, on niiden johta- vuus heikompi kuin metallisten anodien. Katodipastaan on lisättävä johtavaa hiiltä ja usein myös elektrolyyttiä, jotta ionien liikkuvuus katodissa paranee. Painetussa katodissa on oltava myös sideainetta, jolla pasta saadaan kiinni virrankeräimeen —(koplanaarinen rakenne) tai separaattoriin (stäkkirakenne) ja sideaineen tarttuvuus em. pintoihin on patterin toiminnan kannalta oleellista. Erityisesti stäkkirakenteessa pinnoitetulla anodilla saavutetaan parempi mekaaninen lujuus verrattuna rakentee- seen, jossa molemmat elektrodit ovat pastoja. Jos rakenteeseen tehdään kuvion 4 mukaisesti kiinnityspisteitä separaattoriin, voidaan hot-melt-tyyppisessä proses- — sissa kiinnittää suojakalvo ko. alueisiin separaattorissa, mikä tekee rakenteen kes- tävämmäksi tässä keksinnön sovelluksessa. Tällä menetelmällä voidaan elektro-
S lyytti ja katodipasta sitoa paremmin alustaan, mutta samalla menetetään kiinni-
N tysalueiden verran tehollista pinta-alaa. Sama menetelmä toimii myös koplanaari-
N sessa rakenteessa. 0 30
I Keksinnön eräässä esimerkissä elektrodimateriaali voi olla myös sekoitus elektro- = lyyttisesti pinnoitetusta materiaalista ja painetusta materiaalista. Esimerkiksi pai- & nettu anodipasta voidaan vielä pinnoittaa sinkillä tai hopeaoksidi-katodi voidaan pin-
S noittaa hopealla. Lopputuloksena voi olla kenno, jossa molemmat elektrodit ovat
S 35 — puoliksi latautuneina. Tässä tapauksessa kenno ladataan täyteen ennen käyttöön- ottoa joko erillisessä rullaprosessissa tai valmiina kennona. Hopeaoksidikennon ta- pauksessa katodi voi olla myös sekoitus hopeaoksidia ja hopeapartikkeleita, ja anodi voi olla pinnoitettua sinkkiä ja ZnO-pastaa. Tällöin molempien elektrodien sisäinen johtavuus on hyvä, millä on positiivinen vaikutus patterin suorituskykyyn.
Toimiakseen ideaalisesti on molempien elektrodien metalli/oksidisuhde oltava tasa- painossa.
Keksinnön eräässä sovelluksessa patterin pinnoitettu elektrodi on muotoiltu siten, että se toimii radiotaajuisena säteilijänä. Tässä esimerkissä kuvataan sitä, miten kyseessä olevalla tavalla voidaan valmistaa tehokkaasti esim. aktiivinen UHF-tägi (UHF = ultrakorkeat taajuudet). Muotoilemalla patteri radiaattorin (eli säteilijän) eh- doilla saavutetaan hyvä materiaalin käyttöaste. Koska elektrodien muoto ei vaikuta patterin kapasiteettiin, ainoastaan pinta-alalla on merkitystä, ja patteri voidaan muo- — toilla kuvioiden 5A-K esimerkkien mukaisesti. Esitetyt rakenteet ja mitat ovat aino- astaan eräitä mahdollisia esimerkkejä. Koska korkeat taajuudet kulkevat vain joh- teen pinnassa (engl. ns. skin effect), on pinnoitetun metallin johtavuus painettuun ja huonosti johtavaan katodimateriaaliin verrattuna merkittävästi suurempi. Jos pinnoi- tetun alueen ns. seed-layer on kuparia, tarvitaan vain muutaman mikrometrin ker- ros kuparia, jolloin pinnoitettu metalli, kuten esim. Zn, ei enää vaikuta säteilytehoon, koska sinkin johtavuus on n. 3,5 kertaa heikompi kuin kuparin. Jos seed-layer on heikommin johtava, tarvitaan sinkkiä 4-5 um:n paksuinen kerros UHF-taajuuksilla.
Katodimateriaalin muut sähköiset ominaisuudet vaikuttavat kuitenkin radiaattorin suunnitteluun eikä niitä voida jättää huomiotta. Esim. mangaanioksidin vaimennus- — ominaisuudet kasvavat yli 1 GHz:n taajuuksilla. Markkinoilla olevat patteriavusteiset
UHF-tägit perustuvat erilliseen radiaattoriin ja erilliseen patteriin, mikä aiheuttaa yli- määräisiä kustannuksia ja vaikeuttaa tuotantovolyymien skaalausta ja lisäävät kus- tannuksia. Suunnittelussa on huomioitava patterin purkautumisesta mahdollisesti johtuvat katodin muutokset, jotka voivat aiheuttaa säteilytehon vaimentumista ja li- — säksi täytyy huomioida patteriterminaalien vaikutus itse radiaattorin toimintaan.
S
Edullisin ratkaisu on käyttää seed-layerinä ns. RA-kuparia (engl. Rolled Annealed
N copper), jolloin antennin teho on paras tägin taustapuolelta eikä pinnoituksessa syn-
LO tyvä karkea materiaalin pinta aiheuta ylimääräisiä häviöitä. Keksinnön eräässä so- - 30 — velluksessa valitaankin seed-layerin materiaaliksi RA-kupari. Tässä tapauksessa tä- = gin liima laminoidaan patterimateriaalien päälle ja tägi asennetaan tavallaan nurin-
N päin. Kun liimakerros on riittävän paksu, voidaan kyseessä oleva tägi asentaa me-
LO tallipintaan.
S
N Esillä olevan keksinnön eri sovellusmuotojen etuja käsitellään seuraavaksi. Käyttä- — mällä pinnoitettua anodia, kuten esim. sinkkiä ja pastamaista (engl. slurry) katodia,
saavutetaan seuraavia etuja. Ensinnäkin tehokkaan anodireaktion vuoksi anodin pinta-alaa voidaan pienentää ja katodin pinta-alaa voidaan kasvattaa vastaavalla määrällä. Toiseksi rakenne voidaan tehdä ohuemmaksi, mikä parantaa mekaanista kestävyyttä. Kolmanneksi rakenne on taipuisampi. Neljäntenä etuna pinnoitettuun — metalliin saadaan parempi adheesio (eli tarttuvuus) myös ns. hot-melt-prosessissa.
Tärkeimmät lisäedut ovat rullalta rullalle -prosessin mahdollistuminen (engl. R2R; roll-to-roll), ohut rakenne, korkea kapasiteetti per pinta-ala, matala sisäinen vastus ja rakenteen taipuisuus ilman murtumisen riskiä. Pinnoitetun anodin adheesio on parempi kuin painetun, mikä lisää rakenteellista lujuutta ja mahdollistaa lähes 50 % ohuemmanrakenteen kuin painettu anodi. Mikäli prosessoinnissa tarvitaan korkeita lämpötiloja, voidaan pinnoitetulle anodille valmistaa muita kerroksia korkeammissa lämpötiloissa edellyttäen, että substraatti kestää tämän. Käyttämällä polyimidi/ku- parilaminaattia, päästään lähes 300 asteeseen, jolloin on mahdollista valmistaa pat- terin yhteyteen esim. transistoreita, näyttöjä ja muita aktiivisia komponentteja.
Esillä olevaa keksintöä ei ole rajoitettu vain edellä oleviin esimerkkeihin, vaan kek- sinnön suojapiiri määräytyy oheisten patenttivaatimusten mukaisena.
O
N
O
N
N
<Q
LO
N
I
Ao a
N o
LO
O
N
O
N

Claims (17)

Patenttivaatimukset
1. Sähkökemiallinen kenno (10, 20, 30, 40), jossa ensimmäinen kennon elektro- deista on valmistettu pinnoittamalla elektrolyyttisesti metallia (14, 27, 33) johtavan kerroksen (19, 26, 31a) päälle, jossa kenno on valmistettu joustavalle alustalle, tun- — nettu siitä, että toinen kennon elektrodeista ja separaattorikerros (34) on valmistettu painamalla, ja elektrolyytti (35a—b) on painettu tai dispensoitu separaattorikerroksen (34) päälle, ja kenno on suojattu metalloidulla kalvolla tai PET-muovikalvolla (42).
2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen sähkökemiallinen kenno (10, 20, 30, 40), tunnettu siitä, että kennon rakenne on koplanaarinen.
3 Patenttivaatimuksen 1 mukainen sähkökemiallinen kenno (10, 20, 30, 40), tunnettu siitä, että kennon rakenne on kerrosmainen.
4. Patenttivaatimuksen 3 mukainen sähkökemiallinen kenno (30, 40), tunnettu siitä, että elektrolyytti (35a—b) on painettu tai dispensoitu pinnoitetun kerroksen (33) päälle valmistetun huokoisen separaattorikerroksen (34) päälle.
5. Patenttivaatimuksen 1 mukainen sähkökemiallinen kenno (10, 20, 30, 40), tunnettu siitä, että kenno on suojattu metalloidulla kalvolla tai PET-muovikalvolla (42) siten, että kalvo (42) kiinnitetään liimalla (43) alimpaan johtavaan kerrokseen (41).
6. Patenttivaatimuksen 5 mukainen sähkökemiallinen kenno (10, 20, 30, 40), — tunnettu siitä, että metalloitu kalvo (42) on alumiinia.
7. Patenttivaatimuksen 5 tai 6 mukainen sähkökemiallinen kenno (10, 20, 30, 40), N tunnettu siitä, että mainittu alin johtava kerros (41) on kuparia. N
O .
8. Patenttivaatimuksen 1 mukainen sähkökemiallinen kenno (10, 20, 30, 40), <Q tunnettu siitä, että elektrolyyttisesti valmistettu pinnoite (14, 27, 33) on sinkkiä. < O I 25
9. Patenttivaatimuksen 4 mukainen sähkökemiallinen kenno (30, 40), tunnettu = siitä, että johtavan kerroksen (31a) päälle muodostetaan messinkikerros (32a) en- S nen elektrolyyttistä pinnoittamista metallilla (33). LO O N
10. Patenttivaatimuksen 1 mukainen sähkökemiallinen kenno (10, 20, 30, 40), N tunnettu siitä, että toinen kennon elektrodeista (12, 23, 36) muodostuu pastamai- — sesta levitettävästä materiaalista.
11. Patenttivaatimuksen 1 mukainen sähkökemiallinen kenno (10, 20, 30, 40), tunnettu siitä, että elektrolyytti (13, 24, 35a-b) valmistetaan painamalla tai dispen- soimalla ja elektrolyytti on joko kiinteä elektrolyytti tai halutun aineen vesiliuos.
12. Patenttivaatimuksen 11 mukainen sähkökemiallinen kenno (10, 20, 30, 40), — tunnettu siitä, että elektrolyytti (35a—b) on kaliumhydroksidin, KOH, vesiliuos.
13. Patenttivaatimuksen 2 tai 3 mukainen sähkökemiallinen kenno (10, 20, 30, 40), tunnettu siitä, että koplanaarisessa rakenteessa painetun elektrolyytin (24) päälle tai kerrosmaisessa rakenteessa katodin virrankeräimen (37) päälle on sijoitettu dielektrinen suojaava kerros (25, 38).
14 Patenttivaatimuksen 1 mukainen sähkökemiallinen kenno (10, 20, 30, 40), tunnettu siitä, että pinnoitettu elektrodi (14, 19; 26, 27; 31a, 32a, 33) on muotoiltu siten, että se toimii radiotaajuisena säteilijänä.
15. Patenttivaatimuksen 14 mukainen sähkökemiallinen kenno (10, 20, 30, 40), tunnettu siitä, että kennon seed-layerin materiaali on RA-kuparia (Rolled Annealed copper).
16. Patenttivaatimuksen 1 mukainen sähkökemiallinen kenno (10, 20, 30, 40), tunnettu siitä, että ainakin yksi kennon elektrodeista on seos, yhdistelmä tai lami- noitu rakenne ensimmäisen metallin elektrolyyttisesti valmistetusta pinnoitteesta ja ensimmäisen metallin painamalla valmistettavasta, pastamaisesta oksidista, ja — kenno on järjestetty valmistuksen yhteydessä ladattavaksi olennaisesti täyteen ka- pasiteettiin.
17. Patenttivaatimuksen 1 mukainen sähkökemiallinen kenno (10, 20, 30, 40), N tunnettu siitä, että katodin virrankeräin (21, 22) voidaan valmistaa hopeasta tai hii- N lestä tai päällekkäisestä hopeakerroksesta (21) ja hiilikerroksesta (22). S < O I a a N o LO O N O N
FI20205192A 2020-02-25 2020-02-25 Pinnoitettu, painettu patteri ja sen valmistusmenetelmä FI130542B (fi)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FI20205192A FI130542B (fi) 2020-02-25 2020-02-25 Pinnoitettu, painettu patteri ja sen valmistusmenetelmä
PCT/FI2021/050131 WO2021170909A1 (en) 2020-02-25 2021-02-23 A coated, printed battery and a method of manufacturing the same

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FI20205192A FI130542B (fi) 2020-02-25 2020-02-25 Pinnoitettu, painettu patteri ja sen valmistusmenetelmä

Publications (2)

Publication Number Publication Date
FI20205192A1 FI20205192A1 (fi) 2021-08-26
FI130542B true FI130542B (fi) 2023-11-08

Family

ID=75438812

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
FI20205192A FI130542B (fi) 2020-02-25 2020-02-25 Pinnoitettu, painettu patteri ja sen valmistusmenetelmä

Country Status (2)

Country Link
FI (1) FI130542B (fi)
WO (1) WO2021170909A1 (fi)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114843430B (zh) * 2022-05-06 2024-09-20 深圳新源柔性科技有限公司 共面分形电芯、模组及制作方法

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
AU2003302288A1 (en) * 2002-11-27 2004-06-18 Mitsui Mining And Smelting Co., Ltd. Negative electrode collector for nonaqueous electrolyte secondary battery and method for manufacturing same
US8722235B2 (en) * 2004-04-21 2014-05-13 Blue Spark Technologies, Inc. Thin printable flexible electrochemical cell and method of making the same
US9793536B2 (en) * 2014-08-21 2017-10-17 Johnson & Johnson Vision Care, Inc. Pellet form cathode for use in a biocompatible battery

Also Published As

Publication number Publication date
FI20205192A1 (fi) 2021-08-26
WO2021170909A1 (en) 2021-09-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN108390066B (zh) 全固体电池
JP5211527B2 (ja) 全固体リチウムイオン二次電池及びその製造方法
EP2814091B1 (en) Solid state battery with surface ion-diffusion enhancement coating and method for manufacturing thereof.
JP5211526B2 (ja) 全固体リチウムイオン二次電池及びその製造方法
KR101229903B1 (ko) 음극 활물질, 음극 및 리튬 2차 전지
CN103262307B (zh) 锂二次电池及其制造方法
US20060105243A1 (en) Composite current collector
US20180309163A1 (en) Bipolar all solid-state battery
CN1591959A (zh) 叠片式锂离子二次电池
CN116093337A (zh) 电池
CN207572477U (zh) 电极组件和二次电池
JP2003282064A (ja) 複合集電体
EP1331677A2 (en) Battery and electric double layer capacitor
EP3545577A1 (en) Li-ion based electrochemical energy storage cell
US20050233209A1 (en) Electrical contact for current collectors of electrochemical cells and method therefor
US20090297939A1 (en) Bus bar and secondary battery module including the same
CN112514106A (zh) 固体电池用正极、固体电池用正极的制造方法、及固体电池
FI130542B (fi) Pinnoitettu, painettu patteri ja sen valmistusmenetelmä
US10559853B2 (en) Fast charge apparatus for a battery
CN102340035A (zh) 一种锂离子电池极耳的制作方法
CN112133957A (zh) 一种超薄金属外壳锂离子电池及其制备方法
WO2018181662A1 (ja) 全固体リチウムイオン二次電池
CN209912974U (zh) 一种超薄金属外壳锂离子电池
JP2008243761A (ja) 固体薄膜電池
EP3218956B1 (en) Fast charge apparatus for a battery